改善直流输电系统换相失败恢复性能的熄弧角控制电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种电力系统控制运行保护技术，特别涉及一种改善直流输电系 统换相失败恢复性能的熄弧角控制电路。
【背景技术】
[0002] 交流系统发生故障时可引发直流换流器换相失败（熄弧角小于7° )，导致功率传 输中断。通常直流系统输送的有功功率和消耗的无功功率都很大，因此改善交流故障后直 流系统的恢复性能对维系交直流大电网的安全稳定运行具有重要意义，而优化控制系统是 经济可行的办法。
[0003] 仿真研究和运行经验表明，在传统的比例积分闭环控制框架下，当直流系统从换 相失败中恢复时可能出现一些问题：（1)换相失败持续时间较长，加剧送受端系统的功角 稳定问题；（2)交流故障清除后，本来已恢复换相的换流器再次发生换相失败，中断有功传 输并引起交流电压波动，严重阻碍直流的恢复；（3)由于直流电流和熄弧角的超调，直流换 流器在恢复期间可出现较大的动态无功需求，增大受端电网电压失稳的风险。通过调整直 流控制策略或控制参数能够在一定程度上缓解以上问题。目前大多数控制优化方案都是针 对直流电流设计的，如引入低压限流控制环节，其主要弊端在于，在避免后续换相失败或降 低直流无功消耗的同时将延缓有功功率的恢复。考虑到直流系统运行时整流器控制电流， 逆变器控制熄弧角，且换相失败发生在逆变器一侧，因此可尝试对熄弧角控制的电路结构 提出优化改进。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种改善直流输电系统 换相失败恢复性能的熄弧角控制电路，该熄弧角控制电路有效减少了直流换相失败持续时 间、避免恢复期间换流器再次换相失败、加速直流有功功率恢复和抑制直流无功消耗。
[0005] 本实用新型的目的可以通过下述技术方案实现：一种改善直流输电系统换相失败 恢复性能的熄弧角控制电路，包括：依次连接的非线性调制单元、比例积分单元和脉冲触发 单元；
[0006] 非线性调制单元对输入的第一熄弧角偏差信号Y@进行调制，并输出第二熄弧角 偏差彳目号丫^^;
[0007] 比例积分单元接收第二熄弧角偏差信号y，将自身的输入量标记为第三熄弧 角偏差信号y_3，并计算延迟角控制量0Y，所述延迟角控制量0 7的计算公式如下：
[0008]
[0009] 其中，s为拉式算子，K为比例常数，为积分常数。常数31减去延迟角控制量 0Y得到触发角控制量a ;
[0010] 脉冲触发单元接收触发角控制量a，并通过所述触发角控制量a控制直流换流 器晶闸管的通断。
[0011] 作为优选，本实用新型的改善直流输电系统换相失败恢复性能的熄弧角控制电路 还包括：取小单元、电流低通滤波单元、电流比较器、电压低通滤波单元、电压比较器、逻辑 与门、依次连接的微分器、脉冲生成单元和双通道选择器；
[0012] 取小单元的输出端连接非线性调制单元的一个输入端，电流低通滤波单元、电流 比较器和逻辑与门的一个输入端依次连接，电压低通滤波单元、电压比较器和逻辑与门的 另一个输入端依次连接；逻辑与门的输出端与非线性调制单元的另一个输入端连接；
[0013] 取小单元接收、存储和比较20ms内的熄弧角测量值g_s并得到熄弧角采样值的最 小值，由熄弧角整定值减去熄弧角采样值的最小值，得到第一熄弧角偏差信号Y_，并 把第一熄弧角偏差信号T_输送至非线性调制单元。
[0014] 电流低通滤波单元处理直流电流测量值，并输出滤波电流I，采用如下式子计 算所述滤波电流I:
[0015]
，
[0016] 其中，为电流积分常数，s为拉氏算子；
[0017] 电流比较器接收滤波电流I，并判断接收滤波电流I是否大于电流设定值IMt，若 大于，则输出逻辑信号1，否则，输出逻辑信号〇 ;
[0018] 电压低通滤波单元处理交流电压测量值V_s，并输出滤波电压V，采用如下式子计 算所述滤波电压V:
[0019]
[0020] 其中，Tv为电压积分常数，s为拉氏算子；
[0021] 电压比较器接收滤波电压V，并将其与电压设定值VsJS行比较，若滤波电压大于 电压设定值，则输出逻辑信号1，否则输出逻辑信号〇 ;
[0022] 逻辑与门接收电压比较器和电流比较器输出的逻辑信号，并进行"与"处理，输出 第一逻辑信号S1至非线性调制单元，所述第一逻辑信号S1取值为0或1。
[0023] 微分器对电压低通滤波单元输出的滤波电压V进行微分计算，得到滤波电压微分 值；
[0024] 脉冲生成单元接收并判断滤波电压微分值是否大于脉冲设定值D;若大于，则输 出的第二逻辑信号S2 = 1，持续时间为整定值T;否则，始终输出第二逻辑信号S2 = 0 ;
[0025] 双通道选择器接收脉冲生成单元输出的第二逻辑信号S2,并输出熄弧角偏差增量 信号Ay _。若第二逻辑信号S2 = 0,则熄弧角偏差增量信号Ay_= 〇 ;若第二逻辑信 号S2 = 1，则熄弧角偏差增量信号AY_=X2,其中，X2为设定的值；输出的熄弧角偏差 增量信号A丫_与非线性调制单元输出的第二熄弧角偏差信号y_2相加，得到第三熄弧 角偏差信号y_3，并把第三熄弧角偏差信号y_3输出至比例积分单元。
[0026] 作为优选，所述非线性调制单元，其输出的第二熄弧角偏差y_2是输入的第一熄 弧角偏差y的分段线性函数，函数特征为具有由七个关键点组成的折线段；
[0027] 所述七个关键点为N'，N，M，0,A，B和B'，通过不同方式用直线将各点连接起来即 构成所需函数。所述七个关键点具有以下特点：
[0028] 0为坐标原点；第一关键点N'点满足：XN，<XM且YN，= -90 ;第二关键点N满足： XN〈XN，且YN, = -90;第三关键点M满足：XM=YM〈0;第五关键点A满足：XA=YA>0;第六关键 点B点满足：XB>X^YB= 90 ;第七关键点B'点满足：XB，>X^YB，= 90。其中：XN，和YN，分 别为第一关键点的横坐标和纵坐标；\和Yn分别为第二关键点的横坐标和纵坐标；XM和Ym 分别为第三关键点的横坐标和纵坐标；XJPYa分别为第五关键点的横坐标和纵坐标；XjP YB分别为第六关键点的横坐标和纵坐标；XB，和YB，分别为第七关键点的横坐标和纵坐标。
[0029] 当逻辑与门单元输出的S1 = 0时，分段函数为由点N-M-O-A-B' -B依次连接组成 的折线段；当SI= 1时，分段函数为由点N-N' -M-O-A-B' -B依次连接组成的折线段。
[0030] 所述取小单元接收某时刻的熄弧角采样值，并将该采样值与该时刻之前20ms内 的其他所有采样值一起组成一个集合，输出该集合内的最小值。
[0031] 本实用新型的目的也可以通过下述技术方案实现：一种改善高压直流输电系统换 相失败恢复性能的熄弧角控制电路，包括：
[0032] 1)取小单元，用于接收、存储和比较熄弧角采样值，并取最小值进行输出。由预先 设定的yraf减去该单元的输出值，得到熄弧角误差值y
[0033] 2)非线性调制单元，用以对输入的y _进行调制；根据逻辑与门AND的输出S1确 定具体的调制方式；输出yOT2，并与双通道选择器的输出△ 相加，作为比例积分单元 的输入。
[0034] 3)比例积分单元，用以根据输入求解并输出控制量0Y，计算公式如下：
[0035]
[0036] 其中，s为拉式算子，K为比例常数，为积分常数。常数31减去输出0 Y形成触 发角控制量a。
[0037] 4)脉冲触发单元，接收触发角控制量a，并据此控制直流换流器中晶闸管的通 断。
[0038] 5)低通滤波单元，用以处理直流电流测量值Id_s和交流电压测量值V_s，输出I 和V，采用加下忒子讲杆滤浈i+笪，
[0039]
[0040] 其中，OUT和N分别表不输出和输入，Tx为积分常数，s为拉氏算子。
[0041] 6)比较器，将输入的I(或V)与设定值IMt (或Vset)进行比较，根据比较结果输出 逻辑信号〇或1。
[0042] 7)逻辑与门AND，接收6)中两个比较器的输出并进行"与"处理，输出逻辑信号S1 至非线性调制单元。
[0043] 8)微分器，对滤波后的交流电压V作微分处理，微分结果输出至脉冲生成单元。
[0044] 9)脉冲生成单元，比较8)输出数值是否大于设定值D;若大于，则输出S2 = 1，并 维持时间T，否则S2 = 0。
[0045] 10)双通道选择器，根据脉冲生成单元的输出S2选择输出数值XI和X2;若S2 = 〇,则输出A7" OT=XI，否则AyX2。
[0046] 所述取小单元，接收某时刻的熄弧角采样值，并将该采样值与该时刻之前20ms内 的其他所有采样值一起组成一个集合，输出该集合内的最小值。
[0047]所述元件非线性调制单元，其输出量Y_2是输入量Y的自适应分段线性函数， 假定输入量为横轴X，输出量为纵轴Y，所述自适应分段线性函数具有以下两种特点：
[0048] 第一种：函数具有^11，0^，8,8'七个关键点，通过不同方式用直线将各点连 接起来即构成所需函数。七个点的特征包括：〇为坐标原点；A点满足：XA=YA>0 ;B点满足： YB= 90 ;B'点满足：XB, >父8且YB, = 90 ;M点满足：XM=YM〈0 ;N'点满足：XN, <XM且YN, = -90;N点满足：XN〈XN，且YN, = -90。
[0049] 第二种：当逻辑与门单元输出的SI=0时，分段函数为由点N-M-O-A-B'-B依次 连接组成的折线段；当S1=0时，分段函数为由点N-N'-M-0-A-B'-B依次连接组成的折线 段。
[0050] 本实用新型的原理：本实用新型具有非线性的闭环控制和前馈控制，包括取小单 元、非线性调制单元、比例积分单元、脉冲触发单元、低通滤波、比较器、逻辑与门、微分器、 脉冲生成单元以及双通道选择器；其中前七个元件隶属闭环控制回路，低通滤波及后三个 元件隶属于前馈控制回路。
[0051] 相对于现有技术，本实用新型具有以下的优点与有益效果：本实用新型的物理概 念清晰，电路结构简洁，只需在传统的熄弧角控制电路中新增部分元件即能实现；采用本实 用新型改造原有的熄弧角控