基于调相机与安稳系统的实用直流连续换相失败抑制装置及方法与流程

本发明涉及电力系统技术领域，具体是一种基于调相机与安稳系统的实用直流连续换相失败抑制装置及方法。

背景技术：

随着我国直流工程的不断建成投产，电网公司“强直弱交”问题日渐突出，对电网动态无功支撑提出了更高的需求。为此，国家电网公司在特高压换流站建设了一批大型调相机，来提升系统电压稳定水平和降低直流连续换相失败发生概率。然而，当前换流站内调相机为机端电压跟随控制，并未考虑其无功出力对直流连续换相失败的支撑能力。“基于新一代调相机的多目标无功电压协调控制系统研究，李锴、邵德军等，电网技术，2019”主要针对调相机稳态工况下的控制方案，没有涉及调相机对直流连续换相失败的抑制；“抑制直流连续换相失败的调相机紧急控制，李兆伟、吴雪莲等，电力系统自动化，2018”需要新建立一个调相机紧急控制子站和紧急控制系统，来抑制直流发生连续换相失败概率，但建设成本较大。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种基于调相机与安稳系统的实用直流连续换相失败抑制装置及方法，一方面通过调相机控制系统增加判据直接判断直流换相失败情况；另一方面针对调相机就地判据可能难以准确判断某些远端故障导致直流换相失败的情况，通过直流控保、安稳系统以及avc系统实现直流换相失败的准确判断，本发明不仅可提升调相机无功支撑能力，降低直流换相失败发生风险，同时经济性好，建设成本少，便于工程应用。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种基于调相机与安稳系统的实用直流连续换相失败抑制装置，包括调相机、调相机控制系统、直流控保系统；

所述调相机，用于从直流母线处获取直流母线电压和直流电流信息，并送入调相机控制系统；

所述调相机控制系统，用于根据调相机输入的直流母线电压和直流电流信息判断直流是否发生换相失败，若判断结果为是，则调相机控制系统控制调相机进入强励状态，否则，判断是否收到直流控保系统发出的直流换相失败信号，如果判断结果为是，则调相机控制系统控制调相机进入强励状态。

进一步的，还包括安稳装置、avc系统，所述安稳装置与直流控保系统和avc系统分别连接，

所述直流控保系统，用于根据其内部换相失败预测模块判断直流是否发生换相失败，如果判断直流发生换相失败，则将直流换相失败信号发送至安稳装置；

所述安稳装置，用于传送所述直流换相失败信号给avc系统；

所述avc系统，用于将安稳装置传送的所述直流换相失败信号发送至调相机控制系统。

进一步的，所述安稳装置通过光纤通信与直流控保系统连接，安稳装置与avc系统之间通过4～20ma模拟量实现连接。

进一步的，调相机控制系统中包含就地模块，所述就地模块根据获取的直流母线电压和直流电流信息，根据式(1)和式(2)判断直流在交流系统相间故障及单相接地故障情况下是否发生换相失败：

其中，相间故障判据如式(1)所示：

单相接地故障判据如式(2)所示：

其中，u表示采集的交流母线电压值；umin表示直流换相失败临界值；idc表示逆变侧直流电流；xc表示换相电抗；γ0表示最小关断角，典型值为7°；β1为触发超前角；u1表示直流母线额定电压值，α为触发延迟角，γ为关断角，为换相过零点的相位偏移角。

进一步的，所述调相机控制系统还用于在调相机进入强励状态后，若直流母线恢复且未收到直流换相失败信号，则控制调相机退出强励状态。

进一步的，所述调相机控制系统还用于在判断直流未发生换相失败且未收到直流控保系统发出的直流换相失败信号时，控制调相机退出强励状态。

为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，一种基于调相机与安稳系统的实用直流连续换相失败抑制方法，包括如下步骤：

步骤s11、调相机从直流母线处获取直流母线电压和直流电流信息，并送入调相机控制系统；

步骤s12、调相机控制系统根据调相机输入的直流母线电压和直流电流信息判断直流是否发生换相失败，若判断结果为是，则执行步骤s14，否则执行步骤s13；

步骤s13、调相机控制系统判断是否收到直流控保系统发出的直流换相失败信号，如果判断结果为是，则执行步骤s14；

步骤s14、调相机控制系统控制调相机进入强励状态。

进一步的，步骤s14之后还包括：

步骤s15、调相机控制系统判断直流母线恢复且未收到直流换相失败信号，若判断结果为是，则执行步骤s16，否则返回执行步骤s14；

在步骤s13判断未收到直流控保系统发出的直流换相失败信时，则执行步骤s16；

步骤s16、调相机控制系统控制调相机退出强励状态。

进一步的，步骤s13中直流控保系统根据其内部换相失败预测模块判断直流是否发生换相失败，如果判断直流发生换相失败，则将直流换相失败信号发送至安稳装置，安稳装置将直流控保系统与avc系统进行通信连接，且将直流换相失败信号发送给avc系统，avc系统再将直流换相失败信号发送给调相机控制系统。

进一步的，步骤s12中调相机控制系统根据调相机输入的直流母线电压和直流电流信息判断直流是否发生换相失败具体为：

调相机控制系统中包含就地模块，所述就地模块根据获取的直流母线电压和直流电流信息，根据式(1)和式(2)判断直流在交流系统相间故障及单相接地故障情况下是否发生换相失败。

其中，相间故障判据如式(1)所示：

单相接地故障判据如式(2)所示：

其中，u表示采集的交流母线电压值；umin表示直流换相失败临界值；idc表示逆变侧直流电流；xc表示换相电抗；γ0表示最小关断角，典型值为7°；β1为触发超前角；u1表示直流母线额定电压值，α为触发延迟角，γ为关断角，为换相过零点的相位偏移角。

本发明调相机通过调相机控制系统判断直流是否换相失败实现快速强励，同时直流控保、安稳系统、avc系统以及调相机控制系统确保直流换相失败不会漏判，进而实现了对直流换相失败的准确判断，从而强励发出无功，减小部分交流电网故障导致的直流连续换相失败问题；此外，该方案只需在现有的安稳系统和avc系统之间增加4～20ma通道，实现简单，经济性好，便于工程应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明基于调相机与安稳系统的实用直流连续换相失败抑制装置其中一个实施例的结构示意图；

图2是本发明基于调相机与安稳系统的实用直流连续换相失败抑制方法其中一个实施例的流程示意图；

图3是本发明基于调相机与安稳系统的实用直流连续换相失败抑制方法另一个实施例的流程示意图；

图4是本发明实施例采用的方法对直流连续换相失败的抑制作用仿真效果图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

如图1所示，本发明基于调相机与安稳系统的实用直流连续换相失败抑制装置其中一个实施例，包括调相机10、调相机控制系统20、直流控保系统30、安稳装置40以及avc(automaticvoltagecontrol，自动电压控制)系统50；

所述调相机10，用于从直流母线处获取直流母线电压和直流电流信息，并送入调相机控制系统20；

所述调相机控制系统20，用于根据调相机10输入的直流母线电压和直流电流信息判断直流是否发生换相失败，在判断直流发生换相失败后，调相机控制系统20控制调相机10进入强励状态，发出大容量无功，以减小直流连续换相失败风险，即抑制直流连续换相失败概率；否则，判断是否收到直流控保系统30发出的直流换相失败信号，如果判断结果为是，则调相机控制系统20控制调相机10进入强励状态，否则，即所述调相机控制系统20判断直流未发生换相失败且未收到直流控保系统30发出的直流换相失败信号，则控制调相机10退出强励状态，恢复到强励前运行状态。

在调相机控制系统20控制调相机10进入强励状态后，若直流母线恢复且未收到直流换相失败信号，则调相机控制系统20控制调相机10退出强励状态，恢复到强励前运行状态。

具体的，调相机控制系统20中包含就地模块，所述就地模块根据获取的直流母线电压和直流电流信息，根据式(1)和式(2)判断直流在交流系统相间故障及单相接地故障情况下是否发生换相失败。

其中，相间故障判据如式(1)所示：

单相接地故障判据如式(2)所示：

其中，u表示采集的交流母线电压值；umin表示直流换相失败临界值；idc表示逆变侧直流电流；xc表示换相电抗；γ0表示最小关断角，典型值为7°；β1为触发超前角；u1表示直流母线额定电压值，α为触发延迟角，γ为关断角，为换相过零点的相位偏移角。

所述直流控保系统30，用于根据其内部换相失败预测模块判断直流是否发生换相失败，如果判断直流发生换相失败，则将直流换相失败信号发送至安稳装置40。

所述安稳装置40，用于传送所述直流换相失败信号给avc系统50。所述安稳装置40与直流控保系统30和avc系统50分别连接，其中安稳装置40通过光纤通信与直流控保系统30连接，安稳装置40与avc系统50之间可通过4～20ma模拟量实现连接，从而在安稳装置40和avc系统50之间建立可靠的快速通信连接。

所述直流控保系统30可遵循国网公司企业标准q/gdw11764-2017《高压直流工程直流控制保护与稳控装置接口技术规范》的要求，将直流换相失败信号通过iec60044-8通信协议以光纤通信方式传送给安稳装置40，由于安稳装置40与avc系统50之间通过4～20ma模拟量实现连接，进而将直流换相失败信号传输给avc系统50。

所述avc系统50，用于将安稳装置40传送的所述直流换相失败信号发送至调相机控制系统20的就地模块。其中，所述avc系统50包括调相机avc子站51和调相机avc主站52，调相机avc子站51与调相机avc主站52之间通过调度数据网进行通信连接，调相机avc子站51接受调相机avc主站52的调度和控制，所述直流换相失败信号的传送由调相机avc子站51实施。

如图2所示，本发明基于调相机与安稳系统的实用直流连续换相失败抑制方法其中一个实施例，包括如下步骤：

步骤s11、调相机从直流母线处获取直流母线电压和直流电流信息，并送入调相机控制系统；

步骤s12、调相机控制系统根据调相机输入的直流母线电压和直流电流信息判断直流是否发生换相失败，若判断结果为是，则执行步骤s14，否则执行步骤s13；

具体的，调相机控制系统中包含就地模块，所述就地模块根据获取的直流母线电压和直流电流信息，根据式(1)和式(2)判断直流在交流系统相间故障及单相接地故障情况下是否发生换相失败。

其中，相间故障判据如式(1)所示：

单相接地故障判据如式(2)所示：

其中，u表示采集的交流母线电压值；umin表示直流换相失败临界值；idc表示逆变侧直流电流；xc表示换相电抗；γ0表示最小关断角，典型值为7°；β1为触发超前角；u1表示直流母线额定电压值，α为触发延迟角，γ为关断角，为换相过零点的相位偏移角。

步骤s13、调相机控制系统判断是否收到直流控保系统发出的直流换相失败信号，如果判断结果为是，则执行步骤s14；

直流控保系统根据其内部换相失败预测模块判断直流是否发生换相失败，如果判断直流发生换相失败，则将直流换相失败信号发送至安稳装置。安稳装置将直流控保系统与avc系统进行通信连接，且将直流换相失败信号发送给avc系统，avc系统再将直流换相失败信号发送给调相机控制系统。

步骤s14、调相机控制系统控制调相机进入强励状态，发出大容量无功，以减小直流连续换相失败风险，即抑制直流连续换相失败概率。

请继续参阅图3，在另一实施例中，在步骤s14之后还包括：

步骤s15、调相机控制系统判断直流母线恢复且未收到直流换相失败信号，若判断结果为是，则执行步骤s16，否则返回执行步骤s14。

在步骤s13判断未收到直流控保系统发出的直流换相失败信时，则执行步骤s16；

步骤s16、调相机控制系统控制调相机退出强励状态。

图4所示为部分故障条件下采用本方案可减小直流连续换相失败发生概率，其中实线表示在单相接地故障条件下，没有调相机时直流发生了3次换相失败将闭锁；虚线表示调相机无控制自适应相应情况下发生两次换相失败；点划线表示在采用本方案的控制方法后只发生一次换相失败，未出现连续换相失败的情况。

本发明实施例提出的基于调相机与安稳系统的实用直流连续换相失败抑制装置及方法，针对当前调相机为跟随电压控制，不能准确判断直流换相失败的问题，以及建立调相机紧急控制系统投资成本较大的问题，提出一种考虑调相机与安稳系统的抑制直流连续换相失败的实用方法，通过将就地判断和直流控保换相失败的判断结果结合，实现对直流换相失败的准确判断，进而强励发出大容量无功，降低直流连续换相失败发生概率。

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。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。