高压直流输电系统触发角指令计算方法及系统

1.本发明涉及高压直流输电领域，特别是一种高压直流输电系统触发角指令计算方法及系统。


背景技术：

2.换相失败作为直流输电系统最为典型的系统故障，成为特高压直流输电系统发展所面对的重大难题之一。在直流输电系统逆变侧，交流母线电压下降，谐波引起的电压波形畸变，直流电流突增，三相不对称故障引起的换相电压过零点偏移都可能引发换相失败。换相失败会导致直流电压下降、直流电流短时增大、波形畸变等不利因素，影响系统的稳定运行。因此，能否准确、快速地计算直流输电系统的触发角指令，实现换相失败的即使抑制，对直流输电系统的安全稳定运行有着重要意义。
3.图1为高压直流输电系统主电路。高压直流输电系统由9部分构成：送端电网、送端交流滤波器组、整流站、整流站控制器、直流线路、受端电网、受端交流滤波器组、逆变站以及逆变站控制器。
4.高压直流输电系统的交流系统主要由受端电网构成。
5.在实际工程中，部分直流输电系统利用实际测量的关断角和额定关断角做差进行pi控制得到触发角指令，其延时较大，且其触发角指令对不同故障下的适应性较差，难以抑制换相失败的发生。此外，目前已有文献对触发角指令计算方法进行了研究，但其未准确地考虑触发角指令对换相角、直流电流和关断角变化的影响，且在故障情况下的计算误差较大，因此，研究一种高压直流输电系统触发角指令计算方法意义重大。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种高压直流输电系统触发角指令计算方法及系统，快速、准确的计算触发角指令，以更好地抑制换相失败。
7.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种高压直流输电系统触发角指令计算方法，利用下式计算当前时刻t
k
的触发角指令α(t
k
)：
8.α(t
k
)＝α
n
‑
δα(t
k
)；
9.其中，
10.α
n
为高压直流输电系统正常运行时的额定触发角，e(t
k
)为当前时刻换相电压有效值，γ'
ref
(t
k
)为换相电压有效值变化后的额定关断角，l
c
为高压直流输电系统等效换相电感，k
id
(t
k
)为当前时刻t
k
的直流电流变化率，i
d
(t
k
)为当前时刻t
k
的直流电流，t0为换相电压正向过零时刻，ω为高压直流输电系统的交流系统额定角频率。本发明将直流电流预测、额
定关断角变化引入触发角指令的计算，利用换相面积等效以及换相失败边界条件求解触发角指令变化量，不需要pi等线性控制器，简单易行，能够快速并且准确地计算触发角指令，极大地提高了高压直流输电系统抑制换相失败的能力。
11.换相电压有效值变化后的额定关断角γ'
ref
(t
k
)的计算公式为：
[0012][0013]
其中，e
n
为额定换相电压有效值，γ
ref
为当前时刻额定关断角。
[0014]
由于考虑了电压有效值变化对额定关断角的影响，使得触发角指令对电压有效值变化更加敏感，因此触发角指令计算更加准确。
[0015]
当前时刻t
k
的直流电流变化率k
id
(t
k
)的计算公式为：
[0016][0017]
其中，δt为直流电流采样间隔。
[0018]
由于考虑了直流电流的预测，结合换相等效面积计算，因此本发明的方法可以较为准确地考虑触发角指令变化对直流电流、换相角和关断角的影响，使得触发角指令的计算更准确、更快，从而可以较好地抑制换相失败的发生。
[0019]
当前时刻t
k
的直流电流i
d
(t
k
)的计算过程包括：测量逆变站直流线路的直流电流，并对直流电流进行滑动平均滤波，得到当前时刻t
k
的直流电流i
d
(t
k
)。
[0020]
滑动平均滤波能够有效滤除直流输电系统中的特征次谐波，且动态响应也优于低通滤波，使得直流电流测量更加准确、更加快速。
[0021]
本发明还提供了一种高压直流输电系统触发角指令计算系统，其包括计算机设备；所述计算机设备被配置或编程为用于执行上述方法的步骤。
[0022]
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明没有引入pi控制器等控制逻辑，简单易行；本发明能使高压直流输电系统快速、准确地计算触发角指令，从而提高了高压直流输电系统抑制换相失败的能力。
附图说明
[0023]
图1为高压直流输电系统主电路；
[0024]
图2为本发明实例换相失败触发角计算方法实现框图；
[0025]
图3为本发明实施例单相、三相接地故障下直流输电系统在cigre控制下和本发明所提控制下的响应曲线；
[0026]
图4为本发明实施例在三相接地故障，接地电感1.1h，故障持续时间50ms 的情况下，直流输电系统在cigre控制下和本发明所提控制下的响应曲线。
具体实施方式
[0027]
参见图2，为本发明实例触发角指令计算方法实现框图，其计算步骤包括：
[0028]
1)针对任一换相电压u，通过过零检测得到其换相电压正向过零时刻t0，利用广义二阶积分器(sogi)计算其当前时刻有效值e(t
k
)。
[0029]
2)利用当前时刻有效值e(t
k
)及额定关断角γ
ref
对换相电压有效值变化后的额定关断角γ'
ref
(t
k
)进行求解。
[0030]
3)测量逆变站直流线路的直流电流，并进行滑动平均滤波，得到当前时刻 t
k
的直流电流i
d
(t
k
)，利用i
d
(t
k
)和上一时刻直流电流i
d
(t
k
‑1)计算得到直流电流变化率k
id
。
[0031]
4)针对任一换相电压u所对应的换相过程，结合k
id
、e(t
k
)、γ'
ref
(t
k
)、t0和换相过程边界条件，可通过所提方程求解触发角指令变化量δα。
[0032]
5)利用求解的触发角指令变化量δα，可以求解出触发角指令α。
[0033]
步骤2)中，计算换相电压有效值变化后的额定关断角γ'
ref
(t
k
)的公式为：其中，e
n
为额定换相电压有效值。
[0034]
步骤3)中，计算直流电流变化率的公式为：其中，δt为直流电流采样间隔。
[0035]
步骤4)中，求解触发角指令变化量δα(t
k
)的公式为：其中，a＝e(t
k
)(sinα
n
‑
sinγ'
pre
(t
k
))2(π
‑
α
n
‑
γ'
pre
(t
k
))；))；))；α
n
为直流输电系统正常运行时的额定触发角；l
c
为直流输电系统等效换相电感。
[0036]
步骤5)中，触发角指令α(t
k
)的计算公式为：α(t
k
)＝α
n
‑
δα(t
k
)。
[0037]
参见图3，在单相接地故障，接地电感0.7h，故障持续时间50ms的情况下，在cigre控制下的直流输电系统关断角减小到了0
°
，发生了换相失败，直流电压下降至了0，直流电流上升到了2.4p.u.，对直流输电系统产生了极大的冲击。而在本发明方法下，关断角虽然减小了，但是仍大于最小关断角，使得直流输电系统避免了换相失败的发生，且其直流电流最高为1.24p.u.，极大的降低了直流输电系统的波动。
[0038]
参见图4，在三相接地故障，接地电感1.1h，故障持续时间50ms的情况下，在cigre控制下的直流输电系统关断角减小到了0
°
，发生了换相失败，直流电压下降至了0，直流电流上升到了2.4p.u.，对直流输电系统产生了极大的冲击。而在本发明方法下，关断角虽然减小了，但是仍大于最小关断角，使得直流输电系统避免了换相失败的发生，且其直流电流最高为1.23p.u.，极大的降低了直流输电系统的波动。