一种风电直流外送系统暂态过电压协同优化控制方法

本发明属于风电直流外送系统领域，具体涉及一种风电直流外送系统暂态过电压协同优化控制方法。

背景技术：

1、采用电网换相换流器的高压直流输电因输送距离远、输电损耗小、经济性好等优势被广泛用于远距离输电、地下和海底电缆送电及区域电网互联上，是解决我国能源负荷分布不均的重要手段。换流器多采用半控型的晶闸管作为换流元件，当送受端交流系统发生故障时，极易引发换相失败。换相失败将会导致直流电流剧增、直流电压骤降，严重时将会引发直流闭锁故障，使直流传输功率中断，最终使系统运行崩溃。若首次换相失败后的故障清除不及时，极易引发后续换相失败。后续换相失败发生后，直流电压、电流、功率等电气量剧烈变化，将对交流系统产生多次冲击。当交流系统较弱时，将会引发直流闭锁故障乃至连锁故障，给交直流混联系统的安全稳定运行带来极大的风险和挑战。

2、高压直流输电系统受端发生换相失败故障时，最显著的特征为直流电流骤升。电流升高导致换流器消耗无功大幅升高，进而引发送端换流母线处无功交换失去稳定状态，整流侧并网母线电压呈现先跌落后骤升的变化特性。在风电占比较高的送端电网，弱电网对大功率冲击的应对能力较差，系统发生交直流故障时，无功不平衡量在交直流系统间相互传递，严重时会引起直流近区大规模风电机组高压脱网，加剧了风电并网系统的失稳的风险。因此，如何在优化控制策略方面提出防止换相失败和抑制暂态过电压的方法，对交直流电力系统的规划设计和调度运行具有重要的指导意义。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种风电直流外送系统暂态过电压协同优化控制方法，解决了现有技术中的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种风电直流外送系统暂态过电压协同优化控制方法，包括以下步骤：

4、获取逆变侧交流系统线电压有效值uaci；

5、根据uaci计算动态电压预测值ki；

6、进行换相失败风险的判断，若有发生换相失败的风险，计算滞后触发角裕度δα，并将此值输出到换相失败预测模块输出端，否则，判断系统没有发生换相失败故障的风险；

7、判断首次换相失败是否抑制成功，若没有抑制成功，则换流站进行控制模式切换，并根据ki值调整换相失败预测模块输出值，以抑制后续换相失败；

8、获取风电场并网点电压，判断电压跌落的程度，并根据暂态电压变化幅值调整风机穿越控制参数；

9、判断系统是否处在换相失败电压压升阶段，若电压处在电压压升阶段，对svc进行分支调整；

10、判断是否满足暂态过电压的要求以及电压阈值的条件，若满足，则完成优化配置，否则，继续进行风机穿越参数和svc的分支调整。

11、进一步地，所述动态电压预测变化量ki计算式为：

12、

13、式中，uacief为逆变侧交流系统线电压基准值；b1、b2为修正系数。

14、进一步地，判断是否有发生换相失败风险的步骤为：

15、1)获取交流系统故障后三相电压幅值ua、ub、uc，计算线电压过零点偏移量，并取线电压过零点偏移量中的最大值得到换相电压过零点偏移量

16、2)比较关断角值γm与换相电压过零点偏移量之差与临界关断角γmin的大小，如果不成立，则系统没有发生换相失败风险。

17、进一步地，计算滞后触发角裕度δα的表达式为：

18、

19、

20、

21、式中，γm为关断角，δγ为设定关断角补偿裕度，unl、分别为换相电压各次谐波分量的幅值和相角，β为逆变侧上一周期的超前触发角，sn为换相电压-时间面积；γ为各换相电压关断角计算值，lr为逆变侧换流器换相电感，id为直流电流，ul为换流变阀侧线电压幅值，n为谐波次数，ω为角速度；计算各线电压对应关断角计算值γ后，取最小值得到关断角γm。

22、进一步地，抑制后续换相失败的步骤为：

23、1)首次换相失败没有抑制成功时，整流站保持定电流控制，逆变站进行定关断角、vdcol和电流偏差控制切换；

24、2)换相失败恢复阶段的uaci小于uacief，代入b2计算ki，以减小触发角裕度，抑制后续换相失败。

25、进一步地，调整风机穿越控制参数时，根据电压跌落程度，计算需要风电机组提供的无功电流大小，计算公式为：

26、

27、

28、

29、式中，iref为风电机组提供的无功电流；us为风电场并网点电压标幺值；iuvrt为高穿期间风机注入无功电流值；iovrt为低穿期间风机注入无功电流值；k1、k2为无功电流比例系数；δu为电压跌落幅值，a为调整系数，kiq0为原系统无功电流比例系数。

30、进一步地，判断系统是否处在换相失败电压压升阶段，并对svc进行分支调整的方法为：

31、检测风电场并网点电压uw和换流器触发角α，当uw小于检验电压跌落的阈值电压umax，且触发角α<90°，判定为电压跌落故障，tsc正常运行；当触发角α≥90°时，判断系统处在换相失败故障电压即将回升的阶段，此时闭锁tsc，即输出tsc_on＝0信号，通过乘法运算将所有的tsc支路置零，同时，控制tcr支路输出最大触发角θmax，以满发无功，抑制暂态过电压。

32、进一步地，判断是否满足暂态过电压的要求以及电压阈值的方法为：

33、当并网点电压满足电压穿越的要求，即0.9p.u.<uw<1.1p.u.，退出风机故障穿越控制；当并网点电压uw>uref且开关信号tsc_on＝0时，表明系统处于暂态过电压阶段，此时，撤销tsc的闭锁信号，使svc恢复正常运行。

34、一种风电直流外送系统暂态过电压协同优化控制系统，包括：

35、参数获取模块：获取逆变侧交流系统线电压有效值uaci；

36、动态电压预测值计算模块：根据uaci计算动态电压预测值ki；

37、换相失败风险判断模块：进行换相失败风险的判断，若有发生换相失败的风险，计算滞后触发角裕度δα，并将此值输出到换相失败预测模块输出端，否则，判断系统没有发生换相失败故障的风险；

38、换相失败抑制判断模块：判断首次换相失败是否抑制成功，若没有抑制成功，则换流站进行控制模式切换，并根据ki值调整换相失败预测模块输出值，以抑制后续换相失败；

39、电压跌落判断模块：获取风电场并网点电压，判断电压跌落的程度，并根据暂态电压变化幅值调整风机穿越控制参数；

40、电压压升判断模块：判断系统是否处在换相失败电压压升阶段，若电压处在电压压升阶段，对svc进行分支调整；

41、以及，暂态过电压判断模块：判断是否满足暂态过电压的要求以及电压阈值的条件，若满足，则完成优化配置，否则，继续进行风机穿越参数和svc的分支调整。

42、一种计算机存储介质，存储有可读程序，当程序运行时，能够执行上述的一种风电直流外送系统暂态过电压协同优化控制系统。

43、本发明的有益效果：

44、本发明一方面在换流站，考虑换相电压多次谐波以及电压变化率改进逆变侧直流控制环节，通过计算换相-电压时间面积及动态电压变化预测量，对受端交流系统换相失败故障风险进行量化评估；另一方面通过协同直流换流站控制模式切换、风电场风机无功调整以及并网点无功补偿装置svc分支控制，以抑制暂态过电压。其中，在风电场，基于风机电压穿越的控制策略，动态调整风机的无功出力；在风电并网点，基于svc动态调整机理，进行svc分支容量优化；相比于现有的换相失败抑制方法，本发明所提策略能较为灵敏的抑制首次及后续换相失败风险，可以在一定程度上抑制暂态过电压，减小风机脱网的风险，对风电直流外送系统防止换相失败发生以及抑制暂态过电压提供理论指导。