一種接入弱交流系統(tǒng)的背靠背直流輸電系統(tǒng)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種背靠背直流輸電系統(tǒng)控制方法，特別是涉及一種接入弱交流系統(tǒng) 的背靠背直流輸電系統(tǒng)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 背靠背直流輸電系統(tǒng)是指沒有直流輸電線路，且整流站和逆變站通常放在同一個 換流站內(nèi)的直流輸電系統(tǒng)。背靠背直流輸電系統(tǒng)具有設(shè)備制造難度小、控制靈活、投資較小 等特點，在實現(xiàn)大區(qū)電網(wǎng)互惠互通，提高交流系統(tǒng)安全穩(wěn)定水平等方面發(fā)揮了積極作用。隨 著電網(wǎng)發(fā)展，大區(qū)電網(wǎng)互通容量需求進一步增加，背靠背直流輸電系統(tǒng)將在我國電網(wǎng)發(fā)展 過程中發(fā)揮更加重要的作用。
[0003] 隨著靈寶、高嶺和黑河背靠背直流輸電系統(tǒng)的建設(shè)和運行，我國對背靠背直流輸 電系統(tǒng)的控制和保護方法進行了深入研究。背靠背直流輸電系統(tǒng)整流站通過觸發(fā)角控制直 流電流為指令值，換流變壓器分接開關(guān)控制觸發(fā)角在12.5°~17.5°的正常范圍運行。逆變 站主要有兩種控制方法:一是定熄弧角控制，逆變站熄弧角保持為17°，換流變壓器分接開 關(guān)控制理想空載直流電壓在額定理想空載直流電壓附近；定熄弧角控制方法具有以下特 點：（1)整流站與逆變站耦合。逆變站交流母線電壓變化將影響到整流站運行狀態(tài)的變化， 整流站觸發(fā)角、直流電流、直流電壓和無功消耗均將發(fā)生變化，進而整流站換流變壓器分接 開關(guān)和無功小組會發(fā)生相應(yīng)操作。（2)逆變站對交流母線電壓波動不具備抑制能力，進而不 利于弱交流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定。由于逆變站熄弧角不隨交流母線電壓變化而變化，逆變站換流 變壓器消耗無功幾乎不隨交流母線電壓波動而變化，不利于抑制交流母線電壓波動。（3)分 接開關(guān)動作次數(shù)少。分接開關(guān)不隨直流功率的變化而動作，僅隨交流母線電壓的變化而動 作，而直流功率上升的過程中，直流電壓有一定的下降，因此分接開關(guān)動作次數(shù)少。二是定 直流電壓控制，通過熄弧角控制直流電壓為額定值，換流變壓器分接開關(guān)控制熄弧角在 17.5°~21.5°的指定范圍內(nèi)，當(dāng)熄弧角小于17°時，轉(zhuǎn)為定最小熄弧角控制；定直流電壓控 制方法具有以下特點：（1)整流站與逆變站耦合較弱，逆變站交流電壓等的波動均由熄弧角 平息，直流電壓不變，整流站因而不受影響。（2)逆變站對交流系統(tǒng)電壓波動有抑制功能，交 流母線電壓升高，熄弧角將增加，逆變站無功消耗將增加，反之亦然。（3)由于直流功率由最 小功率變化到額定功率過程中，直流電壓均不變，這使得分接開關(guān)需要隨直流功率調(diào)節(jié)而 動作，分接開關(guān)動作次數(shù)多。
[0004] 背靠背直流輸電系統(tǒng)用于電網(wǎng)互聯(lián)，通常處于交流系統(tǒng)的末端，交流系統(tǒng)相對薄 弱，即為弱交流系統(tǒng)。在相關(guān)控制方法下，背靠背直流輸電系統(tǒng)在運行中暴露出一系列問 題，例如2012年高嶺背靠背直流輸電系統(tǒng)出現(xiàn)了華北側(cè)(逆變側(cè))投切一組無功小組后，東 北側(cè)無功小組和換流變壓器分接開關(guān)伴隨動作的問題。2014年~2015年，黑河背靠背直流 輸電系統(tǒng)也存在中方側(cè)投切無功小組、換流變壓器分接開關(guān)動作與俄方側(cè)無功小組投切和 換流變壓器分接開關(guān)伴隨動作的問題。另外，高嶺和黑河背靠背直流輸電系統(tǒng)還多次出現(xiàn) 分接開關(guān)動作一檔導(dǎo)致無功小組投切，進而分接開關(guān)向相反方向又動作一檔的反復(fù)動作現(xiàn) 象。由于換流變壓器分接開關(guān)設(shè)計動作次數(shù)為20萬次左右，且為內(nèi)置式，更換困難;無功小 組設(shè)計投切次數(shù)為5000次;換流變壓器分接開關(guān)反復(fù)動作和無功小組頻繁投切將直接影響 背靠背直流輸電系統(tǒng)的使用壽命和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種接入弱交流系統(tǒng)的背靠背直流輸電系統(tǒng) 控制方法，既保證了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，又增加了背靠背直流輸電系統(tǒng)的使用壽命。
[0006] 為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種接入弱交流系統(tǒng)的背靠背 直流輸電系統(tǒng)控制方法，包括以下內(nèi)容：1)逆變站采用變直流電壓控制，即通過直流功率指 令值確定直流電壓指令值，通過直流電壓指令值確定直流電壓運行值;2)逆變站換流變壓 器分接開關(guān)和無功小組協(xié)調(diào)控制，具體過程為:2.1)當(dāng)逆變站熄弧角小于17.5°，逆變站換 流變壓器分接開關(guān)需要升一檔時，先預(yù)算逆變站換流變壓器分接開關(guān)升一檔后是否會導(dǎo)致 無功小組投入一組，如果會導(dǎo)致無功小組投入一組，則不升逆變站換流變壓器分接開關(guān)，而 投入一組無功小組;如果不會導(dǎo)致無功小組投入一檔，則升逆變站換流變壓器分接開關(guān)一 檔；2.2)當(dāng)逆變站熄弧角大于21.5°，逆變站換流變壓器分接開關(guān)需要降一檔時，先預(yù)算逆 變站換流變壓器分接開關(guān)降一檔后是否會導(dǎo)致無功小組切除一組，如果會導(dǎo)致無功小組切 除一組，則不降逆變站換流變壓器分接開關(guān)，而切除一組無功小組;如果不會導(dǎo)致無功小組 切除一組，則降逆變站換流變壓器分接開關(guān)一檔;2.3)當(dāng)熄弧角的范圍在17.5°~19.5°時， 如果計算出需要切除無功小組，則先升高分接開關(guān)檔位，以使得熄弧角在19.5°以上，再切 除無功小組;3)整流站換流變壓器分接開關(guān)與無功小組協(xié)調(diào)控制，具體過程為:3.1)在整流 站觸發(fā)角小于12.5°，整流站換流變壓器分接開關(guān)需要升一檔時，先預(yù)算整流站換流變壓器 分接開關(guān)升一檔后是否會導(dǎo)致無功小組投入一組，如果會導(dǎo)致無功小組投入一組，則不升 整流站換流變壓器分接開關(guān)，而投入一組無功小組;如果不會導(dǎo)致無功小組投入一檔，則升 整流站換流變壓器分接開關(guān)一檔;3.2)整流站觸發(fā)角大于17.5°，整流站換流變壓器分接開 關(guān)需要降一檔時，先預(yù)算整流站換流變壓器分接開關(guān)降一檔后是否會導(dǎo)致無功小組切除一 組，如果會導(dǎo)致無功小組切除一組，則不降整流站換流變壓器分接開關(guān)，而切除一組無功小 組;如果不會導(dǎo)致無功小組切除一組，則降整流站換流變壓器分接開關(guān)一檔。
[0007] 所述步驟1)逆變站采用變直流電壓控制，即通過直流功率指令值確定直流電壓指 令值，通過直流電壓指令值確定直流電壓運行值，其中，直流電壓指令值Udi的確定公式為：
[0008]
[0009] 式中，Udi為直流電壓指令值;UdiONi為背靠背直流輸電系統(tǒng)逆變站理想空載直流電 壓；γn為額定熄弧角;uT為換流器前向壓降；d xI為相對感性壓降;drI為相對阻性壓降;pdM為 直流功率指令值;i dN為額定直流電流。
[0010] 所述步驟2.1)逆變站換流變壓器分接開關(guān)需要升一檔時，先預(yù)算逆變站換流變壓 器分接開關(guān)升一檔后是否會導(dǎo)致無功小組投入一組，具體過程為:先通過計算得到逆變站 換流變壓器分接開關(guān)升一檔后的逆變站換流變壓器的無功消耗Q、。,。_，再根據(jù) 無功小組已投入總量，確定逆變站換流變壓器分接開關(guān)升一檔后是否需要投入一組無功小 組，即：當(dāng)逆變站換流變壓器分接開關(guān)升一檔后，Q、。,。。^比無功小組已投入總量大的值超 過無功控制死區(qū)時，說明逆變站換流變壓器分接開關(guān)升一檔后需要投入一組無功小組；當(dāng) 逆變站換流變壓器分接開關(guān)升一檔后，Q、。,。。^比無功小組已投入總量大的值沒有超過無 功控制死區(qū)時，說明逆變站換流變壓器分接開關(guān)升一檔后不需要投入一組無功小組;其中， 逆變站換流變壓器分接開關(guān)升一檔后的逆變站換流變壓器的無功消耗吖<1。,。_的計算公式 為：
[0011]
[0012] 式中，Q' <!。,。_為逆變站換流變壓器的無功消耗;μ'為換相角；γ '為熄弧角；Id為直 流電流;l/dioi為理想空載直流電壓。
[0013] 所述步驟2.2)逆變站換流變壓器分接開關(guān)需要降一檔時，先預(yù)算逆變站換流變壓 器分接開關(guān)降一檔后是否會導(dǎo)致無功小組切除一組，具體過程為:先通過計算得到逆變站 換流變壓器分接開關(guān)降一檔后的逆變站換流變壓器的無功消耗再根據(jù) 無功小組已投入總量，確定逆變站換流變壓器分接開關(guān)降一檔后是否需要切除一組無功小 組，即：當(dāng)逆變站換流變壓器分接開關(guān)降一檔后，比無功小組已投入總量小的值超 過無功控制死區(qū)時，說明逆變站換流變壓器分接開關(guān)降一檔后需要切除一組無功小組；當(dāng) 逆變站換流變壓器分接開關(guān)降一檔后，Q、。,。。^比無功小組已投入總量小的值沒有超過無 功控制死區(qū)時，說明逆變站換流變壓器分接開關(guān)降一檔后不需要切除一組無功小組;其中， 逆變站換流變壓器分接開關(guān)降一檔后的逆變站換流變壓器的無功消耗吖<1。,。_的計算公式 為：
[0014]
[0015] 式中，Q' 〇1。,。_為逆變站換流變壓器的無功消耗;μ'為換相角；γ '為熄弧角；Id為直 流電流;l/dioi為理想空載直流電壓。
[0016] 所述步驟3.1)整流站換流變壓器分接開關(guān)需要升一檔時，先預(yù)算整流站換流變壓 器分接開關(guān)升一檔后是否會導(dǎo)致無功小組投入一組，具體過程為:先通過計算得到整流站 換流變壓器分接開關(guān)升一檔后的整流站換流變壓器的無功消耗，再根據(jù)整流站換 流變壓器分接開關(guān)升一檔后的整流站換流變壓器無功消耗量和無功小組已投入總 量，確定整流站換流變壓器分接開關(guān)升一檔后是否需要投入一組無功小組，即：當(dāng)整流站換 流變壓器分接開關(guān)升一檔后，整流站換流變壓器無功消耗量Vd。,。。^比無功小組已投入總 量大的值超過無功控制死區(qū)時，說明整流站換流變壓器分接開關(guān)升一檔后需要投入一組無 功小組；當(dāng)整流站換流變壓器分接開關(guān)升一檔后，整流站換流變壓器無功消耗量 無功小組已投入總量大的值沒有超過無功控制死區(qū)時，說明整流站換流變壓器分接開關(guān)升 一檔后不需要投入一組無功小組;其中，整流站換流變壓器分接開關(guān)升一檔后的整流站換 流變壓器的無功消耗V d。,。_的計算公式為：
[0017]
[0018]