一种抑制连续换相失败的动态电流裕度控制方法及系统

本发明属于交直流混联电力系统暂态稳定控制领域，更具体地，涉及一种抑制连续换相失败的动态电流裕度控制方法及系统。

背景技术：

1、我国国土面积幅员辽阔、并蕴藏着丰富的太阳能、风能和水力等清洁能源，但是能源分布与电力消耗却呈现着逆向分布的状态，存在电能消纳问题。为了全面提高配置能力和安全水平，满足清洁能源大规模接入、输送和消纳的需要，并从根本上解决弃水、弃风、弃光等问题，一个有效可行的途径是发展大容量、远距离、低损耗的特高压输电技术。其中高压直流(high voltage direct current，hvdc)输电技术在我国电力系统中发挥了重要作用。其中，基于电网换相换流器的传统直流输电技术(lcc-hvdc)应用较早，技术发展比较成熟，目前我国绝大多数在运行的高压直流输电工程采用该技术，相比于柔性直流输电技术，其在远距离，大容量，高电压等应用场景下仍然保持一定的优势，未来我国的电网发展中传统直流输电仍将发挥重要作用，其稳定运行对电网的安全运行有重要影响。

2、传统直流输电系统中换相失败是最常见的故障，多发生于逆变侧，换相失败发生后，其引起的功率冲击会引起大规模潮流转移和换流母线电压偏移，影响所连交流系统的频率稳定和电压稳定。

3、首次换相失败大都由交流系统短路故障引起，通常不可避免，并且其对系统影响较小，在实际工程中对一次换相失败通常不做处理。而连续多次换相失败会对交流电网产生多次冲击甚至引发直流闭锁等严重故障。如何抑制连续换相失败已经成为亟需解决的难题，引起了全世界学者的广泛关注。有的学者根据换相失败的影响因素，对首次换相失败后的交流电压和直流电流等电气量进行控制，试图通过电气量的控制来增大熄弧角从而抑制后续换相失败。还有的学者根据锁相环误差对实际触发角的影响以及触发角对换相失败的影响，将锁相误差补偿到触发角指令值中，来抵消锁相误差引起的实际触发角偏差从而减小换相失败的风险。研究证明，这些策略在一定程度上能够抑制后续换相失败的发生。但是这些策略往往环节众多复杂，难以实现，有的还会出现漏判误判等问题不能及时投入运行或对正常运行的系统产生影响。因此需要设计简单易实现，且不影响正常运行状态的控制策略来抑制后续换相失败的发生。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种抑制连续换相失败的动态电流裕度控制方法及系统，其目的在于抑制传统直流输电系统的连续换相失败，并且易于在现有控制方式上改进实现。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种抑制连续换相失败的动态电流裕度控制方法，包括以下步骤：

3、(1)熄弧角测量比较环节：实时检测直流系统逆变侧熄弧角的大小，并与熄弧角的设定值做差比较。熄弧角测量值取一个周期内六个晶闸管的最小值γ，熄弧角的设定值γdcm为0.9*γord，γord为逆变侧定熄弧角控制的指令值。将二者做差，正常情况下差值大于0，当有换相失败的风险导致熄弧角减小时，二者差值会小于等于0。熄弧角测量值与设定值的差值计算如下数学公式所示：

4、δγ＝γ-γdcm

5、(2)电流裕度控制环节：接收熄弧角偏差，通过pi控制器及其限幅环节输出电流裕度值。为保证正常运行情况下逆变侧的定电流控制方式维持原来的运行状态，pi控制器的上限幅为0.1，这样当熄弧角较大时，电流裕度仍保持0.1，与原控制方式相同。当首次换相失败后的暂态阶段换相失败风险增大时，熄弧角偏小，输入的pi控制器的值为负值，这样其输出的电流裕度会减小，较小的电流裕度会限制逆变侧的恢复过程，触发角的上升速度会减小，从而减小后续换相失败的风险，同时为了保证逆变侧仍有一定的恢复速度，将pi控制器的下限幅设置为0.03。pi控制器的输出即为得到的电流裕度值。逆变侧的定电流控制将直流电流指令值减去电流裕度后再与直流电流实际值做差，输送给pi控制器，最终得到逆变侧定电流控制输出的触发角指令。因而电流裕度值的大小直接影响逆变侧定电流控制的控制特性。

6、本发明还提供了一种抑制连续换相失败的动态电流裕度控制控制系统，包括：

7、熄弧角测量比较模块，用于实时检测直流系统逆变侧熄弧角的大小，并与熄弧角的设定值做差比较；熄弧角测量值取一个周期内六个晶闸管的最小值γ，熄弧角的设定值γdcm为0.9*γord，γord为逆变侧定熄弧角控制的指令值。将二者做差，熄弧角的偏差表示为：

8、δγ＝γ-γdcm

9、电流裕度控制模块，用于根据熄弧角测量比较的结果，通过pi控制及其限幅环节，调整逆变侧定电流控制的电流裕度值。通过pi控制输出电流裕度值δidc；当δγ＞0时，pi控制器的输出最大被限幅为0.1；当δγ≤0时pi控制器输出最小被限幅为0.03。

10、通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下

11、有益效果：

12、(1)本发明仅附加一个动态电流裕度控制，将原来恒定不变的电流裕度值改变为动态变化的电流裕度值，不改变其他控制结构，不影响正常稳态运行下的控制方式，即可抑制传统直流输电系统后续换相失败，易于在现有的装备基础上进行改造，实现成本低。

13、(2)本发明经过仿真验证，动态电流裕度控制能够明显提高首次换相失败恢复阶段的熄弧角，减小后续换相失败的风险，有效地抑制后续换相失败的发生，因而能够保证直流系统的输送能力，提高交直流混联系统的暂态稳定性。

技术特征：

1.一种抑制连续换相失败的动态电流裕度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，熄弧角的偏差表示为：

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据熄弧角的偏差δγ，通过pi控制输出电流裕度值δidc；当δγ＞0时，pi控制器的输出最大被限幅为0.1；当δγ≤0时pi控制器输出最小被限幅为0.03。

4.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，γdcm＝0.9*γord

5.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，熄弧角的测量值γ取一个周期内六个晶闸管的最小值。

6.一种抑制连续换相失败的动态电流裕度控制控制系统，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，熄弧角的偏差表示为：

8.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，根据熄弧角的偏差δγ，通过pi控制输出电流裕度值δidc；当δγ＞0时，pi控制器的输出最大被限幅为0.1；当δγ≤0时pi控制器输出最小被限幅为0.03。

9.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，γdcm＝0.9*γord

10.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，熄弧角的测量值γ取一个周期内六个晶闸管的最小值。

技术总结
本发明公开了一种抑制连续换相失败的动态电流裕度控制方法及系统，属于交直流混联电力系统暂态稳定控制领域，方法包括：熄弧角测量比较环节，实时检测直流系统逆变侧熄弧角的大小，并与熄弧角的设定值做差比较；电流裕度控制环节，根据熄弧角测量比较的结果，通过PI控制及其限幅环节，调整逆变侧定电流控制的电流裕度值。本发明能够在交流系统发生短路故障引起首次换相失败后有效地抑制后续换相失败的发生，能够保证直流系统的输送能力，可提高交直流混联系统的暂态稳定性。

技术研发人员：班明辉,占萌
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14