本發(fā)明涉及高壓直流輸電領(lǐng)域，具體設(shè)計(jì)用于抑制交流暫時(shí)過(guò)電壓的特高壓壓直流控制裝置。

背景技術(shù)：

高壓直流輸電技術(shù)由于其在遠(yuǎn)距離大容量輸電、異步電網(wǎng)互聯(lián)領(lǐng)域所具有的優(yōu)勢(shì)，在中國(guó)、印度、韓國(guó)、巴西等國(guó)得到了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。電流源型直流輸電工程以晶閘管作為主要換流元件，正常運(yùn)行時(shí)需消耗輸送功率50％～60％的無(wú)功功率。以±800kv/8000mw的特高壓直流工程為例，滿功率運(yùn)行時(shí)晶閘管換流器消耗無(wú)功則可高達(dá)6400mvar。為了消除大量無(wú)功消耗對(duì)交流系統(tǒng)的影響，換流站內(nèi)往往裝設(shè)大量無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備以實(shí)現(xiàn)站內(nèi)的無(wú)功平衡。

然而，一旦直流輸電工程由于線路故障等原因出現(xiàn)外送功率受阻，在無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備切除之前，換流站過(guò)剩無(wú)功將倒送交流系統(tǒng)，在換流站的交流母線上極易出現(xiàn)明顯的電壓抬升。特別地，在高壓直流輸電工程建設(shè)初期，送端換流站近區(qū)交流電網(wǎng)短路電流水平偏低，電壓調(diào)節(jié)能力弱，在此工況下甚至可能出現(xiàn)嚴(yán)重的過(guò)電壓?？紤]到直流線路故障后的重啟策略，此類(lèi)過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間極有可能接近1s，超過(guò)換流站過(guò)電壓保護(hù)或者換流閥大觸發(fā)角監(jiān)視保護(hù)的定值，保護(hù)誤動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)較高。

直流功率受阻導(dǎo)致送端弱交流電網(wǎng)過(guò)電壓?jiǎn)栴}一直以來(lái)就是學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)。有學(xué)者針對(duì)直流系統(tǒng)接入弱交流電網(wǎng)實(shí)例，分析了電網(wǎng)短路比與直流閉鎖后所導(dǎo)致的過(guò)電壓的關(guān)系，并根據(jù)不同系統(tǒng)強(qiáng)度給出了過(guò)電壓的參考值。同時(shí)，有文獻(xiàn)仿真分析了有效短路比、換相電抗等對(duì)直流完全閉鎖下最嚴(yán)重過(guò)電壓的影響，并結(jié)合加拿大、挪威等地區(qū)直流系統(tǒng)，給出了過(guò)電壓仿真結(jié)果。于此同時(shí)，大量學(xué)者還分析了考慮此類(lèi)過(guò)電壓對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的影響，研究了高壓直流系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償容量的決定因素及不同無(wú)功補(bǔ)償裝置的動(dòng)態(tài)特性，并以此為基礎(chǔ)提出了相應(yīng)的安全控制策略。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是在交流電網(wǎng)電壓嚴(yán)重升高期間，在保持近區(qū)健全直流輸電工程功率恒定的基礎(chǔ)上，短時(shí)提升換流器消耗的無(wú)功功率，抑制送端弱交流電網(wǎng)過(guò)電壓的產(chǎn)生，目的在于提供一種抑制交流暫時(shí)過(guò)電壓的特高壓直流輸電控制裝置，解決上述的問(wèn)題。

本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種抑制交流暫時(shí)過(guò)電壓的特高壓直流輸電控制裝置，包括電壓電流測(cè)量端、電網(wǎng)scada系統(tǒng)、控制率生成單元、控制輸出量計(jì)算單元、控制啟動(dòng)/退出單元、特高壓直流輸電逆變側(cè)控制系統(tǒng)和特高壓直流輸電整流側(cè)控制系統(tǒng)對(duì)應(yīng)連接；所述電壓電流測(cè)量端與控制啟動(dòng)/退出單元、控制輸出量計(jì)算單元相連；電網(wǎng)scada系統(tǒng)與控制率生成單元相連；控制率生成單元與控制輸出量計(jì)算單元；控制啟動(dòng)/退出單元與控制輸出量計(jì)算單元相連；控制輸出量計(jì)算單元分別與特高壓直流輸電逆變側(cè)控制系統(tǒng)、特高壓直流輸電整流側(cè)控制系統(tǒng)相連。

所述電壓電流測(cè)量端：用于測(cè)量交流系統(tǒng)電壓有效值uacm以及直流輸電系統(tǒng)的直流電壓ud及直流電流id；電壓電流測(cè)量端采用交流電壓互感器、直流分壓器以及直流電流互感器對(duì)電壓電流進(jìn)行測(cè)量。所述電壓電流測(cè)量端通過(guò)測(cè)量得到的交流系統(tǒng)電壓有效值uacm,將交流系統(tǒng)的電壓有效值uacm發(fā)送給控制啟動(dòng)/退出單元及控制輸出量計(jì)算單元；測(cè)量得到的直流輸電系統(tǒng)的直流電壓ud及直流電流id將送給控制輸出量計(jì)算單元。

所述電網(wǎng)scada系統(tǒng)：用于向控制裝置提供電網(wǎng)運(yùn)行方式；scada系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類(lèi)信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。

所述控制率生成單元：用于根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行方式生成抑制交流暫時(shí)過(guò)電壓的控制率；依靠近區(qū)電網(wǎng)的斷路器開(kāi)斷狀態(tài)、近區(qū)發(fā)電廠的開(kāi)機(jī)情況、近區(qū)負(fù)荷分布情況，得到不同的控制率，將不同的控制率發(fā)送至控制輸出量計(jì)算單元進(jìn)行處理。

所述控制輸出量計(jì)算單元：用于根據(jù)控制率生成單元生成的控制率以及交流系統(tǒng)電壓有效值uacm、直流輸電系統(tǒng)傳輸功率pd，進(jìn)行控制算法計(jì)算，得到直流輸電關(guān)斷角變化量的指令值△γord以及直流電流變化量的指令值△iord；

所述控制啟動(dòng)/退出單元：用于根據(jù)交流系統(tǒng)電壓有效值uacm，啟動(dòng)或退出控制輸出量計(jì)算單元；由控制輸出量計(jì)算單元生成的交流系統(tǒng)電壓有效值uacm，當(dāng)交流系統(tǒng)電壓有效值uacm的電壓超過(guò)預(yù)設(shè)值，控制啟動(dòng)/退出單元接收到升高后的電壓?jiǎn)?dòng)；當(dāng)交流系統(tǒng)電壓有效值uacm的電壓低于預(yù)設(shè)值時(shí)，控制啟動(dòng)/退出單元從控制裝置內(nèi)退出。

特高壓直流輸電逆變側(cè)控制系統(tǒng)：用于執(zhí)行關(guān)斷角變化量的指令；逆變側(cè)關(guān)斷角的抬升，能夠增加無(wú)功功率的吸收，有效抑制電壓的產(chǎn)生

特高壓直流輸電整流側(cè)控制系統(tǒng)：用于執(zhí)行直流電流變化量的指令；整流側(cè)將電流電壓維持在一定數(shù)值上，避免過(guò)電壓保護(hù)。

控制輸出量計(jì)算單元得到直流輸電關(guān)斷角變化量的指令值△γord將送至特高壓直流輸電逆變側(cè)控制系統(tǒng)，直流電流變化量的指令值△iord將送至特高壓直流輸電整流側(cè)控制系統(tǒng)。

電網(wǎng)scada系統(tǒng)所提供的電網(wǎng)運(yùn)行方式包括近區(qū)電網(wǎng)的斷路器開(kāi)斷狀態(tài)、近區(qū)發(fā)電廠的開(kāi)機(jī)情況、近區(qū)負(fù)荷分布情況。

所述控制啟動(dòng)/退出單元在獲得交流系統(tǒng)電壓有效值uacm后，向控制輸出量計(jì)算單元發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)或者退出信號(hào)；控制輸出量計(jì)算單元得到發(fā)出的控制啟動(dòng)信號(hào)后進(jìn)行啟動(dòng)；得到退出信號(hào)后，控制輸出輸出量計(jì)算單元退出運(yùn)行。

所述特高壓直流輸電逆變側(cè)控制系統(tǒng)和特高壓直流輸電整流側(cè)控制系統(tǒng)通過(guò)關(guān)斷角和直流電流指令值，在保持近區(qū)直流輸電工程功率恒定的基礎(chǔ)上，提升換流器消耗的無(wú)功功率。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、本發(fā)明一種抑制交流暫時(shí)過(guò)電壓的特高壓直流輸電控制裝置，在交流電網(wǎng)電壓嚴(yán)重升高期間，能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量信號(hào)及電網(wǎng)實(shí)際情況；

2、本發(fā)明一種抑制交流暫時(shí)過(guò)電壓的特高壓直流輸電控制裝置，能夠根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際情況，實(shí)時(shí)生成控制率，通過(guò)控制逆變側(cè)關(guān)斷角γ和直流電流指令值，在保持近區(qū)健全直流輸電工程功率恒定的基礎(chǔ)上，短時(shí)提升換流器消耗的無(wú)功功率，抑制送端弱交流電網(wǎng)過(guò)電壓的產(chǎn)生；

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)流程圖；

圖2為本發(fā)明算例系統(tǒng)；

圖3為無(wú)控制情況下交流側(cè)母線電壓有效值仿真結(jié)果；

圖4為實(shí)施例三中交流側(cè)母線電壓有效值；

圖5為實(shí)施例三中附加關(guān)斷角指令；

圖6為實(shí)施例三中附加電流指令。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例

如圖1所示，本發(fā)明一種抑制交流暫時(shí)過(guò)電壓的特高壓直流輸電控制裝置，包括電壓電流測(cè)量端、電網(wǎng)scada系統(tǒng)、控制率生成單元、控制輸出量計(jì)算單元、控制啟動(dòng)/退出單元、特高壓直流輸電逆變側(cè)控制系統(tǒng)和特高壓直流輸電整流側(cè)控制系統(tǒng)對(duì)應(yīng)連接；所述電壓電流測(cè)量端與控制啟動(dòng)/退出單元、控制輸出量計(jì)算單元相連；電網(wǎng)scada系統(tǒng)與控制率生成單元相連；控制率生成單元與控制輸出量計(jì)算單元；控制啟動(dòng)/退出單元與控制輸出量計(jì)算單元相連；控制輸出量計(jì)算單元分別與特高壓直流輸電逆變側(cè)控制系統(tǒng)、特高壓直流輸電整流側(cè)控制系統(tǒng)相連。

所述電壓電流測(cè)量端：用于測(cè)量交流系統(tǒng)電壓有效值uacm以及直流輸電系統(tǒng)的直流電壓ud及直流電流id；電壓電流測(cè)量端采用交流電壓互感器、直流分壓器以及直流電流互感器對(duì)電壓電流進(jìn)行測(cè)量。所述電壓電流測(cè)量端通過(guò)測(cè)量得到的交流系統(tǒng)電壓有效值uacm,將交流系統(tǒng)的電壓有效值uacm發(fā)送給控制啟動(dòng)/退出單元及控制輸出量計(jì)算單元；測(cè)量得到的直流輸電系統(tǒng)的直流電壓ud及直流電流id將送給控制輸出量計(jì)算單元。

所述電網(wǎng)scada系統(tǒng)：用于向控制裝置提供電網(wǎng)運(yùn)行方式；scada系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類(lèi)信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。

所述控制率生成單元：用于根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行方式生成抑制交流暫時(shí)過(guò)電壓的控制率；依靠近區(qū)電網(wǎng)的斷路器開(kāi)斷狀態(tài)、近區(qū)發(fā)電廠的開(kāi)機(jī)情況、近區(qū)負(fù)荷分布情況，得到不同的控制率，將不同的控制率發(fā)送至控制輸出量計(jì)算單元進(jìn)行處理。

所述控制輸出量計(jì)算單元：用于根據(jù)控制率生成單元生成的控制率以及交流系統(tǒng)電壓有效值uacm、直流輸電系統(tǒng)傳輸功率pd，進(jìn)行控制算法計(jì)算，得到直流輸電關(guān)斷角變化量的指令值△γord以及直流電流變化量的指令值△iord；

所述控制啟動(dòng)/退出單元：用于根據(jù)交流系統(tǒng)電壓有效值uacm，啟動(dòng)或退出控制輸出量計(jì)算單元；由控制輸出量計(jì)算單元生成的交流系統(tǒng)電壓有效值uacm，當(dāng)交流系統(tǒng)電壓有效值uacm的電壓超過(guò)預(yù)設(shè)值，控制啟動(dòng)/退出單元接收到升高后的電壓?jiǎn)?dòng)；當(dāng)交流系統(tǒng)電壓有效值uacm的電壓低于預(yù)設(shè)值時(shí)，控制啟動(dòng)/退出單元從控制裝置內(nèi)退出。

特高壓直流輸電逆變側(cè)控制系統(tǒng)：用于執(zhí)行關(guān)斷角變化量的指令；逆變側(cè)關(guān)斷角的抬升，能夠增加無(wú)功功率的吸收，有效抑制電壓的產(chǎn)生

特高壓直流輸電整流側(cè)控制系統(tǒng)：用于執(zhí)行直流電流變化量的指令；整流側(cè)將電流電壓維持在一定數(shù)值上，避免過(guò)電壓保護(hù)。

控制輸出量計(jì)算單元得到直流輸電關(guān)斷角變化量的指令值△γord將送至特高壓直流輸電逆變側(cè)控制系統(tǒng)，直流電流變化量的指令值△iord將送至特高壓直流輸電整流側(cè)控制系統(tǒng)。

電網(wǎng)scada系統(tǒng)所提供的電網(wǎng)運(yùn)行方式包括近區(qū)電網(wǎng)的斷路器開(kāi)斷狀態(tài)、近區(qū)發(fā)電廠的開(kāi)機(jī)情況、近區(qū)負(fù)荷分布情況。

所述控制啟動(dòng)/退出單元在獲得交流系統(tǒng)電壓有效值uacm后，向控制輸出量計(jì)算單元發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)或者退出信號(hào)；控制輸出量計(jì)算單元得到發(fā)出的控制啟動(dòng)信號(hào)后進(jìn)行啟動(dòng)；得到退出信號(hào)后，控制輸出輸出量計(jì)算單元退出運(yùn)行。

所述特高壓直流輸電逆變側(cè)控制系統(tǒng)和特高壓直流輸電整流側(cè)控制系統(tǒng)通過(guò)關(guān)斷角和直流電流指令值，在保持近區(qū)直流輸電工程功率恒定的基礎(chǔ)上，提升換流器消耗的無(wú)功功率。

實(shí)施例二

如圖2所示，本實(shí)施例在實(shí)施例一基礎(chǔ)上進(jìn)行具體描述，以雙特高壓直流饋出電網(wǎng)為例，利用pscad構(gòu)建±800kv特高壓直流輸電系統(tǒng)及其近區(qū)電網(wǎng)仿真模型，如圖2所示。圖2中，1#直流換流站和2#直流換流站之間距離僅有20km，屬于較為典型的集中落點(diǎn)的多直流外送系統(tǒng)。兩條直流相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1正常運(yùn)行時(shí)直流運(yùn)行參數(shù)

為突出特點(diǎn)，考慮一種較為嚴(yán)重的工況，該工況下1#、2#直流換流站三相短路電流水平分別約為30ka、30ka，對(duì)應(yīng)直流輸電的短路比僅有2.2，屬于中等強(qiáng)度系統(tǒng)。

正常運(yùn)行時(shí)1#直流輸電共配置3200mvar無(wú)功補(bǔ)償裝置，2#直流共配置4000mvar的無(wú)功補(bǔ)償裝置，很好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流工程消耗無(wú)功的補(bǔ)償。

1#、2#換流站均配置了過(guò)電壓保護(hù)，動(dòng)作定值為換流站交流母線電壓超過(guò)1.2pu，延時(shí)0.5s。

以2#直流閉鎖為例，對(duì)交流過(guò)電壓抑制策略的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。

在上述仿真系統(tǒng)中，進(jìn)行如下故障設(shè)定：

t＝1.0s，2#直流雙極線路永久性接地故障并成功移相。

由于直流輸電線路故障存在三次重啟邏輯，因此2#直流移相后并未直接閉鎖，4000mvar的無(wú)功補(bǔ)償裝置也未切除。直到t＝2.0s時(shí)，直流極ii由于重啟動(dòng)失敗，方會(huì)閉鎖，進(jìn)而切除濾波器。

針對(duì)上述工況，在未采取任何控制的情況下進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真，可以得到交流側(cè)母線電壓有效值變化趨勢(shì)如圖3所示。其余物理量的仿真結(jié)果詳見(jiàn)附錄c。由于線路重啟期間會(huì)吸收多余的無(wú)功，有利于過(guò)電壓的降低，為突出矛盾，仿真中忽略了線路重啟的暫態(tài)過(guò)程。

實(shí)施例三

如圖3所示，本實(shí)施例在實(shí)施例二描述工況下，由于直流輸電單極功率輸送受阻，致使交流母線電壓抬升，最大過(guò)電壓有效值達(dá)到1.26pu，持續(xù)過(guò)電壓達(dá)到1.247pu，超過(guò)過(guò)電壓保護(hù)的定值。

首先，控制啟動(dòng)/退出單元從電壓測(cè)量環(huán)節(jié)出獲得交流系統(tǒng)電壓有效值，發(fā)現(xiàn)交流母線過(guò)電壓較高時(shí)，啟動(dòng)控制系統(tǒng)。

其次，裝置從scada系統(tǒng)中獲取，近區(qū)電網(wǎng)及直流的運(yùn)行方式，通過(guò)控制率生成單元生成的控制率。

其中，p0是2#直流閉鎖前直流系統(tǒng)的傳輸功率，un是系統(tǒng)的額定電壓。

第三，控制率生成單元將生成的控制率發(fā)送給控制率輸出量計(jì)算單元，控制率輸出量計(jì)算單元通過(guò)從電壓電流測(cè)量系統(tǒng)中獲得交流系統(tǒng)電壓有效值uacm以及直流輸電系統(tǒng)的直流電壓ud及直流電流id進(jìn)行處理后得到直流輸電關(guān)斷角變化量的指令值△γord以及直流電流變化量的指令值△iord；

第四：控制輸出量計(jì)算單元得到直流輸電關(guān)斷角變化量的指令值△γord將送至特高壓直流輸電逆變側(cè)控制系統(tǒng)、直流電流變化量的指令值△iord將送至特高壓直流輸電整流側(cè)控制系統(tǒng)。

最后，當(dāng)交流系統(tǒng)電壓恢復(fù)正常后，控制裝置退出運(yùn)行。

在此情況下，可以相關(guān)控制量及交流側(cè)母線電壓得到相關(guān)仿真結(jié)果如圖4、圖5、圖6所示。

如圖4、圖5、圖6所示，為了抑制交流母線的過(guò)電壓水平，過(guò)電壓抑制環(huán)節(jié)產(chǎn)生了17°左右的附加關(guān)斷角指令，將逆變側(cè)的關(guān)斷角由17°抬升至35°，增加了極i無(wú)功功率的吸收，有效抑制的過(guò)電壓的產(chǎn)生。仿真結(jié)果表明，在過(guò)電壓抑制環(huán)節(jié)啟動(dòng)期間，整流側(cè)換流站交流母線電壓維持在1.16pu左右，避免了過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。