一种直流耗能装置现场检测方法与流程

本发明涉及一种直流耗能装置现场检测方法，属于柔性直流输电技术领域。

背景技术：

与常规直流输电系统相比，柔性直流输电系统具有可向无源网络供电、控制灵活、无需额外增加无功补偿设备等优点，其所表现出的技术优势符合风电场长距离并网的要求。大规模陆上或者海上风电场经柔直输电系统并网是未来的发展趋势。

风电场及其并网系统应具备一定的故障穿越能力，即当所接入电网发生不同类型的故障时，风电场应在要求的时间和电压波动范围内保证不脱网，在故障清除后继续正常运行。对于风电场经柔直并网系统，当所接入交流系统电压由于故障等原因而跌落时，整个直流系统的送出功率瞬时减少，而风电场发出的功率在短时内保持不变，此功率盈余会导致直流电压的抬升，进而引发保护的动作和换流阀的闭锁，导致风电场脱网。为避免此情况的发生，可通过配置图1所示的直流侧能量耗散装置，实现风电场及其并网系统的故障穿越，通过耗能装置来消耗盈余功率，进而控制直流电压的稳定。

直流耗能装置结构众多，但都可等效为一个控制开关k与一个耗能电阻r的串联，如图1中虚线框所示，通过控制开关k的闭合与断开，动态调整电阻r上消耗的能量，进而维持直流电压的稳定。

直流耗能装置的投切过程为：

1）当首次检测到直流极间电压udc高于初始电压阈值uset1时，开关k闭合，电阻r投入；其中，初始电压阈值uset1为初始控制阈值；

2）进行电阻退投控制，即，

检测到直流极间电压udc低于电压下限阈值uset2时，开关k断开，电阻r退出；检测到直流极间电压udc高于电压上限阈值uset3时，开关k闭合，电阻r投入；

3）重复电阻退投控制，若直流耗能装置连续工作时长超过时长阈值tset，耗能电阻发热达到限值，耗能装置整体退出进行冷却，开关k断开，不再闭合；若时长达到tset前，交流侧电网故障恢复，直流电压不再高于uset3，则故障穿越成功，恢复正常运行；其中，电压上限阈值uset3、电压下限阈值uset2和时长阈值tset为过程控制阈值。

含有直流耗能装置的柔直输电系统在正式投运前，需对直流耗能装置进行现场检测。检测时，需模拟其真实的工作条件，即提供直流电压。为此，有专利提出构建直流电压发生装置提供直流电压，这会大大增加成本。

技术实现要素：

本发明提供了一种直流耗能装置现场检测方法，解决了背景技术中披露的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种直流耗能装置现场检测方法，包括，

响应于交流系统、换流阀和直流耗能装置连接完成，闭合交流侧开关，使换流阀和直流耗能装置充电；

响应于换流阀子模块主动充电完成，控制直流耗能装置正常工作；

根据预设规则，修改直流耗能装置控制系统中的控制阈值，使直流耗能装置完成投切过程；

获取投切过程中的电气量波形和电阻温度；

根据电气量波形和电阻温度，检测直流耗能装置。

响应于交流系统、换流阀和直流耗能装置连接完成，调低换流阀子模块主动充电目标值，闭合交流侧开关，使换流阀和直流耗能装置充电。

调低后的换流阀子模块主动充电目标值略大于换流阀子模块不控充电完成后的电压。

控制阈值包括过程控制阈值和初始控制阈值，其中，过程控制阈值包括电压下限阈值、电压上限阈值和时长阈值；初始控制阈值包括初始电压阈值。

根据预设规则，依次修改直流耗能装置控制系统中的过程控制阈值和初始控制阈值，使直流耗能装置的完成投切过程。

直流耗能装置的完成投切过程为，直流耗能装置持续工作时长超过时长阈值，完成投切过程。

预设规则为，

电压规则：

udc＞uset1≥uset3＞uset2

其中，uset2为电压下限阈值，uset3为电压上限阈值，uset1为初始电压阈值，udc为直流耗能装置两端的电压；

时长规则：

时长阈值内能完成多次电阻退投控制。

修改后uset1和uset3略低于udc，uset1=uset3，uset2略低于uset3；tset在满足时长规则的前提下，尽可能短。

根据电气量波形和电阻温度，检测直流耗能装置，具体过程为，

根据电气量波形和电阻温度，分别判断直流耗能装置的投切过程和电阻散热是否满足各自对应要求；

若均满足各自对应的要求，则直流耗能装置检测正常。

本发明所达到的有益效果：1、本发明无需额外构建设备，通过对控制阈值进行修改，实现直流耗能装置现场检测，大大降低了成本；2、正常情况下，只有在直流输电系统端对端运行模式下，直流耗能装置才可能进行投切动作，本发明在单个站单端试验期间便可对直流耗能装置的功能进行检测，无需等到端对端运行期间，可提早发现潜在问题，保证后续其他试验的顺利进行；3、本发明检测方法所处场景为换流阀子模块主动充电结束后，换流阀解锁前，此时直流侧极间电压约为0.73pu，为正常情况下换流阀所能提供的最低直流电压，相同投入时间情况下，直流电压越低，直流耗能装置投切所消耗的功率越小，此直流电压水平下的检测给交流系统造成的影响也就最小；4、本发明检测所需直流电压是由交流系统通过换流阀不控整流后产生的，而不是换流阀控制产生的，因此电压较为稳定，检测期间无需考虑耗能装置投切与换流阀控制两者对直流电压的耦合影响，对检测结果的分析只需考虑耗能装置投切的暂态特性，简单直观。

附图说明

图1为直流耗能装置工作原理图；

图2为本发明的流程图；

图3为检测接线图；

图4为仿真实例波形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图2所示，一种直流耗能装置现场检测方法，包括以下步骤：

步骤1，响应于交流系统、换流阀和直流耗能装置连接完成，调低换流阀子模块主动充电目标值，闭合交流侧开关，使换流阀和直流耗能装置充电。

包含直流耗能装置的柔直输电工程现场电气设备安装如图3所示，交流系统、换流阀和直流耗能装置依次连接；其中，换流阀发挥了交流与直流间的转换作用，直流耗能装置接于直流输电线路的正负极之间。实际上，现场还会有换流变、充电回路、接地回路等设备，但这些设备对检测没有影响。

正常情况下，使用半桥子模块的模块化多电平换流阀的充电解锁可分为三个阶段。第一阶段是不控充电阶段，充电达到稳态后换流阀子模块电压usm为0.73pu左右，直流耗能装置两端的电压udc（后续简称“直流侧电压”）也为0.73pu左右；第二阶段是换流阀子模块主动充电阶段，充电达到稳态后换流阀子模块电压usm为1pu左右，直流侧电压udc为0.73pu左右；第三阶段是换流阀解锁，达到稳态后换流阀子模块电压usm为1pu，直流侧电压udc为1pu。

本发明的检测方法在第二阶段完成后开始，在换流阀不控充电结束后，换流阀子模块电压usm可达到0.73pu左右。随后进行子模块的主动充电，换流阀子模块电压usm通常会达到1pu左右。若在此情况下进行检测，直流耗能装置投切的暂态过程会伴随着换流阀子模块的充放电，可能使换流阀子模块电压高于1pu，甚至过压。

为避免上述情况的发生，要调低换流阀子模块主动充电目标值，一般调低后的换流阀子模块主动充电目标值略大于换流阀子模块不控充电完成后的电压。目标值usmset一般在0.73pu~1pu的范围内选取，此值应尽量小，以避免后续直流耗能装置投切试验过程中的换流阀子模块过压，例如，选取usmset=0.8pu，即主动充电阶段只将子模块电压充到0.8pu，而不是1pu。这样，既保留了阀控的主动充电和均压功能，也在一定程度上降低了试验开始时的子模块电压，避免耗能投切造成的换流阀子模块过压。

步骤2，响应于换流阀子模块主动充电完成，控制直流耗能装置正常工作。

换流阀子模块主动充电完成后，不给换流阀发送解锁信号，此时直流耗能装置两侧电压udc为0.73pu左右，而是给直流耗能装置发送换流阀解锁假信号，只要能使其正常工作即可。

步骤3，根据预设规则，修改直流耗能装置控制系统中的控制阈值，使直流耗能装置完成投切过程。

预设规则包括：

1）电压规则：

udc＞uset1≥uset3＞uset2

其中，uset2为电压下限阈值，uset3为电压上限阈值，uset1为初始电压阈值，udc为直流耗能装置两端的电压；

2）时长规则：

时长阈值内能完成多次电阻退投控制。

控制阈值包括过程控制阈值和初始控制阈值，其中，过程控制阈值包括电压下限阈值、电压上限阈值和时长阈值；初始控制阈值包括初始电压阈值。

由于一旦修改初始电压阈值完成，直流耗能装置将开始投切，因此要先修改过程控制阈值，即先修改电压下限阈值、电压上限阈值和时长阈值，然后再修改初始电压阈值。

具体投切过程如下：

首先检测到udc高于uset1，直流耗能装置中的开关k闭合，电阻r投入；电阻r消耗大量功率，直流电压udc降低，当udc低于uset2时，开关k断开，电阻r退出；随后直流电压udc会向0.73pu的目标值上升，上升过程中直流极间电压udc高于uset3时，开关k闭合，电阻r投入；如此反复，直到工作时间达到tset，直流耗能装置退出。

直流耗能装置投切期间，直流电压在uset2到uset3的范围内波动，同时电阻需消耗由交流系统提供的能量，uset2和uset3的值越小，电阻连续投入的时间越长，消耗的功率越大。为尽量减小对交流系统造成的影响，uset2和uset3不宜过小，满足试验条件即可，一般修改后uset1和uset3略低于udc，uset1=uset3，uset2略低于uset3；例如，可选取uset1=uset3=udc-0.1pu，uset2=udc-0.3pu。

从背景技术中可知，直流耗能装置进入投切过程后，在两种情况下可退出投切过程。一是直流电压保持在uset3以下。由于耗能电阻退出后直流电压会恢复到udc，而定值设置为udc＞uset3，故电压保持在uset3以下这一条件无法满足。二是直流耗能装置的连续工作时间达到了定值tset，达到这个时间后耗能装置退出等待电阻散热。

因此直流耗能装置的完成投切过程为，直流耗能装置持续工作时长超过时长阈值，完成投切过程。检测只需几个投切周期对耗能装置的功能进行验证，故tset无需设定太大，只需在满足时长规则的前提下，尽可能短；例如，可选取tset=5ms。

步骤4，获取投切过程中的电气量波形和电阻温度。

步骤5，根据电气量波形和电阻温度，检测直流耗能装置。

根据电气量波形和电阻温度，分别判断直流耗能装置的投切过程和电阻散热是否满足各自对应要求；若均满足各自对应的要求（即符合工程设计或者技术规范书的要求，不同工程要求会有不同），则直流耗能装置检测正常。

检测完成后，将所有修改值恢复到初始状态。

图4为上述所提检测过程的仿真实例波形。投切过程中，直流耗能装置子模块投入个数在0~400的范围内变化。直流侧电压额定值（即1pu）为800kv，投切过程开始前的直流侧电压约为584kv（0.73pu）。换流阀子模块额定电压为2kv。控制阈值设置为uset1=uset3=0.72pu，uset2=0.7pu，tset=100ms。

图4中，直流耗能装置子模块投入个数的变化表征了直流耗能装置的投切过程，图中同时展示了此过程中的直流侧电压、耗能支路电流、换流阀子模块平均电压的变化过程。由于调低了换流阀子模块主动充电的电压目标值，保证了其在检测过程中没有过压。此仿真实例说明了通过本发明所提试验方法，可以获取直流耗能装置投切过程的电气量波形，进而判断是否符合工程设计或者技术规范书的要求。

上述方法无需额外构建设备，通过对控制阈值进行修改，实现直流耗能装置现场检测，大大降低了成本。上述方法在单个站单端试验期间便可对直流耗能装置的功能进行检测，无需等到端对端运行期间，可提早发现潜在问题，保证后续其他试验的顺利进行；上述方法所处场景为换流阀子模块主动充电结束后，换流阀解锁前，此时直流侧极间电压约为0.73pu，为正常情况下换流阀所能提供的最低直流电压，相同投入时间情况下，直流电压越低，直流耗能装置投切所消耗的功率越小，此直流电压水平下的检测给交流系统造成的影响也就最小；上述检测所需直流电压是由交流系统通过换流阀不控整流后产生的，而不是换流阀控制产生的，因此电压较为稳定，检测期间无需考虑耗能装置投切与换流阀控制两者对直流电压的耦合影响，对检测结果的分析只需考虑耗能装置投切的暂态特性，简单直观。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。