本發(fā)明涉及一種抑制直流輸電連續(xù)換相失敗的控制方法。

背景技術(shù)：

直流輸電具有輸送功率大、功率快速可控且輸電損耗低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用于跨大區(qū)遠(yuǎn)距離輸電及非同步電網(wǎng)互聯(lián)等場(chǎng)合，對(duì)于我國(guó)推進(jìn)“西電東送，南北互供，全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”的能源發(fā)展戰(zhàn)略發(fā)揮著十分重要的作用，有效解決了我國(guó)能源中心和負(fù)荷中心逆向分布的問題，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。然而，由于換流站內(nèi)換流器件采用半控型器件晶閘管，無法通過控制門極使其關(guān)斷，僅依靠電網(wǎng)電壓恢復(fù)晶閘管阻斷能力，這導(dǎo)致?lián)Q相失敗成為直流輸電的典型故障。隨著直流輸電工程的大量投運(yùn)，華東地區(qū)電網(wǎng)已形成多直流饋入系統(tǒng)，直流輸電換相失敗給交直流混聯(lián)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來的影響日益成為值得關(guān)注的問題。

作為直流輸電系統(tǒng)最常見的故障之一，換相失敗與很多因素有關(guān)，主要包括換相電壓、換流變壓器變比、直流電流、換相電抗、越前觸發(fā)角等。其中，逆變側(cè)交流系統(tǒng)故障是引起換相失敗的主要原因。直流輸電首次換相失敗一般難以避免，但采取合適的控制措施可以抑制直流輸電連續(xù)換相失敗。對(duì)于交直流混聯(lián)電網(wǎng)，連續(xù)多次換相失敗會(huì)造成直流系統(tǒng)閉鎖、直流系統(tǒng)功率傳輸中斷、交流系統(tǒng)傳輸功率劇烈變化甚至反向，沖擊交流系統(tǒng)并多次造成交流系統(tǒng)保護(hù)誤動(dòng)，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，研究合適的控制方法在抑制直流輸電連續(xù)換相失敗的同時(shí)縮短故障恢復(fù)時(shí)間，改善直流系統(tǒng)故障恢復(fù)特性，具有十分重要意義。

目前對(duì)直流輸電換相失敗預(yù)測(cè)控制策略的研究成果均集中于預(yù)防直流輸電首次換相失敗，很少有文獻(xiàn)對(duì)抑制直流輸電連續(xù)換相失敗進(jìn)行研究。文獻(xiàn)[1]提出一種基于漸變恢復(fù)理論的新型動(dòng)態(tài)低壓限流器控制方法，通過延緩單條直流功率恢復(fù)速率，可降低故障期間直流系統(tǒng)對(duì)交流系統(tǒng)的無功需求，進(jìn)而達(dá)到抑制連續(xù)換相失敗的目的。但是動(dòng)態(tài)低壓限流器延時(shí)環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)選擇困難，難以準(zhǔn)確獲得，制約了該方法的實(shí)際運(yùn)用；文獻(xiàn)[2]指出對(duì)低壓限流器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化可以在一定程度上減少逆變側(cè)交流系統(tǒng)故障引起的直流輸電連續(xù)換相失敗幾率，但并未給出低壓限流器參數(shù)優(yōu)化的具體方法；文獻(xiàn)[3]提出了一種抑制直流輸電連續(xù)換相失敗的虛擬電阻電流限制控制方法。該方法在直流系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)中引入虛擬電阻以反應(yīng)故障情況以及恢復(fù)過程中直流電流的變化特征，并將考慮虛擬電阻壓降之后的電壓作為低壓限流器啟動(dòng)電壓，具有簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。但是，故障穩(wěn)態(tài)時(shí)直流電流不再等于額定值，虛擬電阻上壓降一直存在，將造成其低壓限流器啟動(dòng)電壓偏低，在抑制直流輸電連續(xù)換相失敗的同時(shí)將改變直流系統(tǒng)故障穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)，增加系統(tǒng)故障后直流系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)時(shí)間，不利于故障后直流系統(tǒng)恢復(fù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭利娜,劉天琪,李興源.抑制多饋入直流輸電系統(tǒng)后續(xù)換相失敗措施研究[j].電力自動(dòng)化設(shè)備,2013,(11):95-99.

[2]李新年,陳樹勇,龐廣恒,等.華東多直流饋入系統(tǒng)換相失敗預(yù)防和自動(dòng)恢復(fù)能力的優(yōu)化[j].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2015,(06):134-140.

[3]郭春義,李春華,劉羽超,等.一種抑制傳統(tǒng)直流輸電連續(xù)換相失敗的虛擬電阻電流限制控制方法[j].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2016,(18):4930-4937+5117.

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出一種能夠抑制直流輸電連續(xù)換相失敗的控制方法。本發(fā)明在直流輸電控制環(huán)節(jié)中低壓限流器的輸入值的計(jì)算中，考慮了故障后直流電流和換流母線電壓的變化情況，同時(shí)考慮了故障后直流系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)的作用，能夠較快獲得低壓限流器啟動(dòng)電壓故障穩(wěn)態(tài)值，縮短故障恢復(fù)時(shí)間且不改變系統(tǒng)故障穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種抑制直流輸電連續(xù)換相失敗的控制方法，包括步驟：

(1)利用三相電壓互感器采集逆變側(cè)換流母線線電壓有效值en，直流電流傳感器采集逆變側(cè)直流系統(tǒng)電流idn。

(2)將采集得到的en和idn代入低壓限流器啟動(dòng)電壓計(jì)算公式：

上式中：γ0為逆變側(cè)定關(guān)斷角控制中的關(guān)斷角整定值；rv為補(bǔ)償電阻；drn為逆變器等效換相電阻；b為直流輸電系統(tǒng)每一極6脈動(dòng)換流器串聯(lián)的個(gè)數(shù)；idn為逆變側(cè)直流電流額定值；udn為逆變側(cè)直流電壓額定值；tn為逆變側(cè)換流變壓器變比。

(3)將該式計(jì)算值us作為直流輸電控制環(huán)節(jié)中低壓限流器的輸入值，用以抑制由于低壓限流器啟動(dòng)電壓變化劇烈而引起的直流輸電連續(xù)換相失敗。

由于系統(tǒng)中儲(chǔ)能元件的作用，故障后逆變側(cè)直流電流idn和逆變側(cè)換流母線電壓en變化緩慢，本發(fā)明將us作為直流輸電控制環(huán)節(jié)中低壓限流器的輸入值，能夠抑制由于低壓限流器啟動(dòng)電壓變化劇烈而引起的直流輸電連續(xù)換相失敗，并且由于上式中令關(guān)斷角恒等于額定關(guān)斷角，體現(xiàn)了故障后逆變側(cè)定關(guān)斷角控制的持續(xù)作用，能夠較快取得低壓限流器啟動(dòng)電壓故障穩(wěn)態(tài)值，縮短故障恢復(fù)時(shí)間。與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)計(jì)算公式體現(xiàn)了故障后直流電流和換流母線電壓的變化情況，能夠反映故障后系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，能夠抑制直流輸電連續(xù)換相失敗

(2)該公式由直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性方程推導(dǎo)而來，同時(shí)考慮了故障后直流系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)的作用，能夠較快求得低壓限流器啟動(dòng)電壓故障穩(wěn)態(tài)值，縮短故障恢復(fù)時(shí)間且不改變系統(tǒng)故障穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)。

附圖說明

圖1cigrehvdc標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試模型控制環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)框圖。

圖2低壓限流器特性曲線。

圖3cigrehvdc標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試模型穩(wěn)態(tài)運(yùn)行曲線。

圖4直流輸電系統(tǒng)等值電路圖。

圖中標(biāo)號(hào)說明：

圖1中idz為整流側(cè)直流電流；udn為逆變側(cè)直流電壓；idn為逆變側(cè)直流電流；γ為逆變側(cè)關(guān)斷角測(cè)量值；ides為主控制極給出的直流電流整定值；rv為補(bǔ)償電阻；γ0為逆變側(cè)定關(guān)斷角控制中的關(guān)斷角整定值；αrec為整流側(cè)定電流控制輸出的整流側(cè)觸發(fā)角指令；βinv_i和βinv_γ分別為逆變側(cè)定電流控制和定關(guān)斷角控制輸出的逆變側(cè)觸發(fā)角指令；一階慣性環(huán)節(jié)是用來模擬直流電壓和電流的測(cè)量過程，其中慣性時(shí)間常數(shù)t反映測(cè)量設(shè)備的響應(yīng)速度，增益g將直流電壓和電流的實(shí)際值變?yōu)闊o量綱的標(biāo)幺值。

圖2中u為低壓限流器啟動(dòng)電壓；i為低壓限流器輸出的直流電流指令。

圖3中ud和id分別為直流系統(tǒng)電壓和電流的標(biāo)幺值。

圖4中ud0z、ud0n分別為整流側(cè)和逆變側(cè)的無相控理想空載直流電壓，與各自所連交流換流母線電壓成正比；ud0zcosα、ud0ncosγ分別為整流側(cè)和逆變側(cè)的有相控理想空載直流電壓；udz、udn分別為整流側(cè)和逆變側(cè)出口處電壓，即直流線路始末端電壓；drz、drn分別為整流器和逆變器的等效換相電阻，與各自的換相電感成正比；ld為平波電抗器的電感值；l，r，c為直流線路的等值電抗、電阻和電容。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的進(jìn)行詳細(xì)的描述。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的進(jìn)行詳細(xì)的描述。

(1)由圖1可知，直流系統(tǒng)整流側(cè)配備有帶αmin限制的定電流控制器，逆變側(cè)配備有定電流控制器和定關(guān)斷角控制器。另外逆變側(cè)還配備有電流偏差控制器(currenterrorcontrollor，cec)，能夠?qū)崿F(xiàn)逆變側(cè)從定關(guān)斷角控制到定電流控制的平穩(wěn)切換。ides一般取1p.u，在故障時(shí)大于低壓限流器輸出電流指令i，因此故障后整流側(cè)和逆變側(cè)定電流控制器的電流指令均由低壓限流器(voltagedependentcurrentorderlimiter，vdcol)決定。

當(dāng)?shù)蛪合蘖髌鲉?dòng)電壓大范圍波動(dòng)時(shí)將導(dǎo)致低壓限流器輸出電流指令同樣變化，進(jìn)而引起整流側(cè)觸發(fā)角指令αrec和逆變側(cè)觸發(fā)角指令βinv_i大幅度波動(dòng)，直流系統(tǒng)首次換相失敗恢復(fù)后可能因?yàn)橹绷飨到y(tǒng)控制環(huán)節(jié)輸出觸發(fā)角指令的劇烈變化再次發(fā)生一次或多次換相失敗故障，直流輸電可能由單次換相失敗發(fā)展為連續(xù)換相失敗。

根據(jù)圖1虛線框內(nèi)低壓限流器啟動(dòng)電壓u的獲得過程，u可用下式表示：

(2)由圖2可知，低壓限流器啟動(dòng)電壓u和輸出的直流電流指令i關(guān)系可以用函數(shù)i＝f(u)表示：

(3)如圖3所示，當(dāng)交直流混聯(lián)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，直流系統(tǒng)整流側(cè)運(yùn)行在定電流idn控制決定直流系統(tǒng)電流，逆變側(cè)運(yùn)行在定關(guān)斷角γ0控制決定直流系統(tǒng)電壓，系統(tǒng)運(yùn)行在a點(diǎn)。當(dāng)整流側(cè)換流母線電壓下降時(shí)，直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行曲線如圖3中黃實(shí)線a-i所示，整流側(cè)運(yùn)行于定αmin控制，逆變側(cè)運(yùn)行于定電流控制；當(dāng)逆變側(cè)換流母線電壓下降時(shí)，直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行曲線如圖3中紅實(shí)線a-z所示，整流側(cè)運(yùn)行于定電流控制，逆變側(cè)運(yùn)行于定關(guān)斷角γ0控制。逆變側(cè)交流系統(tǒng)故障后直流系統(tǒng)故障穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)將從圖中a點(diǎn)下移至紅實(shí)線a-z上某一點(diǎn)，假設(shè)該點(diǎn)為k，k點(diǎn)即為該故障條件下直流系統(tǒng)故障穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)，從a點(diǎn)移至k點(diǎn)的時(shí)間即為故障恢復(fù)時(shí)間，此時(shí)，整流側(cè)運(yùn)行于定電流指令id_k控制，逆變側(cè)仍運(yùn)行于定關(guān)斷角γ0控制。

(4)如圖4所示為雙端直流輸電系統(tǒng)的等效電路圖，當(dāng)直流輸電系統(tǒng)每一極由b(b為正整數(shù))個(gè)6脈動(dòng)換流器串聯(lián)組成時(shí)，整流側(cè)和逆變側(cè)的無相控理想空載直流電壓ud0z、ud0n分別為：

其中，ez和en分別為換流站整流側(cè)和逆變側(cè)換流母線線電壓有效值。tz和tn為整流側(cè)和逆變側(cè)換流變壓器變比。

(5)由于逆變側(cè)交流系統(tǒng)故障后逆變側(cè)直流系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)維持定關(guān)斷角控制，控制逆變側(cè)關(guān)斷角γ等于額定關(guān)斷角γ0，因此逆變側(cè)出口處伏安特性可表示為：

udn＝ud0ncosγ0-idndrnb

(6)聯(lián)立以上步驟所提公式，可得仍按直流線路中點(diǎn)直流電壓?jiǎn)?dòng)的低壓限流器啟動(dòng)電壓計(jì)算公式，在該公式中用逆變側(cè)交流母線線電壓en代替了逆變側(cè)直流電壓udn。用us表示該公式所得低壓限流器啟動(dòng)電壓，即：

(7)實(shí)時(shí)采集逆變側(cè)換流母線電壓en和逆變側(cè)直流電流idn，代入步驟(6)所提公式即可得到低壓限流器啟動(dòng)電壓us。該計(jì)算公式同時(shí)利用交流量和直流量進(jìn)行計(jì)算，其中直流量可以利用若干個(gè)采樣點(diǎn)求平均值得到，交流量一般需要一個(gè)交流周波的采樣數(shù)據(jù)計(jì)算得到有效值。由于直流輸電首次換相失敗后再次發(fā)生換相失敗的時(shí)間間隔通常大于一個(gè)交流周波，因此該公式所需故障后交流量en和直流量idn是能夠準(zhǔn)確獲得。

顯然，當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，逆變側(cè)直流電壓udn采樣值等于由步驟(5)所得計(jì)算值，因此步驟(6)所得啟動(dòng)電壓us等于步驟(1)中低壓限流器啟動(dòng)電壓u，不會(huì)對(duì)直流穩(wěn)定運(yùn)行帶來任何不良影響。當(dāng)系統(tǒng)處于故障暫態(tài)時(shí)，由于系統(tǒng)中儲(chǔ)能元件的作用，直流電流和逆變側(cè)換流母線電壓變化情況相比于逆變側(cè)直流電壓緩慢得多，由步驟(6)所得低壓限流器啟動(dòng)電壓us變化較為緩慢，能夠抑制由于低壓限流器啟動(dòng)電壓變化劇烈而引起的直流輸電連續(xù)換相失敗，并且由于令關(guān)斷角γ等于額定關(guān)斷角γ0，體現(xiàn)了故障后逆變側(cè)定關(guān)斷角控制的持續(xù)作用，能夠較快取得低壓限流器啟動(dòng)電壓故障穩(wěn)態(tài)值，縮短故障恢復(fù)時(shí)間。

將步驟(6)中所示低壓限流器啟動(dòng)電壓計(jì)算公式計(jì)算值作為直流輸電控制環(huán)節(jié)中低壓限流器的輸入值，即能在抑制直流輸電連續(xù)換相失敗的同時(shí)縮短故障恢復(fù)時(shí)間。