本发明属于直流输电领域，特别涉及一种直流输电系统换相失败故障恢复方法。
背景技术：
基于晶闸管的电网换相高压直流输电系统具有输电容量大、线路造价低、非同步联网能力强，在远距离大容量输电及大区域联网等方面具有很大优势。直流输电系统大密度接入交流电网，使得交直流系统间相互影响日益复杂，给电网的安全稳定运行带来巨大的挑战。大功率直流系统的换相失败故障比较常见，多由受端交流系统故障引发。换相失败期间直流功率大幅下降，直流送端电网的同步发电机加速，直流受端电网的频率下降，如换相失败持续时间短，直流功率能快速恢复，对系统的稳定运行影响不大，但连续换相失败对系统稳定性的影响比较严重，连续换相失败的反复冲击可能引起送端机组相对功角失稳和重要交流联络断面解列。
引起换相失败故障的原因有很多，但当晶闸管及其触发系统均正常工作时，发生换相失败的主要原因是当受端电网发生故障时引起的电网电压跌落或波动。直流输电首次换相失败一般难以避免，但采取合适的控制措施可以抑制直流输电连续换相失败。对于交直流混联电网，连续多次换相失败会造成直流系统闭锁、直流系统功率传输中断、交流系统传输功率剧烈变化甚至反向，冲击交流系统并多次造成交流系统保护误动，严重威胁电网的安全稳定运行。因此，研究合适的控制方法在抑制直流输电连续换相失败的同时缩短故障恢复时间，改善交直流系统故障恢复特性，具有十分重要意义。
目前对直流输电换相失败预测控制策略的研究成果均集中于预防直流输电首次换相失败，很少有文献对抑制直流输电连续换相失败进行研究。目前直流输电工程应用和已公开的专利主要是通过对直流输电控制策略的优化来抑制换相失败，在高压直流控制系统中CFPREV(换相失败预测控制)常通过检测换相电压中的零序分量或对换相电压进行α/β变换，来预防由交流系统单相接地故障和三相短路故障引起的换相失败。针对换相失败的预测和预防控制，学者们提出了多种改进的预测算法，包括提高过零点附近检测速度和准确性的方法、采用自适应模糊控制或PI控制应对不同直流控制模式及运行工况的影响，大部分为增大关断角或减小直流电流，可作为换相失败的辅助预防手段，但无法从根本上避免换相失败的连续发生。
对此本发明提供一种直流输电系统换相失败故障恢复方法，其能够在换流器不闭锁的情况下有效处理直流输电系统的换相失败故障,避免直流连续换相失败带来的功率来回波动危及所连交流电网的稳定安全,在故障消失后实现快速的直流功率恢复，更好的维持交直流输电系统的稳定。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供一种直流输电系统换相失败故障恢复方法，应用在常规直流输电系统，能够在换流器不闭锁的情况下有效处理直流输电系统的换相失败故障,避免直流功率的来回波动危及所连交流电网的安全稳定,在故障消失后实现快速的直流功率恢复，更好的维持交直流输电系统的稳定。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种直流输电系统换相失败故障恢复方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1、采集直流输电系统的直流电压、直流电流、逆变换流站所连接交流电网的交流电压；
步骤2、依据步骤1采集的模拟量判别直流输电系统是否发生换相失败故障；
步骤3、若发生换相失败故障，则控制整流换流站增大触发角，控制逆变换流站跳开直流断路器，同时逆变换流站的换相失败时间累加器开始计时并累积换相失败时间；在等待设定的时间到达时或换相失败故障在一定时间内消失时，控制整流换流站减小触发角，并控制逆变换流站重新合上直流断路器，尝试恢复直流功率至故障前水平，同时将逆变换流站的换相失败时间累加器清零。
上述方案中，当下述条件至少其中之一满足时，判别直流输电系统发生换相失败故障：
1)直流电压小于第一电压定值Uset1，且持续时间超过第一检测时间定值Tset1；
2)直流电流大于第一电流定值Iset1，且持续时间超过第二检测时间定值Tset2；
3)直流电压的变化速率小于第一速率定值DUset，且持续时间超过第三检测时间定值Tset3；
4)直流电流的变化速率大于第二速率定值DIset，且持续时间超过第四检测时间定值Tset4；
5)逆变换流站所连接交流电网的交流电压小于第二电压定值Uset2,且持续时间超过第五检测时间定值Tset5；
上述方案中，当下述条件至少其中之一满足时，判别直流输电系统换相失败故障消失：
a)直流电流与故障前的直流电流指令的误差小于第二电流定值Iset2，且持续时间超过第六检测时间定值Tset6；
b)逆变换流站所连接交流电网的交流电压持续大于第三电压定值Uset3，且持续时间超过第七检测时间定值Tset7；
上述方案中，所述换相失败故障在一定时间内消失是指当逆变换流站判定直流输电系统发生换相失败故障时，逆变换流站的换相失败时间累加器开始计时并累积换相失败时间，当累积的换相失败时间未达到时间定值，直流输电系统换相失败故障已消失。
上述方案中，当累积的换相失败时间达到时间定值，则闭锁直流并将逆变换流站的换相失败时间累加器清零，同时向安全稳定控制装置发出直流闭锁信号，安全稳定控制装置执行相应的切机或切负荷控制命令。
本发明的有益效果是：
1)本发明能够有效抑制直流输电连续换相失败,同时缩短故障恢复时间。
2)本发明能够在换流器不闭锁的情况下有效处理直流输电系统的换相失败故障,避免直流连续换相失败带来的功率来回波动危及所连交流电网的稳定安全,在故障消失后实现快速的直流功率恢复，更好的维持交直流输电系统的稳定。
附图说明
图1是本发明中的高压双极直流输电系统图；
图2是本发明一种直流输电系统换相失败故障恢复方法的流程图；
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
对于图1所示的一个双极直流输电系统，包括：整流换流站和逆变换流站，两者通过两条直流输电线路相连，其中：整流换流站用于将送端交流电网的三相交流电转换为直流电后通过直流输电线路传送给逆变换流站，逆变换流站用于将直流电转换为三相交流电后输送给受端交流电网。送端或受端交流电网进站的母线上可连接有无源滤波器，也可能没有,需根据系统工程条件来确定,当由晶闸管换流器组成时，一般需要装设无源滤波器，有时还需要装设无功补偿电容器。图1中整流换流站和逆变换流站均由两组晶闸管换流器单元串联组成，其串联节点连接接地极，串联后的正负两端均通过平波电抗器及直流短路器与直流输电线路相连接；同时在直流线路与大地之间装设有直流滤波器。
晶闸管换流器单元采用十二脉动桥式电路；其中，每个桥臂均由若干个晶闸管串联构成，晶闸管换流器通过一台接线方式分别为Y0/Y/Δ的三绕组变压器与送端或受端交流电网连接，且变压器一次侧分别装设有交流断路器。变压器能够对送端或受端交流系统的三相交流电进行电压等级变换，以适应所需的直流电压等级，变压器副边接线方式的不同为十二脉动桥式晶闸管换流器的上下两个六脉动换流桥提供相角差为30°的三相交流电，以减少流入电网的谐波电流。一般整流换流站采用定直流电流控制策略控制，逆变换流站采用定直流电压控制策略控制。
对于图1所示的直流输电系统，其换相失败故障恢复过程如示意图2所示，其具体包括如下步骤：
步骤1、采集直流输电系统的直流电压、直流电流、逆变换流站所连接交流电网的交流电压；
当下述条件至少其中之一满足时，判别直流输电系统发生换相失败故障：
1)直流电压小于第一电压定值Uset1，且持续时间超过第一检测时间定值Tset1；
2)直流电流大于第一电流定值Iset1，且持续时间超过第二检测时间定值Tset2；
3)直流电压的变化速率小于第一速率定值DUset，且持续时间超过第三检测时间定值Tset3；
4)直流电流的变化速率大于第二速率定值DIset，且持续时间超过第四检测时间定值Tset4；
5)逆变换流站所连接交流电网的交流电压小于第二电压定值Uset2,且持续时间超过第五检测时间定值Tset5；
上述方案中，当下述条件至少其中之一满足时，判别直流输电系统换相失败故障消失：
a)直流电流与故障前的直流电流指令的误差小于第二电流定值Iset2，且持续时间超过第六检测时间定值Tset6；
b)逆变换流站所连接交流电网的交流电压持续大于第三电压定值Uset3，且持续时间超过第七检测时间定值Tset7；
其中，不同的直流输电系统的Tset1至Tset7、Iset1、Iset2、Uset1、Uset2、Uset3、DUset及DIset取值根据其电路性能参数的不同而不同，以下提供一些取值范围：
时间定值Tset1至Tset7的取值范围均为0-1s，直流电流定值Iset1及Iset2的取值范围为Ki倍额定直流电流，其中0<Ki≤3，直流电压定值Uset1的取值范围为Ku1倍额定直流电压，其中0<Ku1≤1,交流电压定值Uset2及Uset3的取值范围为Ku2倍额定交流电压，其中0<Ku2≤1，DUset的取值范围为-10pu/ms至-0.001pu/ms，DIset的取值范围为0.001pu/ms至5.0pu/ms。
步骤2、依据步骤1采集的模拟量判别直流输电系统是否发生换相失败故障；
步骤3、若发生换相失败故障，则控制整流换流站增大触发角，抑制故障直流电流，同时控制逆变换流站跳开直流断路器，同时逆变换流站的换相失败时间累加器开始计时并累积换相失败时间；在预先设定的等待时间到达时或当逆变换流站判定直流输电系统发生换相失败故障时，逆变换流站的换相失败时间累加器开始计时并累积换相失败时间，当累积的换相失败时间未达到时间定值，直流输电系统换相失败故障已消失时，控制整流换流站减小触发角，并控制逆变换流站重新合上直流断路器，尝试恢复直流功率至故障前水平，同时将逆变换流站的换相失败时间累加器清零。
上述方案中，当累积的换相失败时间达到时间定值，则闭锁直流输电系统并将逆变换流站的换相失败时间累加器清零，同时向安全稳定控制装置发出直流输电系统闭锁信号，安全稳定控制装置执行相应的切机或切负荷控制命令。
本发明的有益效果是：
1)本发明能够有效抑制直流输电连续换相失败,同时缩短故障恢复时间。
2)本发明能够在换流器不闭锁的情况下有效处理直流输电系统的换相失败故障,避免直流连续换相失败带来的功率来回波动危及所连交流电网的稳定安全,在故障消失后实现快速的直流功率恢复，更好的维持交直流输电系统的稳定。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。