直流换相失败根据面积数值设置增加熄弧角数值的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及直流输电换相失败根据面积数值设置增加熄弧角数值的方法。尤其是涉及基于晶闸管单控器件的高压/特高压直流输电，不包括基于IGBT / IGCT等全控器件的高压直流输电。
【背景技术】
[0002]目前国内运行着众多高压直流输电工程，绝大部分是基于晶闸管单控器件的高压直流输电工程。系统结构如图1所示。通常由换流站、直流线路组成；换流站通常分整流站、逆变站；每个换流站由交流电网、换流变压器、换流器等组成；换流器由多个换流阀组成，最典型的是12个换流阀(称为12脉动);交流电网配有交流电网电压测点，可测量交流电网电压。高压直流输电通过控制换流变压器分接头和换流阀的触发脉冲，从而控制直流侧电压；分别控制整流站和逆变站的直流侧电压差，可以调节直流电流；从而达到输电的目的。
[0003]逆变站交流电网扰动或故障将造成晶闸管换流器换相失败，这是基于晶闸管单控器件直流输电工程的固有现象。连续的换相失败不仅影响电能的正常输送，而且给整个交流电网的稳定带来非常不利的影响。
[0004]避免连续的换相失败是电力运营单位、电力专家和学者的共同课题。
[0005]这个技术领域有两个基本技术:检测是否发生换相失败技术和避免连续换相失败技术。
[0006]1、检测是否发生换相失败技术有很多，比如:交流系统电压低、直流电流大于换流变压器阀侧电流、熄弧角低、面积法，等。
[0007]其中，面积法分交流电网电压面积法和换相电流面积法。
[0008]交流电网电压面积法使用的最准确电压量是加在换流阀上的电压(阀侧电压)，但实际使用的是交流电网电压(线电压)。因为通过交流电网电压可以准确得到阀侧电压，所以实际使用交流电网电压并不影响交流电网电压面积法的可行性。
[0009]图2显示的是两相换相过程，以及交流电网电压面积。Uab交流电网线电压，α为触发角，μ为叠弧角，γ为熄弧角。
[0010]面积法使用的换相面积可以是:叠弧区面积，熄弧区面积，或叠弧区面积+熄弧区面积。
[0011]交流电网电压面积法检测是否发生换相失败的原理是，换相面积小于一定值，则认为发生换相失败。
[0012]专利“基于换相电流时间面积指标的换相失败检测方法”(专利号CN102353874A):根据换相电流时间面积的大小提出相应的判据，判断换流站逆变侧是否发生换相失败。
[0013]2、避免连续换相失败技术有:增加熄弧角、降低直流功率、使用低压限流功能(VDCL)等。
[0014]其中，增加熄弧角是最常见的处理发生换相失败后的技术。通常，增加的熄弧角角度数值为一固定值(如，5度)。研究表明，对交流电网故障程度更为严重的情况，增加的熄弧角选择更大的数值(如，15度)，将更有利于避免后续的连续换相失败。同时，如果固定选择更大的增加的熄弧角角度，则当轻微交流电网故障引起换相失败后，由于增加熄弧角选择更大的角度这一控制操作，对直流输电将产生更大的扰动。
[0015]综上所述，需要解决的问题是，能否根据交流电网故障程度的不同，选择增加的熄弧角角度数值也不同；从而达到增加熄弧角这一控制操作既更有效地避免严重故障程度下的连续换相失败，又避免轻微故障程度下对直流输电带来大的扰动。
【发明内容】
[0016]本发明的目的是提供一种直流换相失败根据面积数值设置增加熄弧角数值的方法。本发明通过交流电网电压面积数值确定交流电网故障程度，根据面积数值设置增加熄弧角数值，达到检测到换相失败后的增加熄弧角控制操作既更有效地避免严重故障程度下的连续换相失败，又避免轻微故障程度下对直流输电带来大的扰动。
[0017]本发明的技术方案是:本发明直流换相失败根据面积数值设置增加熄弧角数值的方法，在直流输电系统中，计算交流电网电压换相面积数值，当发生换相失败时，根据这个换相面积数值，设置增加熄弧角控制操作所需要增加的熄弧角角度数值。
[0018]所述交流电网电压换相面积是:叠弧区面积，熄弧区面积，或叠弧区面积+熄弧区面积。
[0019]所述设置增加熄弧角角度数值的方法采用线性法，Angle = k*Aero + b，这里，Angle为增加熄弧角角度，Aero为交流电网电压换相面积，k、b为常数，且k为负数。
[0020]所述设置增加熄弧角角度数值的方法采用限幅线性法，Angle = k*Aero + b，且当 Angle 大于等于 LimHigh 时，Angle = LimHigh ;当 Angle 小于等于 LimLow 时，Angle =LimLow ;这里，LimHigh为角度高限值、LimLow为角度低限值，且LimHigh > LimLow。
[0021]所述设置增加熄弧角角度数值的方法采用阶梯法，Aero不同区间值时，Angle等于不同的数值。
[0022]所述设置增加熄弧角角度数值的方法采用阶梯加线性法，Aero在某些区间时，Angle选择线性值；Aero在其他区间时，Angle等于不同的数值。
[0023]本发明的有益效果是:本发明提供一种直流输电换相失败根据面积数值设置增加熄弧角数值的方法，在各种交流电网故障程度下，既更有效地避免严重故障程度下的连续换相失败，又避免轻微故障程度下对直流输电带来大的扰动。
【附图说明】
[0024]
图1为本发明直流输电系统示意图图2为本发明两相换相过程，以及交流电网电压面积图图3为本发明限幅线性法示意图图4为本发明阶梯法示意图图5为本发明阶梯加线性法示意图
【具体实施方式】
本发明直流换相失败根据面积数值设置增加熄弧角数值的方法，实施方法是:
计算交流电网电压换相面积数值，当发生换相失败时，根据这个换相面积数值，设置增加熄弧角控制操作所需要增加的熄弧角角度数值。
[0025]交流电网电压换相面积可以是:叠弧区面积，熄弧区面积，或叠弧区面积+熄弧区面积。
[0026]这里，换相面积数值为电压积分值(电压乘以时间)。电压具体值的选择有多种:1、按实际电压值(以千伏为单位)；2、按标么值(额定电压有效值为I标么)；3、按峰值标幺值(额定电压峰值为I标么)。时间具体值的选择有多种:1、以秒为单位；2、以毫秒为单位；3、以微秒为单位；4、以角度为单位。
[0027]另外，换相面积数值也可以定义如下，无故障额定运行状态下，交流电网电压上半周面积数值归一化为I。
[0028]根据面积数值设置增加熄弧角角度数值的方法之一是，线性法，Angle = k*Aero +b，这里，Angle为增加熄弧角角度，Aero为交流电网电压换相面积，k、b为常数，且k为负数。
[0029]这里，k、b数值选择，需根据换相面积数值选择的不同，取值范围不同。比如，换相面积数值选择为交流电网电压上半周面积数值归一化为1，则k的选值范围为:-300至-0.05，b的选值范围为:5至35。
[0030]根据面积数值设置增加熄弧角角度数值的方法之二是，限幅线性法，如图3所示。Angle = k*Aero + b，且当 Angle 大于等于 LimHigh 时，Angle = LimHigh ;当 Angle 小于等于LimLow时，Angle = LimLow ;这里，LimHigh为角度高限值、LimLow为角度低限值，且LimHigh > LimLow0 LimHigh 范围为 5 至 35，LimLow 范围为 3 至 8。
[0031]根据面积数值设置增加熄弧角角度数值的方法之三是，阶梯法，如图4所示。Aero不同区间值时，Angle等于不同的数值。
[0032]根据面积数值设置增加熄弧角角度数值的方法之四是，阶梯加线性法，如图5所示。Aero在某些区间时，Angle选择线性值；Aero在其他区间时，Angle等于不同的数值。
【主权项】
1.一种直流换相失败根据面积数值设置增加熄弧角数值的方法，其特征在于:在直流输电系统中，计算交流电网电压换相面积数值，当发生换相失败时，根据这个换相面积数值，设置增加熄弧角控制操作所需要增加的熄弧角角度数值。2.根据权利要求1所述的直流换相失败根据面积数值设置增加熄弧角数值的方法，其特征在于所述交流电网电压换相面积是:叠弧区面积，熄弧区面积，或叠弧区面积+熄弧区面积。3.根据权利要求1所述的直流换相失败根据面积数值设置增加熄弧角数值的方法，其特征在于所述设置增加熄弧角角度数值的方法采用线性法，Angle = k*Aero + b，这里，Angle为增加熄弧角角度，Aero为交流电网电压换相面积，k、b为常数，且k为负数。4.根据权利要求1所述的直流换相失败根据面积数值设置增加熄弧角数值的方法，其特征在于所述设置增加熄弧角角度数值的方法采用限幅线性法，Angle = k*Aero + b，且当 Angle 大于等于 LimHigh 时，Angle = LimHigh ;当 Angle 小于等于 LimLow 时，Angle =LimLow ;这里，LimHigh为角度高限值、LimLow为角度低限值，且LimHigh > LimLow。5.根据权利要求1所述的直流换相失败根据面积数值设置增加熄弧角数值的方法，其特征在于所述设置增加熄弧角角度数值的方法采用阶梯法，Aero不同区间值时，Angle等于不同的数值。6.根据权利要求1所述的直流换相失败根据面积数值设置增加熄弧角数值的方法，其特征在于所述设置增加熄弧角角度数值的方法采用阶梯加线性法，Aero在某些区间时，Angle选择线性值；Aero在其他区间时，Angle等于不同的数值。
【专利摘要】本发明公开一种直流输电换相失败根据面积数值设置增加熄弧角数值的方法，在直流输电系统中，计算交流电网电压换相面积数值，当发生换相失败时，根据这个换相面积数值，设置增加熄弧角控制操作所需要增加的熄弧角角度数值。所述交流电网电压换相面积是：叠弧区面积，熄弧区面积，或叠弧区面积+熄弧区面积。根据面积数值设置增加熄弧角角度数值的方法有线性法、限幅线性法、阶梯法、阶梯加线性法。根据交流电网故障程度的不同，选择不同的增加熄弧角角度数值；从而达到增加熄弧角这一控制操作既更有效地避免严重故障程度下的连续换相失败，又避免轻微故障程度下对直流输电带来大的扰动。
【IPC分类】H02J3/36
【公开号】CN105162154
【申请号】CN201410801164
【发明人】丁晓兵, 吴林平, 刘之尧, 王俊生, 余江, 王永平, 朱韬析, 杨建明
【申请人】中国南方电网有限责任公司, 南京南瑞继保工程技术有限公司
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2014年12月22日