一种考虑UPFC投运的HVDC功率控制策略调整系统和方法

一种考虑upfc投运的hvdc功率控制策略调整系统和方法
技术领域
1.本发明涉及upfc投运的hvdc功率控制领域，尤其涉及一种考虑 upfc投运的hvdc功率控制策略调整系统和方法。


背景技术：

2.由于我国资源分布不均衡，高压直流输电(hdvc)得到广泛运用并快速发展。与传统输电方式相比，hdvc系统具有输送相同功率线路造价低、输送容量大、运行可靠、线路有功损耗小等优点，在大区域联网与远距离大容量输电等方面拥有显著优势。换相失败是采用半控型器件晶闸管作换流阀元件的直流系统逆变侧常见故障，交流系统扰动与直流系统自身故障均会导致换相失败发生。经统计，导致换相失败的大部分原因为交流电网扰动(交流系统故障)。当发生换相失败时，直流系统电压、电流与功率都会发生剧烈波动，对交流系统产生冲击。若不采取必要措施抑制换相失败，紧急情况下将发生直流闭锁，严重威胁电网的安全运行。随着我国投运的高压直流工程逐渐增多，抑制高压直流系统换相失败成为值得关注的首要问题。
3.统一潮流控制器(upfc)作为第三代facts装置，可看做statcom 与sssc二者的结合，与其他facts装置相比不但可以快速独立地控制输电线路中的潮流分布，抑制系统阻尼振荡，还能动态补偿系统的无功功率，提高系统的运行特性。目前为解决苏锦直流动态无功支持不足导致换相失败、直流双极闭锁等问题，已在苏州南部安装500kvupfc。upfc在电力系统中的主要作用有：(1)电压调节；(2)无功补偿；(3)可控串补；(4)动态移相。由于upfc在一定程度上可以抑制母线电压振荡，提高电力系统母线电压稳定，将upfc接入高压直流系统可为系统提供动态无功支持，稳定高压直流系统交流侧电压，在一定程度上抑制换相失败的发生。因此提出一种考虑upfc投运的hvdc功率控制策略调整系统和方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种考虑upfc投运的hvdc功率控制策略调整系统和方法，解决了现有的hvdc功率控制在换相失败时，直流系统电压、电流与功率都会发生剧烈波动，对交流系统产生冲击的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种考虑upfc投运的hvdc功率控制策略调整系统，包括并联变流器(vsci)、串联变流器(vsc2)、直流侧电容等组成的upfc，所述upfc并联侧变流器并联接入hvdc逆变侧交流母线,所述串联侧变流器串联接入交流系统。
6.优选的，所述upfc并联侧变流器并联接入hvdc逆变侧交流母线，用以提高hvdc逆变侧电压稳定性，减小发生换相失败机率。
7.优选的，所述串联侧变流器串联接入交流系统，用以控制交流系统潮流分布。
8.一种考虑upfc投运的hvdc功率控制策略调整方法，包括以下步骤：
9.s1：将upfc并联侧采用定交流侧电压与定直流侧电压控制方式进行控制；
10.s2：将其中交流侧电压设置为hvdc逆变侧交流母线电压；
11.s3：利用upfc并联侧对无功功率进行快速独立控制的特点，提高hvdc的运行特性，减少换相失败的概率；
12.s4：upfc串联侧采用有功、无功独立控制方式，可灵活对线路潮流进行控制。
13.优选的，所述pd，qd分别为hvdc的有功功率和无功功率；u 1
为hvdc受端交流侧母线电压；p
sh
，q
sh
分别为并联变流器向系统注入的有功功率和无功功率；i
sh
为并联侧电流；x
sh
为并联侧耦合变压器阻抗；u
sh
∠θ
sh
为vsci交流侧电压；u
dc
为upfc直流侧电压；u
se
∠θ
se
为vsc2交流侧电压；u2为串联侧出口电压；p， q分别为线路有功功率和无功功率；z为逆变侧线路等值阻抗；ur∠θr为受端系统等效电压。
14.与相关技术相比较，本发明提供的一种考虑upfc投运的hvdc功率控制策略调整系统和方法具有如下有益效果：
15.本发明提供一种考虑upfc投运的hvdc功率控制策略调整系统和方法，通过控制策略在故障水平较低时能够抑制hvdc系统换相失败的发生，在故障水平较高时可有效降低连续换相失败的概率，增强 upfc对hvdc的电压支撑能力，提高hvdc系统的稳定性。
附图说明
16.图1为本发明的一种考虑upfc投运的hvdc功率控制策略调整系统和方法的系统图。
17.图2为本发明的一种考虑upfc投运的hvdc功率控制策略调整系统和方法的控制电路图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.实施例一：
20.请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种考虑upfc投运的hvdc功率控制策略调整系统，包括并联变流器(vsci)、串联变流器(vsc2)、直流侧电容等组成的upfc，所述upfc并联侧变流器并联接入hvdc逆变侧交流母线,所述串联侧变流器串联接入交流系统。
21.upfc并联侧变流器并联接入hvdc逆变侧交流母线，用以提高 hvdc逆变侧电压稳定性，减小发生换相失败机率。
22.串联侧变流器串联接入交流系统，用以控制交流系统潮流分布。
23.一种考虑upfc投运的hvdc功率控制策略调整方法，包括以下步骤：
24.s1：将upfc并联侧采用定交流侧电压与定直流侧电压控制方式进行控制；
25.s2：将其中交流侧电压设置为hvdc逆变侧交流母线电压；
26.s3：利用upfc并联侧对无功功率进行快速独立控制的特点，提高hvdc的运行特性，减少换相失败的概率；
27.s4：upfc串联侧采用有功、无功独立控制方式，可灵活对线路潮流进行控制。
28.pd，qd分别为hvdc的有功功率和无功功率；u1为hvdc受端交流侧母线电压；p
sh
，q
sh
分别为并联变流器向系统注入的有功功率和无功功率；i
sh
为并联侧电流；x
sh
为并联侧耦合变压器阻抗； u
sh
∠θ
sh
为vsci交流侧电压；u
dc
为upfc直流侧电压；u
se
∠θ
se
为vsc2交流侧电压；u2为串联侧出口电压；p，q分别为线路有功功率和无功功率；z为逆变侧线路等值阻抗；ur∠θr为受端系统等效电压。
29.在pscad/emtdc中建立如图2所示含upfc的hvdc系统模型，系统具体参数如上表1所示。hvdc有功功率、逆变侧交流母线电压、直流电流与直流电压的基准值分别为1000mw，230kv，2ka，500kv。正常状态下，关断角γ＝15
°
，引入故障水平f
l
如下式所示：
[0030][0031]
式中：u
ac
为逆变侧交流母线电压额定值；zf为故障阻抗；d dc
直流系统有功功率。故障水平f
l
与hvdce故障的严重性成正比，故障越严重，f
l
值越大。理论上故障阻抗为零时，故障水平f
l
达到无穷大。对于含有upfc的hvdc系统，需验证本文提出的利用upfc 抑制换相失败的有效性。在pscad/emtdc仿真中，设计hvdc逆变侧交流母线发生单相经电感接地故障(逆变侧故障中感性接地故障为最常见的故障类型，也是最容易导致换相失败的故障形态)，选择不同故障水平下含upfc的hvdc系统。验证upfc对换相失败的抑制作用，继而验证改善控制策略对换相失败的抑制作用。对下列3种情况进行仿真分析：
[0032]
方案一：系统不含upfc的hvdc系统；
[0033]
方案二：系统含有upfc的hvdc系统，upfc运用原来控制方式；
[0034]
方案三：系统含有upfc的hvdc系统，upfc运用改进后控制方式。
[0035]
本实施方案中，设置含upfc的hvdc系统，在pscad/emtdc中建立了仿真模型，研究了其控制策略并在原有控制方法下提出了一种新的upfc并联侧控制策略。在故障发生时提高upfc并联侧交流母线电压参考值，为hvdc系统提供更多无功支持，故障结束后电压参考值恢复为额定值。该控制策略在故障水平较低时能够抑制hvdc系统换相失败的发生，在故障水平较高时可有效降低连续换相失败的概率，增强upfc对hvdc的电压支撑能力，提高hvdc系统的稳定性。