一种同塔双回直流输电系统周期性换相失败的防御方法
【专利摘要】本发明提供了一种同塔双回直流输电系统周期性换相失败的防御方法，该方法包括以下步骤：I、逆变站根据网侧三相交流电压瞬时值确定电压幅值下降速度；II、运用正余弦分量检测法和零序电压法判别网侧电压的变化；III、运用关断角逻辑法确定关断角增加值和关断角返回时间常数，通过关断角控制器减小触发角；IV、整流站在换相失败故障恢复过程中投入瞬时电流控制。该方法可以有效防止直流输电系统发生周期性换相失败，避免发生直流闭锁事故。
【专利说明】—种同塔双回直流输电系统周期性换相失败的防御方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种输配电【技术领域】的方法，具体涉及一种同塔双回直流输电系统周期性换相失败的防御方法。
【背景技术】
[0002]电力电子技术经过了 20世纪70?80年代的晶闸管阀时期，使直流输电得到了大发展，并在大电网互联方面展现了更多优势，传统的纯交流电网已发展成为交直流混合电网；采用晶闸管作为换相元件的常规电网换相高压直流输电(Line-Commutated-ConverterHigh Voltage Direct Current, LCC-HVDC)以其大容量远距离输电、有功功率快速可控等特点在世界范围内得到了快速的发展。
[0003]换相失败是采用半控元件晶闸管组成的换流器处于逆变工作状态的一种常见的瞬时故障过程，逆变站近区发生交流系统故障，直流系统发生瞬时换相失败难以避免。目前同塔架设的林枫直流输电工程中，采用的电压跌落法检测换相失败的启动时间较慢不能有效避免直流换相失败，另外由于整流站直流控制中瞬时电流控制导致换相是恢复过程中直流过冲，易引发周期性换相失败，换相失败造成直流闭锁的风险明显提高。
[0004]因此，为了提高同塔架设直流输电工程运行的可靠性，需要提供一种新的同塔双回直流输电系统周期性换相失败的防御方法，防止直流输电系统发生周期性换相失败，避免发生直流闭锁事故。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供一种同塔双回直流输电系统周期性换相失败的防御方法，该方法可以有效防止直流输电系统发生周期性换相失败，避免发生直流闭锁事故。
[0006]为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案:
[0007]—种同塔双回直流输电系统周期性换相失败的防御方法，其改进之处在于:所述方法包括以下步骤:
[0008]1、逆变站根据网侧三相交流电压瞬时值确定电压幅值下降速度；
[0009]I1、运用正余弦分量检测法和零序电压法判别网侧电压的变化；
[0010]II1、运用关断角逻辑法确定关断角增加值和关断角返回时间常数，通过关断角控制器减小触发角；
[0011]IV、整流站在换相失败故障恢复过程中投入瞬时电流控制。
[0012]进一步的，所述步骤I包括以下步骤:
[0013]S101、根据网侧三相交流电压的相电压瞬时值确定相电压幅值；
[0014]S102、稳态时交流电压为正弦波，通过移相90度确定对应时刻交流电压所对应的余弦值，根据三角函数关系确定交流电压的幅值ua、Ub' U。；
[0015]S103、比较当前时刻所述交流电压的幅值，获得交流电压幅值中的最小值Umin ；[0016]S104、将当前时刻与上一时刻的所述电压幅值中的最小值作差，差值乘以与计算周期的时间系数，取反，获得电压幅值下降速度。
[0017]进一步的，所述步骤II包括以下步骤:
[0018]S201、根据网侧单相交流电压的相电压瞬时值分解为正余弦分量
[0019]V = V I cos ( Θ + ψ) = acos Θ+bsin Θ(I)
[0020]式中，Θ为旋转参考坐标,且ω = d Θ /dt, ω为正弦电压的角频率，Ψ为相角，a和b分别为cos Θ和sin Θ的幅值；
[0021]根据上式(I)确定V如下式(2)和(3)；
[0022]jv| = ι/β『+P:.:.(2)
[0023]ψ = tarf1 (b/a)(3)
[0024]根据上式(2)和(3)确定a和b如下式(4)和(5):
[0025]a = vcos Θ -v，sin θ(4)
[0026]b = vsin Θ +v，cos Θ(5)
[0027]式中，V表示正 余弦分量；v’表示正余弦分量V对t的求导，v’=-asinΘ+bcosΘ ；
[0028]S202、根据网侧三相交流电压的相电压瞬时值ua、ub、u。确定零序电压U。:
[0029]U0 = ua+ub+uc(6)
[0030]S203、当交流系统发生故障时，电压瞬时跌落，根据所述正余弦分量绝对值|v|和故障前所述正余弦分量的差及所述零序电压的绝对值IucJ作为故障判据。
[0031]进一步的，所述步骤III包括以下步骤:
[0032]S301、将连续三个时刻的电压幅值偏差中的最大值与100%作比较，若偏差大于100%，确认交流电压跌落，启动增大关断角；
[0033]S302、根据正余弦分量获得换流母线电压绝对值|v|与故障前所述正余弦分量的差和换流母线零序电压IucJ最大值大于设定值，则启动增大关断角。
[0034]S303、根据电压下降的幅度确定需要增加的关断角，由电压下降的表么值aU*25获得所需增加的角度；
[0035]S304、调节关断角逻辑的启动和返回时间常数；
[0036]S305、所需增加的所述角度输入关断角控制器，通过减小发角实现增加逆变站关断角，避免发生换相失败。
[0037]进一步的，所述步骤IV中，当直流电压降低时运用低压限流法限值直流电流指令，用于在交流网扰动后，提高交流系统电压稳定性，实现直流系统在交直流故障后快速可控的恢复，避免连续的换相失败引起的阀应力。
[0038]进一步的，所述步骤IV包括以下步骤:
[0039]S401、为加快直流输电系统换相失败后的恢复速度，整流站在直流控制中增加瞬时电流控制，当低压限流的输电大于限流阈值，则判定故障结束，增加电流参考值，所述电流参考值的增加值为0.1+0.038/Iref ；
[0040]S402、为防止逆变站在换相失败恢复期间，直流电流过冲，发送周期性换失败，当检测到直流线路电流上升至故障前的故障阈值时，退出瞬时电流控制；[0041]S403、经所述瞬时电流控制确定新的电流指令，通过整流站电流调节器，实现对直流电流的闭环控制。
[0042]进一步的，所述步骤S304中，调节所述关断角逻辑启动和返回时间常数，防止所述关断角逻辑在逆变站电压下降后，由于启动时间缓慢发生换相失败，返回时间过快造成周期性换相失败，增加所述关断角逻辑启动速度快而返回相对缓慢，避免周期性换相失败。
[0043]与现有技术相比，本发明的优异效果在于:
[0044]1、本发明的方法在直流极控程序中优化瞬时电流控制功能和低压限流环节参数及在增加关断角逻辑中引入正余弦分量和零序电压判据并优化相应参数，方法简单易行，无需增加设备，具有良好的可靠性和经济性。
[0045]2、本发明的方法与可应用与其它直流控制和保护兼容，且不会对系统及设备安全运行产生影响，具有良好的适用性。
[0046]3、本发明的方法不仅可以提高了防止直流输电系统发生周期性换相失败，而且对直流输电系统预防首次换相失败也有很好的效果，本方法仅在逆变站换流母线电压发生扰动时投入，对正常运行时的控制保护逻辑没有影响，本发明的安全性更高，实用性更强。
[0047]4、本发明的方法在逆变侧交流线路故障、邻近变压器充电等导致换流母线电压扰动的情况下，可以有效预防发生连续换相失败，避免直流输电系统闭锁，提高直流输电系统的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0048]图1为交流电压跌落引起换相失败预测流程图；
[0049]图2为电压下降速度判别流程图；
[0050]图3为正余弦分量检测法流程图；
[0051]图4为增加关断角流程图；
[0052]图5为瞬时电流控制流程图；
[0053]图6为增加正余弦分量和零序电压判据并优化后参数后增大关断角逻辑示意图；
[0054]图7为低压限流环节的静态特性曲线图；
[0055]图8为逆变站附近变压器充电换流母线电压畸变时故障检测逻辑优化前后仿真波形图；
[0056]图9为优化瞬时电流控制前后直流系统的仿真对比波形图；
[0057]图10为增加正余弦分量检测和零序电压判据前后直流系统的仿真对比波形图。
【具体实施方式】
[0058]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的详细说明。
[0059]本发明提供一种直流输电系统周期性换相失败的防御方法，该方法使用电压跌落法来防御直流输电系统周期性换相失败，且本发明的方法中使用正余弦分量及零序分量检查法、瞬时电流限制等优化电压跌落法，提高其效果。
[0060]本发明的方法具体包括以下步骤:
[0061]步骤一、逆变站根据网侧三相交流电压瞬时值确定电压幅值下降速度；
[0062]步骤二、逆变站基于正余弦分量检测法和零序电压法判别网侧电压的变化；[0063]步骤三、逆变站运用关断角逻辑法确定关断角增加值，确定关断角返回时间常数，触发关断角控制器；
[0064]步骤四、整流站在换相失败故障恢复过程中投入瞬时电流控制。
[0065]步骤一中，逆变站根据网侧三相交流电压瞬时值确定电压幅值下降速度；如图2所示，图2为电压下降速度判别流程图；确定电压幅值下降速度包括以下步骤:
[0066]S101、根据网侧三相交流电压的相电压瞬时值确定相电压幅值；
[0067]S102、稳态时交流电压为正弦波，通过移相90度确定对应时刻交流电压所对应的余弦值，根据三角函数关系确定交流电压的幅值ua、Ub' U。；
[0068]S103、比较当前时刻相电压幅值，获得交流电压幅值中的最小值Umin ；
[0069]S104、将当前时刻的电压幅值中的最小值与上一时刻的电压幅值中的最小值作差，并乘以与计算周期有关的时间系数，对获得的数据取反，获得电压幅值下降速度。
[0070]步骤一中基于正余弦分量用于检查单相故障，启动速度较快，利用电压幅值下降速度既可用检查单相故障也可以检测三相故障，二则互为补充。
[0071]步骤二中，逆变站基于正余弦分量检测法和零序电压判别网侧电压的变化；如图3所示，图3为正余弦分量检测法流程图；具体包括以下步骤:
[0072]S201、根据网侧单相交流电压的相电压瞬时值分解为正余弦分量；
[0073]V = V I cos ( Θ + ψ) = acos Θ+bsin Θ(I)
[0074]式中，Θ为旋转参考坐标,且ω = d Θ /dt, ω为正弦电压的角频率，Ψ为相角，a和b分别为cos Θ和sin Θ的幅值；
[0075]根据上式(I)确定V如下式(2)和(3);
【权利要求】
1.一种同塔双回直流输电系统周期性换相失败的防御方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: I.逆变站根据网侧三相交流电压瞬时值确定电压幅值下降速度； II、运用正余弦分量检测法和零序电压法判别网侧电压的变化； III、运用关断角逻辑法确定关断角增加值和关断角返回时间常数，通过关断角控制器减小触发角； IV、整流站在换相失败故障恢复过程中投入瞬时电流控制。
2.如权利要求1所述的一种同塔双回直流输电系统周期性换相失败的防御方法，其特征在于:所述步骤I包括以下步骤: S101、根据网侧三相交流电压的相电压瞬时值确定相电压幅值； S102、稳态时交流电压为正弦波，通过移相90度确定对应时刻交流电压所对应的余弦值，根据三角函数关系确定交流电压的幅值Ua、Ub、U。； S103、比较当前时刻所述交流电压的幅值，获得交流电压幅值中的最小值Umin; S104、将当前时刻与上一时刻的所述电压幅值中的最小值作差，差值乘以与计算周期的时间系数，取反，获得电压幅值下降速度。
3.如权利要求1所述的一种同塔双回直流输电系统周期性换相失败的防御方法，其特征在于:所述步骤II包括以下步骤: 5201、根据网侧单相交流电压的相电压瞬时值分解为正余弦分量 V= |v|cos(0+iy) = acos Θ+bsin Θ(I) 式中，θ为旋转参考坐标；ω为正弦电压的角频率，ω = d Θ /dt, Ψ为相角，a、b分别为cos Θ和sin Θ的幅值； 根据上式(1)确定|v|如下式(2)和(3)；
4.如权利要求1所述的一种同塔双回直流输电系统周期性换相失败的防御方法，其特征在于:所述步骤III包括以下步骤: S301、将连续三个时刻的电压幅值偏差中的最大值与100%作比较，若偏差大于100%，确认交流电压跌落，启动增大关断角； S302、根据正余弦分量获得换流母线电压绝对值|v|与故障前所述正余弦分量的差和换流母线零序电压IucJ最大值大于设定值，则启动增大关断角。s303、根据电压下降的幅度确定需要增加的关断角，由电压下降的表么值aU*25获得所需增加的角度； s304、调节关断角逻辑的启动和返回时间常数； s305、所需增加的所述角度输入关断角控制器，通过减小发角实现增加逆变站关断角，避免发生换相失败。
5.如权利要求1所述的一种同塔双回直流输电系统周期性换相失败的防御方法，其特征在于:所述步骤IV中，当直流电压降低时运用低压限流法限值直流电流指令，用于在交流网扰动后，提高交流系统电压稳定性，实现直流系统在交直流故障后快速可控的恢复，避免连续的换相失败引起的阀应力。
6.如权利要求1所述的一种直流输电系统周期性换相失败的防御方法，其特征在于:其特征在于:所述步骤IV包括以下步骤: s401、为加快直流输电系统换相失败后的恢复速度，整流站在直流控制中增加瞬时电流控制，当低压限流的输电大于限流阈值，则判定故障结束，增加电流参考值，所述电流参考值的增加值为0.1+0.038/Iref ； s402、为防止逆变站在换相失败恢复期间，直流电流过冲，发送周期性换失败，当检测到直流线路电流上升至故障前的故障阈值时，退出瞬时电流控制； s403、经 所述瞬时电流控制确定新的电流指令，通过整流站电流调节器，实现对直流电流的闭环控制。
7.如权利要求3所述的一种同塔双回直流输电系统周期性换相失败的防御方法，其特征在于:所述步骤S304中，调节所述关断角逻辑启动和返回时间常数，防止所述关断角逻辑在逆变站电压下降后，由于启动时间缓慢发生换相失败，返回时间过快造成后续周期性换相失败，增加所述关断角逻辑启动速度快而返回相对缓慢，避免周期性换相失败。
【文档编号】H02J1/00GK103762581SQ201410031085
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2014年1月23日
【发明者】李新年, 雷霄, 陈树勇, 刘耀, 周晖, 杨鹏, 王华伟, 王晶芳, 吴娅妮 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 北京交通大学