一种抑制后续换相失败的储能暂态功率协调控制方法

技术领域

本发明属于多馈入特高压的交直流混联电网技术领域，更具体地，涉及一种抑制后续换相失败的储能暂态功率协调控制方法。

背景技术

换相失败是基于电网换相换流器的高压直流输电系统最为常见故障之一。换相失败发生后，直流电压迅速跌落、直流电流剧烈增加，对系统造成严重冲击，甚至会导致传输功率中断。随着高压直流输电工程的相继投入，我国电网“强直弱交、多回直流集中馈入”的特征日渐突出，受端电网支撑能力下降，交流系统故障可能诱发单个换流站的多次换相失败，甚至造成直流闭锁，严重威胁我国新形态下交直流混联电网安全。

随着电网侧规模化储能电站及百兆瓦级储能电站群的建设，储能电站群除了能够在调峰、调频、平抑新能源并网后功率波动等场景发挥作用外，还可针对电网故障提供暂态有功、无功紧急支撑。与其它储能形式相比，电化学储能具有响应速度快、动态有功无功支撑能力强、环境适应度高、建设周期短、可分散配置等优势，对于电网而言是一种非常优质的调节资源。

当直流系统发生首次换相失败之后，对于如何采用合适的控制策略以充分利用电网侧电化学储能的快速响应和暂态支撑能力，为故障后的交流系统提供暂态功率支撑，减少后续换相失败次数，提高故障后电网的恢复能力，具有重要的理论和实际意义。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种抑制后续换相失败的储能暂态功率协调控制方法，其目的在于采用合适的控制策略以充分利用电网侧电化学储能的快速响应和暂态支撑能力，为故障后的交流系统提供暂态功率支撑，减少后续换相失败次数，提高故障后电网的恢复能力。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种抑制后续换相失败的储能暂态功率协调控制方法，包括：

S1：检测逆变侧的直流电流、交流母线电压以及熄弧角；当所述直流电流大于第一电流阈值，或所述交流母线电压小于电压阈值，或所述熄弧角小于第一熄弧角阈值时，控制储能电站进入暂态控制模式；

S2：利用所述直流电流与所述第一电流阈值及第二电流阈值之间的大小关系确定储能有功出力时间指令，所述第一电流阈值大于所述第二电流阈值；利用所述熄弧角与所述第一熄弧角阈值及第二熄弧角阈值之间的大小关系确定储能无功出力时间指令，所述第一熄弧角阈值小于所述第二熄弧角阈值；

S3：利用所述交流母线电压与所述电压阈值的大小关系确定储能有功出力幅度指令；利用储能总容量约束确定储能无功出力幅度指令；

S4：在目标出力时刻向所述储能电站发出目标出力幅度的储能有功指令与无功指令；所述出力时间指令携带所述目标出力时刻，所述出力幅度指令携带所述目标出力幅度。

进一步地，所述步骤S2包括：

S201：当检测到所述直流电流大于所述第一电流阈值时，发出有功下降沿指令，有功出力时间指令的值P

S202：当检测到所述直流电流下降并先后低于所述第一电流阈值、第二阈值的过程中，维持P

S203：当检测到所述直流电流上升到超过所述第二电流阈值时，改变P

S204：当检测到所述直流电流上升到超过所述第一电流阈值时，或所述实时熄弧角减小到小于所述第一熄弧角阈值时，执行步骤S201。

进一步地，所述步骤S203之后，所述步骤S2还包括：

S205：当所述直流电流在每一次逆变侧换相失败后的恢复过程中首次超过所述第二电流阈值时，发出有功上升沿指令并使有功出力时间指令的值P

进一步地，所述步骤S205之前，所述方法还包括：将所述有功时间阈值设置为8ms，所述无功时间阈值设为5ms。

进一步地，所述步骤S3包括：

S301：当所述交流母线电压低于所述电压阈值时，且所述直流电流超出预设范围时，输出有功出力幅值指令值P

S302：根据所述有功出力幅度指令与储能自身容量约束确定无功出力幅值指令。

进一步地，

P

进一步地，储能无功幅值出力值

进一步地，所述步骤S302之前，所述方法还包括：

将U

进一步地，所述步骤S4包括：

S401：从所述出力时间指令中的上升沿时刻或下降沿时刻确定出所述目标出力时刻；将所述出力幅度指令对应出力值作为所述目标出力幅度；

S402：在所述目标出力时刻输出所述目标出力幅度对应的所述储能有功指令，所述储能有功指令的值为所述有功出力时间指令的值与有功出力幅度指令的值的代数乘积；在所述目标出力时刻输出所述目标出力幅度对应的所述储能无功指令，所述储能无功指令的值为所述无功出力时间指令的值与无功出力幅度指令的值的代数乘积。

进一步地，所述步骤S2之前，所述方法还包括：

当所述直流电流小于或等于所述第一电流阈值，或，所述交流母线电压大于或等于所述电压阈值时，控制所述储能电站继续保持所述储能有功指令的值为0；所述实时熄弧角大于或等于所述第一熄弧角阈值，控制所述储能电站继续保持所述储能无功指令的值为0。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得有益效果包括：

本发明通过检测逆变侧的直流电流以及熄弧角，分别确定储能有功出力时间指令、无功出力时间指令；通过检测交流母线电压确定有功出力幅度指令，利用储能总容量约束确定无功出力幅度指令；从而在目标出力时刻向储能电站发出目标出力幅度的储能有功指令与无功指令。如此，本发明从储能出力时间、出力幅值、有功无功配合三个维度进行设计，以充分利用电网侧电化学储能的快速响应和暂态支撑能力，使储能有功与无功协调出力在换相失败抑制领域得到应用，可有效改善储能电站对特高压交直流混联系统的暂态控制效果，能够有效防止由于换相失败发生后直流电压迅速跌落、直流电流剧烈增加，对电网系统造成严重冲击。还能够抑制直流故障后首次换相失败后的后续换相失败。

附图说明

图1为本发明一实施例中抑制后续换相失败的储能电站暂态有功和无功协调控制方法的流程图；

图2为本发明一实施例中抑制后续换相失败的储能电站暂态有功和无功协调控制方法中步骤S2的流程图；

图3为本发明一实施例中储能电站有功时间出力指令示意图；

图4为本发明一实施例中储能电站无功时间出力指令示意图；

图5为本发明一实施例中抑制后续换相失败的储能电站暂态有功和无功协调控制方法中步骤S3的流程图；

图6为本发明一实施例中抑制后续换相失败的储能电站暂态有功和无功协调控制方法中步骤S4的流程图；

图7为本发明提供的抑制后续换相失败的储能电站暂态有功和无功协调控制方法的逻辑实现框图；

图8为本发明所提供的河南多馈入直流系统模型示意图；

图9本发明所提供的锂电池电化学储能电站模型示意图；

图10中(a)、(b)、(c)分别为本发明在接地电感L为0.002H、0.02H、0.1H时，对换相失败抑制效果仿真结果示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参阅图1，结合图2至图7，本发明提供了一种抑制后续换相失败的储能暂态功率协调控制方法，包括：

S1：持续检测逆变侧的实时直流电流I

具体的，持续采集并检测逆变侧实时直流电流I

S2：利用实时直流电流I

具体的，步骤S2是根据检测到实时直流电流I

S3：利用交流母线电压U

具体的，步骤S3是根据交流母线电压U

需要说明的是，该方法在储能电站暂态控制的每个控制周期(取决于控制系统的精度)内都会循环执行一次。另外，在本发明中所选取的控制参数(U

S4：在目标出力时刻向储能电站发出目标出力幅度的储能有功指令与储能无功指令，出力时间指令携带目标出力时刻，出力幅度指令携带目标出力幅度。具体的，根据出力时间指令中的上升沿时刻或下降沿时刻确定出目标出力时刻。将有功出力幅度指令对应出力值P

在其中一个实施例中，如图2所示，步骤S2包括：S201：当检测到所述直流电流大于所述第一电流阈值时，发出有功下降沿指令，有功出力时间指令的值P

S202：当检测到所述直流电流下降并先后低于所述第一电流阈值、第二阈值的过程中，维持P

S203：当检测到所述直流电流上升到超过所述第二电流阈值时，改变P

S204：当检测到所述直流电流上升到超过所述第一电流阈值时，或所述实时熄弧角减小到小于所述第一熄弧角阈值时，执行步骤S201。

具体的，当检测到直流电流I

在其中一个实施例中，在步骤S203之后，步骤S2还包括：S205：当实时直流电流I

在其中一个实施例中，如图5所示，步骤S3包括：S301：当交流母线电压低于电压阈值时，第一幅值与门P

在其中一个实施例中，步骤S302之前，储能电站的暂态有功控制方法还包括：将U

在其中一个实施例中，如图6所示，步骤S4包括：S401：从出力时间指令中的上升沿时刻或下降沿时刻确定出目标出力时刻；将出力幅度指令对应出力值作为目标出力幅度。S402：在目标出力时刻输出目标出力幅度对应的储能有功指令，储能有功指令的值为所述有功出力时间指令的值与有功出力幅度指令的值的代数乘积；在目标出力时刻输出目标出力幅度对应的储能无功指令，储能无功指令的值为无功出力时间指令的值与无功出力幅度指令的值的代数乘积。

如图7所示，检测实时直流电流I

为了验证本发明提供控制方法的技术效果，以河南多馈入直流系统作为特高压交直流混联系统案例进行仿真实验。在PSCAD/EMTDC中搭建了相应仿真模型，如图8所示。河南多馈入直流系统包括青海-河南直流、天中直流两条特高压直流输电线路，其电压等级均为±800kV，稳态时传输的直流功率均为8000MW。图8中各参数如表1所示。

表1河南多馈入直流受端交流系统等值模型阻抗参数

此外，在PSCAD/EMTDC中搭建了锂电池电化学储能电站模型，如图9所示。模型主要由三个部分组成：锂电池阵列、Boost升压电路以及并网逆变器。储能电站采用定功率控制，通过改变有功、无功指令P

当接地电感L分别为0.002H、0.02H、0.1H时，仿真结果如图10所示。普遍认为关断角小于7°即发生换相失败。可以看到，当采用本发明对储能功率出力进行协调控制时，在不同故障程度下，均能对换相失败起到抑制作用。

需要补充的是，如图8所示，设置直流逆变侧交流母线通过一定大小的接地电感发生三相接地故障，持续时间为0.1s，储能容量为1200MVA。通过改变故障时刻和接地电感大小设置了多组工况进行了遍历仿真，并对比了不同工况下储能的换相失败抑制效果。其中，工况1：无储能接入；工况2：储能接入且采取本发明所述暂态有功与暂态无功协调控制策略；工况3：储能接入并仅采取储能暂态有功控制策略；工况4：储能接入并仅采取储能暂态无功控制策略，出力幅值为1200MVar。

遍历仿真结果如表2所示，可以看到，在绝大部分工况下，储能接入之后均能有效减少直流故障后换相失败次数，起到良好的控制效果。进一步地，在某些工况下，储能接入且采取暂态有功与暂态无功协调控制方式时，能够将直流换相失败次数抑制到最少，储能能够实现最佳的控制效果。由遍历仿真结果可知所提储能电站暂态有功与暂态无功协调控制策略对系统不同运行工况具有良好的适用性。

综上，储能电站暂态功率协调支撑是抑制特高压直流系统故障后后续换相失败的有效控制手段。

表2遍历仿真结果

本发明提供了一种适用于特高压直流的储能电站暂态有功与暂态无功协调控制策略，该控制策略从储能出力时间、出力幅值、有功无功配合三个维度进行设计，从而能够兼顾储能有利的出力时机与出力大小，使得储能电站对特高压交直流混联系统换相失败起到较好抑制作用。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。

本发明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。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。