一种避免特高压直流功率持续偏低的控制方法及系统与流程

本发明涉及特高压直流领域，具体涉及一种避免特高压直流功率持续偏低的控制方法及系统。

背景技术：

励磁涌流会引起换流母线电压畸变，有可能导致特高压直流控制系统中的换相失败预测功能持续动作，短时间内直流功率将维持在较低状态。2016年3月21日，官渡变电站变压器充电产生的励磁涌流，导致天山—中州特高压直流系统换相失败预测功能持续动作，直流功率波动时间长达13s。

在直流输电控制系统中，为降低因交流故障引起换相失败的风险，引入换相失败预测功能，包括两个并列计算部分。一个部分是进行三相交流电压的零序检测，以检测是否发生单相交流故障，另一个是采用交流电压的αβ变化以检测三相故障。检测到交流故障后，增大换相失败预测功能的输出值amin_cfprev，并从逆变器最大触发角调节器的输出触发角指令值中减去amin_cfprev，以实现逆变器提前触发，增加对换相失败的抵御能力。

对于励磁涌流引起的换流母线电压畸变，在畸变不是很严重但达到换相失败预测功能定值的情况下，换相失败预测功能动作，能避免因励磁涌流引起的换相失败，但会使得直流功率持续较低，且只有在励磁涌流衰减到一定程度后，换相失败预测功能才会退出，而励磁涌流一般都衰减较慢，故直流低功率运行的持续时间较长，对交流系统产生一定冲击，影响交直流系统稳定运行。

目前抑制励磁涌流的措施是在变压器上加装选相合闸装置或者安装合闸电阻，力图从源头上降低励磁涌流，避免其流入电网中引起其它设备运行问题。

当合上断路器给大容量变压器充电时，产生的冲击电流称之为励磁涌流。励磁涌流含有数值很大的低次谐波分量(主要是二次和三次谐波)，且衰减时间较长。励磁涌流对特直流输电系统的影响主要体现在，励磁涌流会引起换流母线电压畸变，有可能导致特高压直流控制系统中的换相失败预测功能持续动作，短时间内直流功率将维持在较低状态，从而对其接入的交流系统造成冲击，影响交直流系统稳定运行。

虽然在变压器上加装选相合闸装置或者安装合闸电阻可以抑制励磁涌流的产生，但是由于真实电网结构复杂，并不能确定合闸励磁涌流引起直流系统扰动的变电站范围，如果大面积装设选相合闸或合闸电阻，又会大大提升运行成本。

由以上分析可见，在变压器上加装选相合闸装置或者安装合闸电阻可以抑制励磁涌流的产生，但是无法确定需要加装的变电站范围，且会增加运行成本；目前直流系统的控制逻辑并未考虑励磁涌流的特性，在励磁涌流进入换流母线后有可能引起换相失败预测功能长时间动作，对交直流系统造成扰动。

因此，为解决上述问题，本发明提供一种特高压直流功率持续偏低的控制方法及系统。

技术实现要素：

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种避免特高压直流功率持续偏低的控制方法及系统。

本发明提供的技术方案是：

一种避免特高压直流功率持续偏低的控制方法，所述方法包括：

计算换流母线电压谐波畸变率；

根据电压谐波畸变率判定交流电压畸变是否由励磁涌流引起；

根据电压谐波畸变率判定励磁涌流是否进入下行趋势；

在满足交流电压畸变由励磁涌流引起且励磁涌流进入下行趋势时，减小换相失败预测功能的输出值。

优选的，所述计算换流母线电压谐波畸变率按下式计算：

式中：thdv：为换流母线电压谐波畸变率；un：当n>1时，表示第n次谐波电压有效值；u1：基波电压有效值。

优选的，所述根据电压谐波畸变率判定交流电压畸变是否由励磁涌流引起，包括：

当满足谐波畸变持续时间大于时间阈值，且换相失败预测功能在持续启动时，则判定交流电压畸变是由励磁涌流引起。

优选的，所述谐波畸变持续时间大于时间阈值包括：

将三相电压谐波畸变率取三者最大值后与畸变率阈值比较，若大于弧度阈值，且持续时间大于时间阈值，则判定谐波畸变持续时间大于时间阈值。

优选的，所述换相失败预测功能在持续启动，包括：

根据换相失败预测功能输出的弧度，判定其是否大于弧度阈值，若大于弧度阈值，且持续时长大于时间阈值时，则判定换相失败预测功能在持续启动。

优选的，所述根据电压谐波畸变率判定励磁涌流是否进入下行趋势包括：

若三相电压谐波畸变率分别除以自身经过滤波环节的值小于1，且经过时间阈值的延时环节，则判定目前励磁涌流引起的谐波畸变进入了下行趋势。

优选的，所述在满足交流电压畸变由励磁涌流引起且励磁涌流进入下行趋势时，减小换相失败预测功能的输出值，包括：

当满足交流电压畸变是由励磁涌流引起的，且励磁涌流进入下行趋势时，设换相失败预测功能的输出值为0。

优选的，所述时间阈值为300ms；

所述畸变率阈值为0.02；

所述弧度阈值为0.02。

一种避免特高压直流功率持续偏低的控制系统，所述系统包括：计算模块、第一判断模块、第二判断模块和输出模块；

所述计算模块，用于计算换流母线电压谐波畸变率；

所述第一判断模块，用于根据电压谐波畸变率判定交流电压畸变是否由励磁涌流引起；

所述第二判断模块，用于根据电压谐波畸变率判定励磁涌流是否进入下行趋势；

所述输出模块，用于在满足交流电压畸变由励磁涌流引起且励磁涌流进入下行趋势时，减小换相失败预测功能的输出值。

优选的，所述计算模块，用于按下式计算换流母线电压谐波畸变率：

式中：thdv：为换流母线电压谐波畸变率；un：当n>1时，表示第n次谐波电压有效值；u1：基波电压有效值。

优选的，所述第一判断模块包括持续时间判断子模块和持续启动子模块；

所述持续时间判断子模块，用于将三相电压谐波畸变率取三者最大值后与畸变率阈值比较，大于畸变率阈值且延时大于时间阈值，判定谐波畸变持续了时间阈值以上；

持续启动子模块，用于根据换相失败预测功能输出的弧度，判定其大于弧度阈值且延时大于时间阈值，判定换相失败预测功能在持续启动。

优选的，所述第二判断模块包括比值判断子模块和延时判断子模块；

所述比值判断子模块，用于判断三相电压谐波畸变率分别除以自身经过滤波环节的值是否小于1；

所述延时判断子模块，用于判断三相电压谐波畸变率分别除以自身经过滤波环节的值小于1时持续的时间是否大于等于时间阈值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种计算换流母线电压谐波畸变率来判断励磁涌流衰减趋势，同步减小换相失败预测功能输出值的方法，避免励磁涌流导致特高压直流功率持续偏低的问题；

本发明提供的技术方案，与具体工程参数没有直接关系，对于不同直流工程具有普遍适用性；

本发明提供的技术方案，由直流输电控制系统采用模块化的全图形化编程语言，支持对程序进行小范围修改，而且本方法新增逻辑只有在低次谐波引起换流母线电压持续畸变情况下才会启动，不会对直流系统的正常运行状态和其它故障状态下的控制造成影响。

附图说明

图1为本发的特高压直流功率持续偏低的控制方法流程图；

图2为本发明的换相失败预测功能控制逻辑示意图；

图3为本发明的改进前后双极输送功率对比示意图；

其中，1：a相电压的谐波畸变率、2：b相电压的谐波畸变率、3：c相电压的谐波畸变率、4：换相失败预测功能、5；换相失败预测功能输出的弧度、6：改进前、7：改进后。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

目前换相失败预测功能中，励磁涌流出现后主要是零序通道起作用，但是根据波形分析，其零序通道的计算值是一个非连续变量，且并不直观反映励磁涌流的谐波变化情况。故考虑利用fft算法分解中换流母线电压中的低次谐波分量，根据电压谐波畸变率来判断励磁涌流中谐波分量衰减趋势。电压谐波畸变率是一个连续的变量。本发明将通过计算换流母线电压谐波畸变率来判定励磁涌流衰减趋势，同步减小换相失败预测功能输出值的方法，在避免励磁涌流导致直流换相失败的前提下，解决励磁涌流引起特高压直流功率持续偏低的问题。

本发明提供一种特高压直流功率持续偏低的控制方法及系统。其中，一种特高压直流功率持续偏低的控制方法具体包括：

(1)计算换流母线电压谐波畸变率

电压波形畸变的程度用电压正弦波畸变率来衡量，也称电压谐波畸变率(thdv，totalharmonicvoltagedistortion)。电压谐波畸变率以各次谐波电压的均方根值与基波电压有效值之比的百分数来表示。考虑到励磁涌流主要含有低次谐波，高次谐波由于含量太少，可以忽略，故本发明中电压谐波畸变率只计算到第13次谐波。电压谐波畸变率thdv计算公式如下。

式中：un：当n>1时，表示第n次谐波电压有效值；u1：基波电压有效值。

下面结合图2所示的换相失败预测功能控制逻辑示意图，如何实现对换相失败预测功能cfprev的输出值的控制做进一步阐述。

(2)判定交流电压畸变是否由励磁涌流引起

ua_thdv、ub_thdv、uc_thdv分别为换流母线a相电压的谐波畸变率1、b相电压的谐波畸变率2、c相电压的谐波畸变率3。判定条件1：三相电压谐波畸变率取三者最大值后与0.02比较，大于0.02延时300ms，即判定谐波畸变持续了300ms以上，可以认为是励磁涌流引起的谐波畸变；判定条件2：cfprev_rad为换相失败预测功能输出的弧度5，判定其大于0.02延时300ms，表示换相失败预测功能在持续启动。判定条件1和2相与，同为1，则判定为交流电压畸变是由励磁涌流引起。

(3)判定励磁涌流进入下行趋势

判定条件3：三相电压谐波畸变率分别除以自身经过滤波环节的值之后，得到的值小于1，则表示该相电压谐波畸变率处于减小的趋势，经过300ms的延时环节，即判定三相电压的谐波畸变率均持续下降300ms，如判定值为1，表示目前励磁涌流引起的谐波畸变进入了下行趋势。

(4)在满足交流电压畸变由励磁涌流引起且励磁涌流进入下行趋势时，减小换相失败预测功能输出值

判定条件1、2、3均满足，cfprev_set变量为1，重置换相失败预测功能4，使得换相失败预测功能cfprev的输出值5为零，因存在延时，故其输出cfprev_rad是逐渐下降至0。

换相失败预测功能4：包括两个并列部分：一个是零序检测，以检测是否发生单相交流故障；另一个是采用交流电压的α/β变化以检测三相故障。

具体检测原理包括：

发生单相故障，三相电压之和不为0；

发生三相故障，α/β变化得出的向量小于稳态值；

检测到交流故障会使cfprev_rad值增加并导致逆变器提前触发，降低换相失败发生的几率。

通过以上判定逻辑，能够确定是在励磁涌流持续作用下引起换相失败预测持续动作，当励磁涌流引起的谐波进入减小趋势后，达到阈值时，减小换相失败预测功能输出值，在避免换相失败的同时，使直流系统能够更快地恢复至原稳态运行工况。

根据图3所示的改进前后双极输送功率对比示意图可见，通过增加励磁涌流判定逻辑，准确建立了直流控制系统和励磁涌流谐波之间的联系，在励磁涌流引起的谐波进入衰减趋势后，退出换相失败预测功能，使直流系统更快地恢复至原稳态运行工况。通过改进前后双极输送功率的对比，改进后双极输送功率比改进前提早1s恢复至原运行工况。

相应的，本发明还提供一种特高压直流功率持续偏低的控制系统，该系统包括：计算模块、第一判断模块、第二判断模块和输出模块；

计算模块，用于计算换流母线电压谐波畸变率；

第一判断模块，用于根据电压谐波畸变率判定交流电压畸变是否由励磁涌流引起；

第二判断模块，用于根据电压谐波畸变率判定励磁涌流是否进入下行趋势；

输出模块，用于在满足交流电压畸变由励磁涌流引起且励磁涌流进入下行趋势时，减小换相失败预测功能的输出值。

计算模块，用于按下式计算换流母线电压谐波畸变率：

式中：thdv：为换流母线电压谐波畸变率；un：当n>1时，表示第n次谐波电压有效值；u1：基波电压有效值。

第一判断模块包括持续时间判断子模块和持续启动子模块；

持续时间判断子模块，用于将三相电压谐波畸变率取三者最大值后与弧度阈值比较，大于弧度阈值且延时大于时间阈值，判定谐波畸变持续了时间阈值以上；

持续启动子模块，用于根据换相失败预测功能输出的弧度，判定其大于弧度阈值且延时大于时间阈值，判定换相失败预测功能在持续启动。

第二判断模块包括比值判断子模块和延时判断子模块；

比值判断子模块，用于判断三相电压谐波畸变率分别除以自身经过滤波环节的值是否小于1；

延时判断子模块，用于判断三相电压谐波畸变率分别除以自身经过滤波环节的值小于1时持续的时间是否大于等于时间阈值。

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。