抑制并联混合直流系统发生后续换相失败的装置的制作方法

本实用新型涉及输配电技术领域，尤其涉及一种抑制并联混合直流系统发生后续换相失败装置。

背景技术：

基于电流源型换流器的常规直流输电技术由于具有输电距离远，输送容量大，输送功率快速可控等特点，因此在输配电技术领域得到了广泛的应用。但是，由于常规直流输电技术采用半控型器件－晶闸管，因此导致常规直流输电系统在运行过程中存在发生换相失败的风险，且需要消耗大量的无功功率。

近年来，基于电压源型换流器的柔性直流输电技术得到了快速发展，由于该技术采用全控型器件，因此不存在换相失败的风险；同时，由于柔性直流输电系统的有功功率以及无功功率可以进行解耦控制，因此其无功功率可实现后续可调，且不需要消耗无功功率甚至可以根据需要发出无功功率。但是，柔性直流输电系统存在工程造价高，运行损耗高，输送容量小等缺点。

因此，为了发挥常规直流输电技术和柔性直流输电技术各自的优点，将两者组合起来形成的并联混合直流系统得到了广泛的应用。但是，由于并联混合直流系统在故障后会发生后续换相失败，从而导致并联混合直流系统运行的可靠性与稳定性较差。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种抑制并联混合直流系统发生后续换相失败的装置，其能有效抑制并联混合直流系统在故障后发生后续换相失败，从而增强并联混合直流系统运行的可靠性与稳定性。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种抑制并联混合直流系统发生后续换相失败装置，所述并联混合直流系统包括并联的常规直流单元和柔性直流单元，所述常规直流单元和所述柔性直流单元共用同一交流系统的换流母线；所述抑制并联混合直流系统发生后续换相失败的装置配置于所述并联混合直流系统的逆变侧，其特征在于，所述抑制并联混合直流系统发生后续换相失败的装置包括：电压补偿分量计算模块、补偿时刻确定模块、功率计算模块、功率补偿模块、无功功率外环控制器、内环控制器；

所述电压补偿分量计算模块的输出端与所述补偿时刻确定模块的输入端电连接，所述补偿时刻确定模块的输出端与所述功率计算模块的输入端电连接，所述功率计算模块的输出端与所述功率补偿模块的输入端电连接，所述功率补偿模块的输出端与所述柔性直流单元的逆变侧的所述无功功率外环控制器的输入端电连接，所述无功功率外环控制器的输出端与所述内环控制器的输入端电连接。

作为优选方案，所述电压补偿分量计算模块包括第一三相电压传感器，谐波电压采集与计算电路、积分电路；

所述第一三相电压传感器的输出端分别与第一三相电阻的输入端电连接，所述第一三相电阻的输出端与所述谐波电压采集与计算电路的输入端电连接，所述谐波电压采集与计算电路的输出端与所述积分电路的输入端电连接。

作为优选方案，所述谐波电压采集与计算电路包括三相电能专用计量芯片，所述三相电能专用计量芯片的输出端与RISC处理器的输入端电连接，所述RISC处理器的输出端与所述积分电路的输入端电连接。

作为优选方案，所述积分电路包括第一电阻，所述第一电阻的输入端与所述RISC处理器的输出端电连接，所述第一电阻的输出端与第一放大器的第一输入端电连接，所述第一放大器的第二输入端通过第二电阻接地，第一积分电容的第一级和第二级分别与所述第一放大器的第一输入端和输出端电连接。

作为优选方案，所述补偿时刻确定模块包括第二三相电压传感器，所述第二三相电压感器的输出端分别与第二三相电阻的输入端电连接，所述第二三相电阻的输出端分别与第三电阻的输入端相连接，并通过所述第三电阻接地，所述第二三相电阻的输出端还分别与电压偏置单元的输入端电连接，所述电压偏置单元的输出端与电压比较器的输入端电连接，所述电压比较器的输出端与使能环节的输入端电连接。

作为优选方案，所述电压偏置单元包括第四电阻，所述第四电阻的输入端与所述第二三相电阻的输出端电连接，所述第四电阻的输出端与所述电压比较器的输入端电连接，第五电阻的输入端配置有12V的输入电压，所述第五电阻的输出端通过电容接地，所述第五电阻的输出端还与所述第四电阻的输出端电连接。

作为优选方案，所述电压比较器包括第六电阻，所述第六电阻的输入端与所述电压偏置单元电连接，所述第六电阻的输出端与所述第二放大器的第一输入端电连接，所述第二放大器的第二输入端分别与第七电阻的输出端、第八电阻的输入端电连接，所述第七电阻的输入端为电压给定值，所述第八电阻的输出端接地，第九电阻的输入端和输出端分别与所述第二放大器的第一输入端和输出端电连接，所述第二放大器的输出端与所述使能环节的输入端电连接。

作为优选方案，所述使能环节包括继电器，所述继电器的输入端与所述电压比较器的输出端电连接，所述继电器的输出端与所述功率计算模块的输入端电连接。

作为优选方案，所述功率计算模块包括第十电阻，所述第十电阻的输入端与所述补偿时刻确定模块的输出端电连接，所述第十电阻的输出端与第三放大器的第一输入端电连接，所述第三放大器的第二输入端接地，第十一电阻的输入端与所述第三放大器的第一输入端电连接，所述第十一电阻的输出端与第二积分电容的第一极电连接，所述第二积分电容的第二极与所述第三放大器的输出端电连接，所述第三放大器的输出端与所述功率补偿模块的输入端电连接。

作为优选方案，所述功率补偿模块包括第十二电阻，所述第十二电阻的输入端为所述无功功率补偿值，所述第十二电阻的输出端与第四放大器的第一输入端电连接，第十三电阻的输入端为所述电压给定值，所述第十三电阻的输出端与所述第四放大器的第一输入端电连接，所述第四放大器的第二输入端与第十四电阻的一端、第十五电阻的一端分别电连接，所述第十四阻的一端通过所述第十五电阻接地，所述第十四电阻的另一端与所述第四放大器的输出端电连接，所述第四放大器通过第十六电阻与第五放大器的第一输入端电连接，第十七电阻的输入端为无功功率实际测量值，所述第十七电阻的输出端与所述所述第五放大器的第二输入端电连接，所述第五放大器的第二输入端通过第十八电阻接地，所述第五放大器的输出端与所述无功功率外环控制器的输入端电连接。

本实用新型提供一种抑制并联混合直流系统发生后续换相失败的装置，通过电压分量计算模块计算谐波电压补偿分量；并由补偿时刻确定模块确定所述谐波电压补偿分量的补偿时刻；再由功率计算模块计算无功功率补偿值；最后由功率补偿模块将无功功率补偿值补偿至所述柔性直流单元的逆变侧的无功功率外环控制器上，以有效抑制并联混合直流系统在故障后发生后续换相失败，从而增强并联混合直流系统运行的可靠性与稳定性。

附图说明

图1是本实用新型实施例中的并联混合直流系统的电路图；

图2是本实用新型实施例中抑制并联混合直流系统发生后续换相失败的装置的模块图；

图3是本实用新型实施例中电压补偿分量计算模块的电路图；

图4是本实用新型实施例中补偿时刻确定模块的电路图；

图5是本实用新型实施例中功率计算模块的电路图；

图6是本实用新型实施例中功率补偿模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

结合图1和图2所示，本实用新型实施例优选的一种抑制并联混合直流系统发生后续换相失败的装置，所述并联混合直流系统包括并联的常规直流单元和柔性直流单元，所述常规直流单元和所述柔性直流单元共用同一交流系统的换流母线；所述抑制并联混合直流系统发生后续换相失败的装置配置于所述并联混合直流系统的逆变侧，所述抑制并联混合直流系统发生后续换相失败的装置包括：电压补偿分量计算模块1、补偿时刻确定模块2、功率计算模块3、功率补偿模块4、无功功率外环控制器5、内环控制器6；

所述电压补偿分量计算模块1的输出端与所述补偿时刻确定模块2的输入端电连接，所述补偿时刻确定模块2的输出端与所述功率计算模块3的输入端电连接，所述功率计算模块3的输出端与所述功率补偿模块4的输入端电连接，所述功率补偿模块4的输出端与所述柔性直流单元的逆变侧的所述无功功率外环控制器5的输入端电连接，所述无功功率外环控制器5的输出端与所述内环控制器6的输入端电连接。

本实用新型提供一种抑制并联混合直流系统发生后续换相失败的装置，通过电压补偿分量计算模块1计算谐波电压补偿分量；并由补偿时刻确定模块2确定所述谐波电压补偿分量的补偿时刻；再由功率计算模块3计算无功功率补偿值；最后由功率补偿模块4将无功功率补偿值补偿至所述柔性直流单元的逆变侧的无功功率外环控制器5上，以有效抑制并联混合直流系统在故障后发生后续换相失败，从而增强并联混合直流系统运行的可靠性与稳定性。

本实用新型实施例中的抑制并联混合直流系统发生后续换相失败的装置的工作原理具体如下：

所述电压补偿分量计算模块1检测所述常规直流单元的逆变侧换流母线的三相电压并计算所述谐波电压补偿分量，将所述谐波电压补偿分量信号传输至所述补偿时刻确定模块2；所述补偿时刻确定模块2确定所述谐波电压补偿分量的补偿时刻，并将所述谐波电压补偿分量信号传输至所述功率计算模块3；所述功率计算模块3根据所述谐波电压补偿分量计算无功功率补偿值，并将所述无功功率补偿值信号发送至所述功率补偿模块4，；所述功率补偿模块4将所述无功功率补偿值信号发送至所述常规直流单元的逆变侧的无功功率外环控制器5上；所述无功功率外环控制器5将所述无功补偿量发送至所述内环控制器6；所述内环控制器6将所述无功补偿量经过派克变换，得出最终的无功补偿量。

结合图2和图3所示，为了实现所述电压补偿分量计算模块1的电压补偿分量计算功能，本实施例中的所述电压补偿分量计算模块1具体包括第一三相电压传感器，谐波电压采集与计算电路、积分电路；

所述第一三相电压传感器的输出端分别与第一三相电阻Ra、Rb、Rc的输入端电连接，所述第一三相电阻Ra、Rb、Rc的输出端与所述谐波电压采集与计算电路的输入端电连接，所述谐波电压采集与计算电路的输出端与所述积分电路的输入端电连接。

在本实用新型实施例中，具体地，所述谐波电压采集与计算电路包括三相电能专用计量芯片，所述三相电能专用计量芯片的输出端与RISC处理器的输入端电连接，所述RISC处理器的输出端与积分电路的输入端电连接。

具体地，所述三相电能专用芯片的型号为ATT7022E，可以实现对所述三相交流电压的采样；所述RISC处理器的型号为ARM，所述ARM所述三相交流电压进行傅立叶计算，得出所述谐波电压补偿分量Ux。

在本实用新型实施例中，具体地，所述积分电路包括第一电阻R1，所述第一电阻R1的输入端与所述RISC处理器的输出端电连接，所述第一电阻R1的输出端与所述第一放大器的第一输入端电连接，所述第一放大器的第二输入端通过所述第二电阻R2接地，所述第一积分电容C1的第一级和第二级分别与所述第一放大器的第一输入端和输出端电连接。

在本实用新型实施例中，所述电压补偿分量计算模块1的工作原理具体如下：

所述三相电压传感器检测所述换流母线三相电压Ua、Ub、Uc，并经所述第一三相电阻Ra、Rb、Rc将所述三相电压Ua、Ub、Uc传输至所述三相电能专用计量芯片ATT7022E，所述三相电能专用计量芯片ATT7022E对所述三相电压Ua、Ub、Uc进行采样，并将所述三相交流电压采样值传输至所述ARM中，所述ARM对所述三相交流电压进行傅立叶计算，得出谐波电压分量Ux。

结合图2和图4所示，为了实现所述补偿时刻确定模块2确定所述谐波电压补偿分量的补偿时刻的功能，本实施例中的补偿时刻确定模块2具体包括：第二三相电压传感器，所述三相电压感器的输出端分别与第二三相电阻Ra、Rb、Rc的输入端电连接，所述第二三相电阻Ra、Rb、Rc的输出端分别与第三电阻R3的输入端相连接，并通过所述第三电阻R3接地，所述第二三相电阻Ra、Rb、Rc的输出端还分别与电压偏置电路的输入端电连接，所述电压偏置电路的输出端与电压比较器的输入端电连接，所述电压比较器的输出端与使能环节的输入端电连接。

在本实用新型实施例中，优选的，所述电压偏置电路包括第四电阻R4，所述第四电阻R4的输入端与所述第二三相电阻Ra、Rb、Rc的输出端电连接，所述第四电阻R4的输出端与所述电压比较器的输入端电连接，所述第五电阻R5的输入端配置有12V的输入电压，所述第五电阻R5的输出端通过所述电容接地，所述第五电阻R5的输出端还与所述第四电阻R4的输出端电连接。

在本实用新型实施中，优选的，所述电压比较器包括第六电阻R6，所述第六电阻R6的输入端与所述电压偏置电路电连接，所述第六电阻R6的输出端与所述第二放大器的第一输入端电连接，所述第二放大器的第二输入端分别与第七电阻R7的输出端、第八电阻R8的输入端电连接，所述第七电阻R7的输入端为电压给定值，所述第八电阻R8的输出端接地，第九电阻R9的输入端和输出端分别与所述第二放大器的第一输入端和输出端电连接，所述第二放大器的输出端与所述使能环节的输入端电连接。

在本实用新型实施例中，优选的所述使能环节包括继电器，所述继电器的输入端与所述电压比较器的输出端电连接，所述继电器的输出端与所述功率计算模块3的输入端电连接。

具体地，所述补偿时刻确定模块2的工作原理如下：

所述补偿时刻确定模块2附加在所述常规直流逆变侧换流母线处，用于确定谐波电压补偿分量投入谐波电压补偿模块的时刻；所述三相电压传感器设置于所述常规直流逆变侧换流母线处，采集三相电压信号，并将所述三相电压信号传输至所述电压偏置单元，所述电压偏置单元将所述三相交流电压信号转换成直流电压信号，并将所述直流电压信号传输至所述电压比较器，所述电压比较器将所述直流电压信号与所述并联混合直流系统的电压给定值Uref进行比较，再将所述直流电压与所述电压给定值Ure之间的差值信号传输至所述继电器，所述继电器用于控制Ux的输出。

结合图2和图5所示，为了实现所述功率计算模块3计算无功功率补偿值的功能，本实施例中的所述功率计算模块3包括第十电阻R10，所述第十电阻R10的输入端与所述补偿时刻确定模块2的输出端电连接，所述第十电阻R10的输出端与第三放大器的第一输入端电连接，所述第三放大器的第二输入端接地，第十一电阻R11的输入端与所述第三放大器的第一输入端电连接，所述第十一电阻R11的输出端与第二积分电容C2的第一极电连接，所述第二积分电容C2的第二极与所述第三放大器的输出端电连接，所述第三放大器的输出端与所述功率补偿模块4的输入端电连接。

结合图2和图6所示，所述功率补偿模块4包括第十二电阻R12，所述第十二电阻R12的输入端为所述无功功率补偿值，所述第十二电阻R12的输出端与第四放大器的第一输入端电连接，第十三电阻R13的输入端为所述电压给定值，所述第十三电阻R13的输出端与所述第四放大器的第一输入端电连接，所述第四放大器的第二输入端与第十四电阻R14的一端、第十五电阻R15的一端分别电连接，所述第十四阻R14的一端通过所述第十五电阻R15接地，所述第十四电阻R14的另一端与所述第四放大器的输出端电连接，所述第四放大器通过第十六电阻R16与第五放大器的第一输入端电连接，第十七电阻R17的输入端为无功功率实际测量值，所述第十七电阻R17的输出端与所述所述第五放大器的第二输入端电连接，所述第五放大器的第二输入端通过第十八电阻R18接地，所述第五放大器的输出端与所述无功功率外环控制器的输入端电连接。

综上，本实用新型提供一种抑制并联混合直流系统发生后续换相失败的装置，通过电压分量计算模块1计算谐波电压补偿分量；并由补偿时刻确定模块2确定所述谐波电压补偿分量的补偿时刻；再由功率计算模块3计算无功功率补偿值；最后由功率补偿模块4将无功功率补偿值补偿至所述柔性直流单元的逆变侧的无功功率外环控制器5上，以有效抑制并联混合直流系统在故障后发生后续换相失败，从而增强并联混合直流系统运行的可靠性与稳定性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。