一種熄弧角控制器的制造方法
【專利摘要】本實用新型的實施例提供一種熄弧角控制器，涉及直流輸電領(lǐng)域，能夠縮短從換向失敗到恢復(fù)換向的暫態(tài)過程所消耗的時間。具體方案為：熄弧角控制器包括熄弧角補(bǔ)償模塊、選通模塊和控制模塊；控制模塊確定輸電系統(tǒng)當(dāng)前處于暫態(tài)過程時，指示選通模塊輸出熄弧角補(bǔ)償模塊輸出的熄弧角參考值信號；控制模塊確定輸電系統(tǒng)當(dāng)前處于正常運(yùn)行過程時，指示選通模塊輸出未經(jīng)過補(bǔ)償?shù)南ɑ〗菂⒖贾敌盘?。本實用新型用于直流輸電控制?br>【專利說明】
-種媳弧角控制器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型設(shè)及直流輸電領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種焰弧角控制器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在高壓直流輸電系統(tǒng)中，換相失敗是逆變器最常出現(xiàn)的一種故障，換相失敗是指 直流輸電系統(tǒng)逆變器的兩個閥進(jìn)行換相時，因換相過程未能完成或者發(fā)生倒換相所導(dǎo)致的 故障。例如，預(yù)計關(guān)斷的閥關(guān)斷后，在反向電壓期間未能恢復(fù)阻斷能力，當(dāng)加在該閥上的電 壓為正時，立即重新導(dǎo)通，就發(fā)生了倒換相，使預(yù)計開通的閥重新關(guān)斷而導(dǎo)致故障。
[0003] 發(fā)生換相失敗將導(dǎo)致直流電壓下降和直流電流增大，若采取的控制措施不當(dāng)，導(dǎo) 致逆變器單次換相失敗時間超過交流系統(tǒng)基波周期，或?qū)е逻B續(xù)多次換相失敗時，直流輸 電系統(tǒng)將進(jìn)入閉鎖或旁通狀態(tài)，造成直流傳輸功率的中斷，使得電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性差。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)采用定焰弧角控制的方式，即將焰弧角保持在某一個給定值的方式，W 盡可能避免換相失敗。在逆變器換相正常的情況下，保持焰弧角為給定值利于輸電系統(tǒng)保 持其穩(wěn)定性。然而，一旦出現(xiàn)了換相失敗，原先的給定值往往不利于輸電系統(tǒng)從故障中迅速 恢復(fù)。
[0005] 具體的，換相失敗后，輸電系統(tǒng)需要經(jīng)過從換向失敗到換向恢復(fù)的暫態(tài)過程，然后 恢復(fù)功率傳輸，而原先的給定值并非是在該暫態(tài)過程中最佳的焰弧角給定值，運(yùn)會導(dǎo)致暫 態(tài)過程所消耗的時間較長，也就是說從出現(xiàn)換相失敗到直流系統(tǒng)恢復(fù)功率傳輸?shù)倪^程耗時 較長，因而不利于直流輸電系統(tǒng)在換向失敗后迅速恢復(fù)功率傳輸。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 本申請?zhí)峁┮环N焰弧角控制器，能夠縮短從換向失敗到恢復(fù)換向的暫態(tài)過程所消 耗的時間，加快直流輸電系統(tǒng)恢復(fù)功率傳輸?shù)乃俣取?br>[0007] 為達(dá)到上述目的，本申請采用如下技術(shù)方案：
[000引焰弧角補(bǔ)償模塊、選通模塊和控制模塊；
[0009] 所述焰弧角補(bǔ)償模塊，用于接收焰弧角控制的觸發(fā)信號U(s)，對U(s)做補(bǔ)償后，向 所述選通模塊的第一輸入端輸出補(bǔ)償觸發(fā)信^
其中Κγ、Τγ分別為一階慣性環(huán) 節(jié)的比例參數(shù)和時間常數(shù);所述選通模塊的第二輸入端連接U(s);
[0010] 所述控制模塊包括四個輸入端;其中第一輸入端用于接收逆變側(cè)換流母線電壓信 號化，化用于指示逆變側(cè)換流母線的電壓值;第二輸入端用于接收暫態(tài)臨界電壓信號化L，化L 用于指示所述高壓直流輸電系統(tǒng)出現(xiàn)換向失敗后進(jìn)入暫態(tài)過程時，逆變側(cè)換流母線電壓的 臨界值;第Ξ輸入端用于接收常態(tài)臨界電壓信號化Li，Uai用于指示所述高壓直流輸電系統(tǒng) 從暫態(tài)過程恢復(fù)到正常運(yùn)行時，逆變側(cè)換流母線電壓的臨界值;第四輸入端用于接收電壓 波動限值信號I ε I，I ε I用于指示所述高壓直流輸電系統(tǒng)從暫態(tài)過程恢復(fù)到正常運(yùn)行時，逆 變側(cè)換流母線電壓變化率的下限值；
[0011] 所述控制模塊包括兩個輸出端;所述控制模塊的第一輸出端連接所述選通模塊的 第Ξ輸入端;所述控制模塊的第二輸出端連接所述選通模塊的第四輸入端;所述控制模塊 用于根據(jù)化和化L生成第一選通信號，并通過所述控制模塊的第一輸出端輸出所述第一選通 信號;所述控制模塊還用于根據(jù)化、UaiW及I ε I生成第二選通信號，并通過所述控制模塊的 第二輸出端輸出所述第二選通信號；
[0012] 所述選通模塊，用于在接收到所述第一選通信號之后，選通所述補(bǔ)償觸發(fā)信號
為焰弧角參考值信號丫 ref-T(S);還用于在接收到所述第二選通信號之后， 選通所述觸發(fā)信號U(s)作為焰弧角參考值信號丫 ref-T(S)。
[OOU]本實用新型所提供的焰弧角控制器，根據(jù)UL、Ua、Ua擬及Μ確定輸電系統(tǒng)當(dāng)前處 于暫態(tài)過程還是正常運(yùn)行過程。若是正常運(yùn)行過程，即逆變器換相正常，此時輸出焰弧角參 考值信號丫 ref-T(S)=U(S)，在輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行時通過定焰弧角控制，保持輸電系統(tǒng)穩(wěn)定 運(yùn)行。若是暫態(tài)過程，即逆變器換相失敗，此時輸出經(jīng)過補(bǔ)償?shù)难婊〗菂⒖贾敌盘?br>從而縮短暫態(tài)過程所占用的時間，加快直流輸電系統(tǒng)恢復(fù)功率傳 輸?shù)乃俣取?br>【附圖說明】

[0014] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例 描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新 型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W根 據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他的附圖。
[0015] 圖1為本實用新型的實施例所提供的焰弧角控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2為本實用新型的實施例所提供的焰弧角控制器的另一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖3為本實用新型的實施例所提供的焰弧角控制器對焰弧角的補(bǔ)償量隨時間變化 過程的示意圖；
[0018] 圖4為對焰弧角做補(bǔ)償前后焰弧角隨時間變化過程的對比示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的 實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下 所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。
[0020] 現(xiàn)有技術(shù)中采用將焰弧角保持在某一個給定值的方式，來避免換相失敗。為便于 描述，將該給定值稱為給定焰弧角。焰弧角控制器通過輸出一個恒定的焰弧角參考值信號， 來指示給定焰弧角的具體大小。
[0021] 在出現(xiàn)了換相失敗之后，首先應(yīng)該考慮故障恢復(fù)的問題，在逆變器換相正常的情 況下，將焰弧角保持在給定焰弧角可W很好地保持輸電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，然而在故障恢復(fù)過 程中，給定焰弧角并非是暫態(tài)過程中最佳的焰弧角給定值，因而現(xiàn)有的定焰弧角控制不利 于直流輸電系統(tǒng)在換向失敗后迅速恢復(fù)功率傳輸。
[0022] 本申請的目的在于提供一種焰弧角控制器，在逆變器換相正常的情況下，針對正 常運(yùn)行的情況輸出一個焰弧角參考值信號，從而在輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行時保持其穩(wěn)定運(yùn)行， 而在換向失敗的情況下，針對暫態(tài)過程輸出一個經(jīng)過補(bǔ)償?shù)难婊〗菂⒖贾敌盘?，從而縮短 暫態(tài)過程所占用的時間，加快直流輸電系統(tǒng)恢復(fù)功率傳輸?shù)乃俣取?br>[0023] 實施例
[0024] 本實用新型的實施例提供一種焰弧角控制器，安裝于高壓直流輸電系統(tǒng)的逆變 側(cè)，參照圖1所示，焰弧角控制器1包括：
[0025] 焰弧角補(bǔ)償模塊11、選通模塊12和控制模塊13。
[0026] 焰弧角補(bǔ)償模塊11，用于接收焰弧角控制的觸發(fā)信號U(s)，對U(s)做補(bǔ)償后，向選 通模塊12的第一輸入端121輸出補(bǔ)償觸發(fā)信號
其中Κγ、Τγ分別為一階慣性環(huán) 節(jié)的比例參數(shù)和時間常數(shù)。選通模塊12的第二輸入端122連接U(s)。
[0027] 控制模塊13包括四個輸入端。其中第一輸入端131用于接收逆變側(cè)換流母線電壓 信號化，化用于指示逆變側(cè)換流母線的電壓值。第二輸入端132用于接收暫態(tài)臨界電壓信號 化L，化L用于指示高壓直流輸電系統(tǒng)出現(xiàn)換向失敗后進(jìn)入暫態(tài)過程時，逆變側(cè)換流母線電壓 的臨界值。第S輸入端133用于接收常態(tài)臨界電壓信號化Li，Uai用于指示高壓直流輸電系統(tǒng) 從暫態(tài)過程恢復(fù)到正常運(yùn)行時，逆變側(cè)換流母線電壓的臨界值。第四輸入端134用于接收電 壓波動限值信號I ε I，I ε I用于指示高壓直流輸電系統(tǒng)從暫態(tài)過程恢復(fù)到正常運(yùn)行時，逆變 側(cè)換流母線電壓變化率的下限值。
[0028] 控制模塊13包括兩個輸出端。控制模塊13的第一輸出端135連接選通模塊12的第 Ξ輸入端123?？刂颇K13的第二輸出端136連接選通模塊12的第四輸入端124?？刂颇K13 用于根據(jù)化和化L生成第一選通信號，并通過控制模塊13的第一輸出端135輸出第一選通信 號?？刂颇K13還用于根據(jù)化、UaiW及I ε I生成第二選通信號，并通過控制模塊13的第二輸 出端136輸出第二選通信號。
[0029] 選通模塊12的輸出端125用于輸出焰弧角參考值信號丫 ref-T(s)。
[0030] 選通模塊12在接收到第一選通信號之后，將選通模塊12的輸出端125與選通模塊 12的第一輸入端121連接，選通補(bǔ)償觸發(fā)信號
?乍為焰弧角參考值信號丫 ref-T(S) 輸出，即
[0031] 選通模塊12在接收到第二選通信號之后，將選通模塊12的輸出端125與選通模塊 12的第二輸入端122連接，選通觸發(fā)信號U(S)作為焰弧角參考值信號丫 ref-T(S)輸出，即 丫 ref-T(S)=U(S)。
[0032] 結(jié)合圖2所示，在一種具體的實施方式中，控制模塊13包括:暫態(tài)控制模塊131和常 態(tài)控制模塊132。
[0033] 暫態(tài)控制模塊131的結(jié)構(gòu)：
[0034] 暫態(tài)控制模塊131包括兩個輸入端，其中第一輸入端用于連接化，第二輸入端用于 連接Ua。暫態(tài)控制模塊131用于根據(jù)化和Ua生成第一選通信號。
[0035] 可選的，暫態(tài)控制模塊131為比較器。由于后文中還會出現(xiàn)比較器，為便于區(qū)分位 于不同位置的比較器，本實施例中用"第一比較器"、"第二比較器"運(yùn)樣的描述區(qū)分。暫態(tài)控 制模塊131具體為第一比較器，當(dāng)?shù)谝槐容^器確定化<^L時，生成第一選通信號。第一比較 器的輸出端作為控制模塊13的第一輸出端135,輸出第一選通信號。
[0036] 常態(tài)控制模塊132的結(jié)構(gòu)：
[0037] 常態(tài)控制模塊132包括Ξ個輸入端，其中第一輸入端用于連接化，第二輸入端用于 連接化L1。第Ξ輸入端用于連接I ε I。常態(tài)控制模塊132用于根據(jù)化、UaW及生成第二選通信 號。
[0038] 可選的，常態(tài)控制模塊132包括:第二比較器132A、第Ξ比較器132B、微分器132C、 W及邏輯與運(yùn)算器132D。
[0039] 第二比較器132A的兩個輸入端分別連接化和UcLi。
[0040] 微分器132C的輸入端連接化。
[0041] 第Ξ比較器132B的兩個輸入端分別連接微分器132C的輸出端W及I ε I。
[0042] 邏輯與運(yùn)算器132D的兩個輸入端分別連接第二比較器132Α的輸出端W及第Ξ比 AI / 較器132B的輸出端。當(dāng)?shù)诙容^器132A確定化 >化心且第Ξ比較器132B確定^->1《時，邏 化 輯與運(yùn)算器132D生成第二選通信號。邏輯與運(yùn)算器132D的輸出端作為控制模塊13的第二 輸出端136,輸出第二選通信號。
[0043] 結(jié)合圖2所示的焰弧角控制器1的具體結(jié)構(gòu)，焰弧角控制器1首先接收逆變器換流 母線電壓信號化的幅值及變化率^。 Q/
[0044] 當(dāng)化低于輸電系統(tǒng)進(jìn)入暫態(tài)過程時的臨界值化L時，確定輸電系統(tǒng)處于暫態(tài)過程， 此時選通補(bǔ)償觸發(fā)信號作為焰弧角參考值信號丫 ref-T(S)，此時 I + λΤ
[0045] 即，Ul<Ucl 時
[0046] 直流輸電系統(tǒng)在換向失敗后的暫態(tài)過程向正常運(yùn)行過程的恢復(fù)期間，^為正， dl 表示換流母線電壓信號化逐漸上升，當(dāng)上升速率^超過|ε|且上升到超過輸電系統(tǒng)進(jìn)入 化 正常運(yùn)行過程時的臨界值Uai時，選通觸發(fā)信號U(S)，作為焰弧角參考值信號丫 ref-T(S)，此 時丫 ref-T(S)=U(S)。
[0047] 即，當(dāng)擎> 方且化>UCL1 時，丫 reM(S)=U(S)。 dt
[004引 WPSCAD電磁暫態(tài)仿真程序中的CIGRE-1DC標(biāo)準(zhǔn)直流輸電系統(tǒng)模型為例，來驗證本 實施例所提供的焰弧角控制器1的控制效果。
[0049] 考慮受端交流系統(tǒng)為弱系統(tǒng)，取SCR = 2.5,且逆變站換流母線電壓發(fā)生單相接地 故障，故障持續(xù)時間為50ms的情況下。在一種具體的應(yīng)用場景中，在暫態(tài)過程向正常運(yùn)行過 程的過渡過程中，對焰弧角的補(bǔ)償量變化如圖3所示，暫態(tài)過程中補(bǔ)償量逐漸增大，最大值 可達(dá)到25°。暫態(tài)過程結(jié)束后，補(bǔ)償量歸零。
[0050] 圖4所示為焰弧角控制器1在暫態(tài)過程中對焰弧角做補(bǔ)償后，逆變側(cè)的焰弧角變化 曲線（圖4中實線所示），W及在未做補(bǔ)償?shù)那闆r下焰弧角變化曲線（圖4中虛線所示）。
[0051] 結(jié)合圖3,在2.0秒時候出現(xiàn)故障后，未做補(bǔ)償?shù)那闆r下，焰弧角大約在2.8秒時恢 復(fù)到15°，暫態(tài)過程占用的時間為0.8秒。在控制器1加入補(bǔ)償?shù)那闆r下，焰弧角在2.2秒的時 候就恢復(fù)到15°，暫態(tài)過程占用的時間為0.2秒，暫態(tài)過程縮短到原來的25%?？梢姳緦嵤├?所提供的控制器1，可W大大縮短暫態(tài)過程所占用的時間，從而加快直流輸電系統(tǒng)恢復(fù)功率 傳輸?shù)乃俣取?br>[0052] 本實用新型所提供的焰弧角控制器，根據(jù)化、Ua、Ua擬及|ε|確定輸電系統(tǒng)當(dāng)前處 于暫態(tài)過程還是正常運(yùn)行過程。若是正常運(yùn)行過程，即逆變器換相正常，此時輸出焰弧角參 考值信號丫 ref-T(S)=U(S)，在輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行時通過定焰弧角控制，保持輸電系統(tǒng)穩(wěn)定 運(yùn)行。若是暫態(tài)過程，即逆變器換相失敗，此時輸出經(jīng)過補(bǔ)償?shù)难婊〗菂⒖贾敌盘?br>從而縮短暫態(tài)過程所占用的時間，加快直流輸電系統(tǒng)恢復(fù)功率傳 輸?shù)乃俣取?br>[0053] W上所述，僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的保護(hù)范圍并不局限 于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型掲露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化 或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)所述W權(quán) 利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1. 一種熄弧角控制器，安裝于高壓直流輸電系統(tǒng)的逆變側(cè)，其特征在于，包括： 熄弧角補(bǔ)償模塊、選通模塊和控制模塊； 所述熄弧角補(bǔ)償模塊，用于接收熄弧角控制的觸發(fā)信號U(S)，對U(s)做補(bǔ)償后，向所述 選通模塊的第一輸入端輸出補(bǔ)償觸發(fā)信號；其中Κγ、Τγ分別為一階慣性環(huán)節(jié)的 比例參數(shù)和時間常數(shù);所述選通模塊的第二輸入端連接U(S); 所述控制模塊包括四個輸入端;其中第一輸入端用于接收逆變側(cè)換流母線電壓信號隊， UL用于指示逆變側(cè)換流母線的電壓值;第二輸入端用于接收暫態(tài)臨界電壓信號Ua，UCL用于 指示所述高壓直流輸電系統(tǒng)出現(xiàn)換向失敗后進(jìn)入暫態(tài)過程時，逆變側(cè)換流母線電壓的臨界 值;第三輸入端用于接收常態(tài)臨界電壓信號1^ 1，1^1用于指示所述高壓直流輸電系統(tǒng)從暫 態(tài)過程恢復(fù)到正常運(yùn)行時，逆變側(cè)換流母線電壓的臨界值;第四輸入端用于接收電壓波動 限值信號I ε I，I ε I用于指示所述高壓直流輸電系統(tǒng)從暫態(tài)過程恢復(fù)到正常運(yùn)行時，逆變側(cè) 換流母線電壓變化率的下限值； 所述控制模塊包括兩個輸出端;所述控制模塊的第一輸出端連接所述選通模塊的第三 輸入端;所述控制模塊的第二輸出端連接所述選通模塊的第四輸入端;所述控制模塊用于 根據(jù)UL和Ua生成第一選通信號，并通過所述控制模塊的第一輸出端輸出所述第一選通信 號;所述控制模塊還用于根據(jù)U^Uai以及|ε|生成第二選通信號，并通過所述控制模塊的第 二輸出端輸出所述第二選通信號；所述選通模塊，用于在接收到所述第一選通信號之后，選通所述補(bǔ)償觸發(fā)信號 作為熄弧角參考值信號yrrf-T(s);還用于在接收到所述第二選通信號之后，選 通所述觸發(fā)信號U(s)作為熄弧角參考值信號yrrf-T(s)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熄弧角控制器，其特征在于，所述控制模塊包括：暫態(tài)控制模 塊和常態(tài)控制模塊； 所述暫態(tài)控制模塊包括兩個輸入端，其中第一輸入端用于連接隊，第二輸入端用于連接 Ua;所述暫態(tài)控制模塊用于根據(jù)隊和Ua生成所述第一選通信號； 所述常態(tài)控制模塊包括三個輸入端，其中第一輸入端用于連接Ul，第二輸入端用于連接 UCL1;第三輸入端用于連接| ε | ;所述常態(tài)控制模塊用于根據(jù)UL、Ua以及生成所述第二選通信 號。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的熄弧角控制器，其特征在于，所述暫態(tài)控制模塊為第一比較 器，當(dāng)所述第一比較器確定UL<Ua時，生成所述第一選通信號。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的熄弧角控制器，其特征在于，所述常態(tài)控制模塊包括:第二比 較器、第三比較器、微分器、以及邏輯與運(yùn)算器； 所述第二比較器的兩個輸入端分別連接Ul和UCL1; 所述微分器的輸入端連接Ul ; 所述第三比較器的兩個輸入端分別連接所述微分器的輸出端以及I ε I ; 所述邏輯與運(yùn)算器的兩個輸入端分別連接所述第二比較器的輸出端以及所述第三比 較器的輸出端；當(dāng)所述第二比較器確定UL>UCL1，且所述第三比較器確定，所述邏 輯與運(yùn)算器生成所述第二選通信號。
【文檔編號】H02J3/36GK205693375SQ201620539317
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月3日 公開號201620539317.7, CN 201620539317, CN 205693375 U, CN 205693375U, CN-U-205693375, CN201620539317, CN201620539317.7, CN205693375 U, CN205693375U
【發(fā)明人】趙利剛
【申請人】南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)技術(shù)研究中心