本发明涉及hvdc连续换相失败抑制控制领域，特别是一种基于非线性vdcol的hvdc连续换相失败抑制方法。
背景技术：
我国一次能源与负荷需求呈逆向分布，客观上要求在大范围内对能源进行优化配置。高压直流输电(hvdc)凭借其电能输送容量大，传输损耗低、输电功率调节或反转迅速、输电可靠性高、非同步联络能力强等优点，成为远距离、跨区域的电网互联的重要组成手段，远距离、大容量高压直流输电也将成为我国未来电网的发展趋势。
传统的hvdc采用无自关断能力的晶闸管作为换流元件，逆变侧交流系统发生直流电压下降、直流电流短时增大等故障时易导致hvdc系统发生换相失败，从而发生连续换相失败。连续换相失败会引起直流系统直流偏磁、继电保护装置误动、过电压，甚至引发阀组闭锁或极闭锁导致较大的功率冲击，严重威胁电网的安全稳定运行。
低压限流控制策略(vdcol)是抑制换相失败的常见控制方法，主要是根据故障侧(一般是逆变侧)的交流或直流电压动态调整系统直流电流的指令值，从而增大逆变侧阀组的关断角以增加换相裕度，从而抑制连续换相失败发生。但是传统的vdcol的灵敏度不高，当系统发生严重故障时，其响应较慢，逆变侧电压和直流输送功率调整缓慢，难以避免系统发生连续换相失败。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于非线性vdcol的hvdc连续换相失败抑制方法，将传统的线性的vdcol控制转变成非线性的vdcol控制，同时，根据系统故障程度动态调整vdcol控制器的控制特性，当交流故障严重时，迅速改变直流电流指令以实现连续换相失败的抑制。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于非线性vdcol的hvdc连续换相失败抑制方法，该方法包括以下步骤：
1)分别检测hvdc系统逆变侧交流相电压信号uac、逆变侧直流电压信号udc-inv、整流侧直流电流信号id-rec，逆变侧直流电流信号id-inv，检测逆变侧换流器中的所有换流阀的关断角信号，比较并选择其中的最小值作为γinv；
2)将uac传送至交流故障系数计算模块，得到交流故障系数k；
3)将id-rec乘以电压补偿系数，乘积与udc-inv相加得到补偿后的电压信号即直流线路中点的电压信号udc；
4)将udc和交流故障系数k传送至非线性vdcol控制环节，得到整流侧的定电流控制指令信号iord-rec；
5)将iord-rec与id-rec相减得到误差信号ei-rec，ei-rec通过相应的pi环节得到整流侧换流阀组的超前角指令βrec，用π减去βrec得到整流侧换流阀组的延迟角αrec；
6)将αrec传送到整流侧的脉冲发生单元生成对应的控制信号；
7)将iord-rec减去电流裕度值，得到逆变侧定电流控制指令iord-inv，再将iord-inv信号减去id-inv得到误差信号ei-inv，ei-inv通过相应的pi环节得到逆变侧定电流控制的超前角指令βinv-i；将iord-rec减去id-inv得到电流偏差信号δi；
8)将δi通过电流偏差控制得到电流偏差控制指令δγ；
9)将δγ与逆变侧最小关断角γ0相加得到逆变侧定关断角控制指令γord-inv；
10)将γord-inv减去γinv得到误差信号eγ-inv，eγ-inv通过相应的pi环节得到逆变侧定关断角控制的超前角指令βinv-γ；
11)通过最大值选择单元选择βinv-i和βinv-γ中最大值作为逆变侧超前角指令βinv，用π减去βinv得到逆变侧换流阀组的延迟角αinv；
12)将αinv传送到逆变侧的脉冲发生单元生成对应的控制信号。
交流故障系数k的计算公式为：k＝1-uac/uacn；其中，uacn表示uac的额定值。
电压补偿系数为0.01。
iord-rec的计算公式为：
其中，un表示udc的额定值。
电流裕度值为0.1。
电流偏差控制指令δγ的取值为：
逆变侧最小关断角γ0的值为0.2618。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
1)非线性vdcol环节的输出的整流侧电流指令较传统vdcol环节的输出小，从而可以减小阀组的换相电压时间面积，增大换相裕度；
2)非线性vdcol环节可以根据逆变侧的故障程度动态调整vdcol控制特性的工作范围，系统交流故障越严重，vdcol环节的工作电压上限越接近额定电压，增强了系统的灵敏度；
3)当直流电压较大时，非线性vdcol环节的控制特性的斜率远大于传统的vdcol环节，提高了非线性vdcol环节对逆变侧电压下降的灵敏度和动态性能，从而故障发生时可以及时减小电流指令，避免连续换相失败的发生；
4)当直流电压值较小时，非线性vdcol环节的控制特性的变化较为平缓，避免了故障恢复过程初始阶段过快增大电流指令，避免换相失败再次发生。
附图说明
图1为hvdc系统整体结构；
图2为本发明中非线性vdcol控制特性图；
图3为本发明的控制结构图；
图4(a)为传统vdcol在三相接地故障时仿真波形图；
图4(b)为非线性vdcol在三相接地故障时仿真波形图。
具体实施方式
hvdc系统整体结构如图1所示。系统主要通过整流侧和逆变侧的触发延迟角调节传送功率和直流侧电压电流。一般来说，hvdc的控制系统具有定电流控制、定关断角控制、电流偏差控制和vdcol控制等多种控制功能，通过比较选择单元选中不同的控制方式。
hvdc中的vdcol控制是在电压出现一定程度的下降后才能发挥作用，同时其控制特性也是线性的，所以当系统发生严重故障时，其响应较慢，导致逆变侧电压和直流输送功率调整缓慢，进而难以避免系统发生连续换相失败，因此需要对传统的vdcol控制进行改进。
非线性vdcol控制特性如下：
k＝1-uac/uacn(2)
其中，其中，udc直流线路中点的电压信号，也是非线性vdcol环节的输入电压，un表示其额定值；uac表示逆变侧交流相电压的实际有效值，uacn表示其额定值。
非线性vdcol控制特性如图2所示。其中直线ca是传统vdcol的控制特性，弧线ca和弧线db等是不同故障系数下的非线性vdcol的控制特性。
由图2可知，非线性vdcol环节的输出的整流侧电流指令较传统的vdcol环节较小，减小了阀组的换相电压时间面积，增大了换相裕度；同时，可以根据逆变侧的故障程度动态调整vdcol控制特性的工作范围，系统交流故障越严重，vdcol环节的工作电压上限越接近额定电压，增强了系统的灵敏度；还有，当直流电压较大时，非线性vdcol环节的控制特性的斜率远大于传统的vdcol环节，非线性vdcol环节的灵敏度和动态性能更强；最后，当直流电压值较小时，非线性vdcol环节的控制特性的变化较为平缓，避免故障恢复过程初始阶段过快增大电流指令所，从而避免换相失败再次发生。
图3为本发明的控制结构图，具体包括：
1)分别检测hvdc系统逆变侧交流相电压信号uac、逆变侧直流电压信号udc-inv、整流侧直流电流信号id-rec，逆变侧直流电流信号id-inv和逆变侧的关断角信号γinv；所述的逆变侧关断角信号γinv，其特征在于，检测逆变侧换流器中的所有换流阀的关断角信号，通过比较选择其中的最小值作为γinv；
2)将uac传送至交流故障系数计算模块，得到交流故障系数k；
3)将id-rec乘以电压补偿系数0.01，与udc-inv相加得到补偿后的电压信号即直流线路中点的电压信号udc；
4)将udc和交流故障系数k传送至非线性vdcol控制环节，得到整流侧的定电流控制指令信号iord-rec；
5)将iord-rec与id-rec相减得到误差信号ei-rec，ei-rec通过相应的pi环节得到整流侧换流阀组的超前角指令βrec，用π减去βrec得到整流侧换流阀组的延迟角αrec；
6)将αrec传送到整流侧的脉冲发生单元生成对应的控制信号；
7)将iord-rec减去电流裕度值0.1，得到逆变侧定电流控制指令iord-inv，再将iord-inv信号减去id-inv得到误差信号ei-inv，ei-inv通过相应的pi环节得到逆变侧定电流控制的超前角指令βinv-i；
8)将iord-rec减去id-inv得到电流偏差信号δi；
9)将δi通过电流偏差控制得到电流偏差控制指令δγ；
10)将δγ与逆变侧最小关断角γ0相加得到逆变侧定关断角控制指令γord-inv，所述的γ0值为0.2618；
11)将γord-inv减去γinv得到误差信号eγ-inv，eγ-inv通过相应的pi环节得到逆变侧定关断角控制的超前角指令βinv-γ；
12)通过最大值选择单元选择βinv-i和βinv-γ中的最大值作为逆变侧超前角指令βinv，用π减去βinv得到逆变侧换流阀组的延迟角αinv；
13)将αinv传送到逆变侧的脉冲发生单元生成对应的控制信号。
步骤2)中所述的交流故障系数k的计算公式为：
k＝1-uac/uacn
其中，uac表示逆变侧交流相电压的实际有效值，uacn表示其额定值。
步骤4)中所述的非线性vdcol输出的整流侧定电流控制指令信号iord-rec的计算公式为：
其中，udc直流线路中点的电压信号，也是非线性vdcol环节的输入电压，un表示其额定值。
非线性vdcol和传统的vdcol在三相接地故障发生时的表现，如图4所示。由图4(a)可见，采用传统vdcol时，由于故障较严重，系统出现连续换相失败，hvdc系统逆变侧的关断角γ连续2次跌落至0，直流电流在前两次换相失败期间均超过了2p.u.,系统只在故障切除后恢复正常运行；由图4(b)可见，采用非线性vdcol时，虽然第一次换相失败难以避免，但在此之后，hvdc系统逆变侧并未发生连续换相失败。所采用的直流电流指令调节灵敏度更高，能够根据交流和直流电压的变化更快的限制直流电流，直流电流在换相失败期间冲击电流的最大值低于2p.u.，避免了阀组过大的冲击。同时，在恢复阶段使电流指令值维持在较低水平以避免换相失败的再次发生，而在故障切除后又较快恢复满额正常运行。总之，相对于传统vdcol，非线性vdcol控制的动态响应更快，可以迅速调控直流电流指令，从而降低发生连续换相失败的概率。