一种高压直流输电系统换相失败检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高压输电直流系统换相失败检测方法，属于电气信息领域。
【背景技术】
[0002] 直流输电因可控性强、输电容量大、输电损耗小等优点被广泛用于远距离输电、地 下和海底电缆送电及非同步电网联网上，具有很高的经济效益和社会效益。由于直流输电 本身的运行特性及大功率电力电子设备的使用，换相失败和谐波问题也随之产生。
[0003] 换相失败是高压直流系统最常见的故障之一，换相失败会导致系统电压降低和输 送电流短时增大，换相失败过程中，直流功率和电压会发生剧烈变化，对直流两侧交流系统 造成冲击，多次连续的换相失败会导致直流系统闭锁。电压降低和电压畸变是造成换相失 败的主要原因。目前，对于换相失败机理、判别、预防控制的研宄都是基于基波电压和电流 的计算和分析。
[0004] 故障发生过程及故障后直流系统恢复阶段，直流电流上升会造成换流变压器饱 和，从而产生大量谐波并造成电压畸变，目前，还未见有电压畸变对于换相失败检测的专利 文献和非专利文献报道。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种高压直流输电系统换相失败检 测方法，其特点是从换相过程机理出发，在换相电压时间面积方法的基础上考虑了谐波换 相电压时间面积，能够量化分析谐波对换相失败的影响。
[0006] 本发明的目的由以下技术措施实现
[0007] 图1为高压直流输电的三相全波桥式电路，假设含有变压器的交流系统表示为一 个电压和频率恒定的理想电压源与一个无损电感串联。换流桥主要由晶闸管构成，晶闸管 是控电子开关，其关断的必要条件是阳极相对于阴极电压为正，同时正向电流小于其维持 电流。电流从一相转移到另一相需要一定的时间，称为换相时间，对应的角度称为"换相角 (y)"。每次换相过程从触发延迟角=a开始，到on=a+y=S时结束，其中S 为熄弧角，相应的换相裕度为熄弧超前角（Y)。图2为阀4向阀6换相过程等值电路图。
[0008] 高压直流系统换相失败检测方法包括以下步骤
[0009] 1)直流系统换相过程由式⑴表示
【主权项】
1. 一种高压直流输电系统换相失败检测方法，其特征在于该方法包括以下步骤： 1) 直流系统换相过程由式（1)表示
(1) 式中，i4,i6分别为流过晶闸管4和晶闸管6的电流，Ua，Ub分别表示交流侧A，B相电 压，因为直流侧都装有一个较大的平波电抗器，因此假设直流电流Id保持恒定且无纹波，即 i4+i6=Id，式⑴可写为
(2) 式中，Uab为线电压，对上式两端作关于t的定积分，下限为换流初始时刻％，《、=a或tQ=a/ ?，上限为换流结束时刻t^ a+y或t(a+y)/?，对式⑵两边 积分可得
(3) 在阀4向阀6换相过程中，换相电流14由Id减小到0,因此式（3)积分后可得：
(4) 2) 考虑n次（n多2)谐波的影响，线电压可表示为
(5) 式中，EnSn次谐波电压幅值，巾"为n次谐波相角，将式（5)代入式（4)，可得 (6) 1LL
LL C C 式中：
是所有谐波分量的叠加，若要换相成功，时刻要满足 式 ?t!=a+y^ 180°-ymin (7)
临界熄弧角Ymin的大小取决于晶闸管的物理特性，受材料特性的影响，晶闸管的去游 离时间约为400ys，对应ymin= 7°，若等式（7)不成立，也就是等式（8)右侧基波电压和 各谐波电压的积分不足以使得晶闸管2的电流从Id降到0,此时晶闸管2会持续导通，出现 换相失败，sn (8) 式中，tQ=a/o^tfmin)/?，因此，为了避免换相失败，谐波项 (9)
的影响应尽可能小； 3)n次谐波的谐波换相时间面积可表示为
由式（9)可得，谐波的影响与谐波电压幅值，触发超前角a，谐波次数等因素有关，将 式（9)化简，可& (1〇) 式中，AnS义为谐波换相系数，
9n为简化过程的附加角度， 是已知量。由式（10)可见，影响谐波换相面积的因素主要包括谐波换相系数An、n次谐波 相角％和电压En，由于0的不确定性和不易测性，An的意义在于某一运行状态下n次谐波对 于换相过程的最大可能的影响程度； 式（10)可用于分析谐波对于换相过程的影响程度，由于％的不确定性，此处忽略正弦 函数项，计算谐波电压换相面积对基波最大可能影响程度，定义谐波影响系数Gnl，
(ID 式（11)在式（10)的基础上进了简化，式（8)可用于检测各次谐波对于基波换相面积 的影响程度，Gn值越大，谐波对于换相过程的影响越大，一般可认为15 '直流就极 有可能发生换相失败，工程人员可根据直流的实际运行状态调整阈值，该方法只需计算谐 波换相系数和谐波电压，易于工程计算和分析。
【专利摘要】本发明公开了一种高压直流系统换相失败检测方法，其特点是从换相过程机理出发，在换相电压时间面积方法的基础上考虑了谐波电压换相时间面积，该方法能够定量的分析谐波对换相失败的影响，并作为高压直流系统换相失败检测的判据。
【IPC分类】G01R31-08
【公开号】CN104614640
【申请号】CN201410830448
【发明人】刘天琪, 王峰, 赵磊, 李兴源, 张英敏, 陈实
【申请人】四川大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月26日