CN101701996A - 一种高压直流系统换相失败的判别方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压直流系统换相失败的判别方法，包括以下步骤：S1、计算其中某一点在给定故障合闸角下发生故障时，高压直流系统换流母线上换相电压的负荷分量和故障附加分量；S2、确定积分区间，计算实际换相电压时间面积；S3、比较实际换相电压时间面积与临界换相电压时间面积，并判别该点的故障是否会引起换相失败；S4、重复步骤S1至步骤S3，确定引起高压直流系统换相失败的交流故障区域。本发明还公开了一种高压直流系统换相失败的判别装置，包括准备单元、计算单元、判别单元；本发明大幅减少了计算规模，其精度满足工程应用所需，揭示了故障合闸角对换相失败影响的机理，适用于故障稳态和故障暂态的分析。

Description

一种高压直流系统换相失败的判别方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统领域中的故障检测技术，尤其涉及一种在交直流混合系统中对交流系统故障引发高压直流系统换相失败的判别方法及应用该方法的装置。

背景技术

随着我国电力“西电东送、南北互供、全国联网”战略的实施，已有越来越多的高压直流工程投入运行。目前，南方电网已形成了“六交四直”的交直流混合输电系统，成为世界上最大的多馈入交直流混合系统。在交直流混合系统中，换流器的换相失败是直流系统最常见的故障之一。连续的换相失败不仅严重威胁直流系统本身的安全稳定运行，而且有可能造成交流系统继电保护的不正确动作，甚至引起一系列控制保护装置的动作，造成严重后果。实际上，2003年以来南方电网先后发生两起因天广直流、三广直流换相失败导致交流线路保护误动作的事故。相关研究表明，交流系统故障造成交流电压幅值下降及其相位偏移是引起换流器换相失败的主要原因。因此，对交流系统故障与直流系统换相失败之间的关系进行定量研究，分析影响直流系统换相失败的各个因素，提出换相失败的判别方法，对系统的安全稳定运行具有重要意义。

对于交流系统故障所引起的直流系统换相失败，现有的研究表明：换流阀的关断角过小是引起其换相失败的根本原因，而故障合闸角、直流电流、触发角、换流母线线电压、换流变压器变比和换相阻抗，以及交流系统频谱特性都对逆变器的关断角有不同程度的影响。以此为基础，目前已有各种基于实测电气量的换相失败判别方法和各种仅适用于故障稳态的换相失败的判据。然而，限于计算规模和效率，基于实测电气量的换相失败判别方法并不适用于对大规模交直流系统中换相失败的分析，如换相失败风险评估和交、直流系统控制保护优化配置等。而且，这种判别方法也无法研究交流故障对换相失败影响的内在机理。而各种换相失败的稳态判据，如基于换相电压降幅的方法，则是从故障稳态的角度提出的，无法反映故障合闸角的不同所对应的故障暂态过程的差异，以及这种差异对换相失败的影响，因而不能适用于故障暂态的研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供了一种在交直流混合系统中对交流系统故障所引发的高压直流系统换相失败的判别方法。该方法大幅减少了计算规模，其精度满足工程应用所需，而且计及了故障暂态过程对换相失败的影响，因而同时适用于故障稳态和故障暂态的分析，并可用于高压直流系统换相失败的在线控制、换相失败风险评估和交直流系统控制保护的优化配置等，突破了现有方法的应用局限性。

本发明的目的还在于提供一种应用上述方法的高压直流系统换相失败的判别装置。

本发明的目的之一是通过下述技术方案实现：一种高压直流系统换相失败的判别方法，包括以下步骤：

S1、计算交流系统中某一点在给定故障合闸角下发生故障(故障类型给定)时，高压直流系统换流母线上换相电压的负荷分量和故障附加分量，获得换相电压的时域波形；

S2、利用步骤S1所得的换相电压时域波形确定积分区间，计算实际换相电压时间面积；

S3、比较实际换相电压时间面积与临界换相电压时间面积，若实际换相电压时间面积＞临界换相电压时间面积，则该点在所给定的故障合闸角下不会发生换相失败；若实际换相电压时间面积＜临界换相电压时间面积，则该点在给定的故障合闸角下会发生换相失败；

S4、对于交流系统中的各点，重复步骤S1至步骤S3，确定在给定的故障合闸角和故障类型下引起高压直流系统换相失败的交流故障区域。

为更好的实现本发明，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S2.1、确定积分区间：根据步骤S1计算所得的换相电压时域波形，并以换相开始时刻为零时刻点，确定换相电压时域波形的第一个过零点，以此作为积分上限，并以t₂表示；

根据故障前直流控制系统中逆变器控制的越前触发角β_o，以及换流阀允许的最小关断角γ_min，计算积分下限t₁：

t₁＝t₂-0.01×(β_o-γ_min)/π

S2.2、计算实际换相电压时间面积：由步骤S1中得到的换相电压时域波形和由步骤S2.1得到的积分区间，计算在此积分区间内换相电压波形与时间轴围成的面积，即实际换相电压时间面积A_f：

$A_f={\∫}_{t_1}^{t_2}u\left(t\right)\mathrm{dt}$

式中，t为时间变量，u(t)为由换相电压的负荷分量和故障附加分量组成的换相电压时域波形。

所述步骤S2.2中计算实际换相电压时间面积A_f，具体包括：

S2.21、计算由负荷分量构成的换相电压时间面积A_f0：

$A_{f0}=\left\{\begin{array}{cc}{\&Integral;}_{t_1}^{t_2}{u}_{f0}\left(t\right)\mathrm{dt}& t_1\&GreaterEqual;0\\ {\&Integral;}_0^{t_2}{u}_{f0}\left(t\right)\mathrm{dt}& t_1<0\end{array}\right.$

其中，u_f0(t)为高压直流系统换流母线上换相电压的负荷分量；

S2.22、计算由故障附加分量构成的换相电压时间面积，具体包括由稳态分量所造成的附加换相面积ΔA′_f和由衰减非周期分量及衰减周期分量所共同造成的附加换相面积ΔA″_f：

${\mathrm{\&Delta;A}}_f^{\&prime;}=\left\{\begin{array}{cc}{\&Integral;}_{t_1}^{t_2}{\mathrm{\&Delta;u}}_f^{\&prime;}\left(t\right)\mathrm{dt}& t_1\&GreaterEqual;0\\ {\&Integral;}_0^{t_2}{\mathrm{\&Delta;u}}_f^{\&prime;}\left(t\right)\mathrm{dt}& t_1<0\end{array}\right.$

${\mathrm{\&Delta;A}}_f^{\&prime;\&prime;}=\left\{\begin{array}{cc}{\&Integral;}_{t_1}^{t_2}[{\mathrm{\&Delta;u}}_{f1}^{\&prime;\&prime;}\left(t\right)+{\mathrm{\&Delta;u}}_{f2}^{\&prime;\&prime;}\left(t\right)]\mathrm{dt}& t_1\&GreaterEqual;0\\ {\&Integral;}_0^{t_2}[{\mathrm{\&Delta;u}}_{f1}^{\&prime;\&prime;}\left(t\right)+{\mathrm{\&Delta;u}}_{f2}^{\&prime;\&prime;}\left(t\right)]\mathrm{dt}& t_1<0\end{array}\right.$

式中，Δu′_f(t)为故障附加分量的稳态分量，Δu″_f1(t)为故障附加分量的衰减非周期分量，Δu″_f2(t)为故障附加分量的衰减周期分量；

S2.23、计算实际换相电压时间面积A_f：

$A_f={\&Integral;}_{t_1}^{t_2}u\left(t\right)\mathrm{dt}=A_{f0}+{\mathrm{\&Delta;A}}_f^{\&prime;}+{\mathrm{\&Delta;A}}_f^{\&prime;\&prime;}$

式中，A_f0为由负荷分量构成的换相电压时间面积，ΔA′_f为由稳态分量所造成的附加换相面积，ΔA″_f为由衰减非周期分量及衰减周期分量所共同造成的附加换相面积。

所述临界换相电压时间面积通过下式求出：

A_cr＝2L_rI_d

式中，A_cr为临界换相电压时间面积，I_d为高压直流系统的直流电流运行额定值，L_r为每相等值换相电感。

本发明的目的之二是通过下述技术方案实现的，一种高压直流系统换相失败的判别装置，包括：

准备单元，用于计算交流系统中某一点在给定的故障合闸角下发生故障时，高压直流系统换流母线上换相电压的负荷分量和故障附加分量，获得换相电压的时域波形；

计算单元，用于根据准备单元的时域波形确定积分区间，计算实际换相电压时间面积；

判别单元，用于比较实际换相电压时间面积与临界换相电压时间面积，若实际换相电压时间面积＞临界换相电压时间面积，则判别该点在所给定的故障合闸角下不会发生换相失败；若实际换相电压时间面积＜临界换相电压时间面积，则判别该点在给定的故障合闸角下会发生换相失败。

为更好的实现本发明，所述计算单元具体包括：

确定积分区间单元：根据准备单元计算所得换相电压的负荷分量和故障附加分量，并以换相开始时刻为零时刻点，确定换相电压时域波形的第一个过零点，以此作为积分上限，并以t₂表示；

根据故障前直流控制系统中逆变器控制的越前触发角β_o，以及换流阀允许的最小关断角γ_min，确定积分下限t₁：

t₁＝t₂-0.01×(β_o-γ_min)/π

计算实际换相电压时间面积单元：根据准备单元得到的换相电压时域波形和确定积分区间单元得到的积分区间，计算在此积分区间内换相电压波形与时间轴围成的面积，即实际换相电压时间面积A_f：

$A_f={\text{\&Integral;}}_{t_1}^{t_2}u\left(t\right)\mathrm{dt}$

式中，t为时间变量，u(t)为由换相电压的稳态分量和故障暂态分量组成的换相电压时域波形。

所述计算单元还包括计算临界换相电压时间面积单元，用于通过下式求出临界换相电压时间面积：

A_cr＝2L_rI_d

式中，A_cr为临界换相电压时间面积，I_d为高压直流系统的直流电流运行额定值，L_r为每相等值换相电感。

本发明的原理：基于换相电压时间面积可作为评价高压直流系统抵御换相失败能力强弱的定量指标的理论论证，该方法通过分析交流系统中某点在不同故障合闸角下发生故障时，换流母线交流电压故障暂态分量的特性，及其对换相电压时间面积大小的影响，对该点故障是否将引起换相失败的发生进行判别。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)适用于故障稳态和故障暂态的分析：现有的基于换相电压降幅的换相失败判别方法无法反映故障合闸角的不同所对应的故障暂态过程的差异，以及这种差异对换相失败的影响，因而不能适用于故障暂态的研究；本发明以换相电压面积的大小作为判断换相失败的定量指标，其计及了故障合闸角的影响，因此同时适用于故障稳态和暂态下的分析，突破了现有方法的应用局限性。

(2)减少了计算量，适用于大规模交直流混联系统：与基于电磁暂态仿真软件的时域仿真方法相比，本发明利用已有的交流系统暂态分析方法和数值积分算法，仅需已知交流系统的网架参数，以及高压直流系统的运行参数，无需建立高压直流系统的数学模型，也无需对全系统进行数字仿真，有效的降低了计算量。

(3)揭示了故障合闸角对换相失败影响的机理：换相电压时间面积可作为评价高压直流系统抵御换相失败能力强弱的定量指标，而故障合闸角对其有直接影响，因此，和各种基于实测电气量的换相失败判别方法相比，通过分析与不同故障合闸角下的交流故障相对应的换相电压时间面积的变化特性，本发明揭示了故障合闸角对换相失败影响的机理，从而为交直流系统相互作用的定量分析、提高高压直流系统抵御换相失败能力的研究、直流控制系统参数的整定以及受端交流电网继电保护运行特性的研究提供了理论研究的参考。

(4)实现高压直流系统换相失败的在线控制：在已知故障地点的情况下，利用已有的计算故障合闸角的算法，本发明可用于高压直流系统换相失败的在线控制。

附图说明

图1是本发明高压直流输电系统中的交流系统的结构示意图；

图2是本发明中的换相电压时域波形示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本发明高压直流输电系统中的交流系统的结构如图1所示。设图1中F点发生B相单相接地故障，过渡电阻Rg＝70欧姆，故障合闸角为130°。下面应用本发明装置来判别该交流系统故障是否会引发高压直流输电系统换相失败。

本高压直流系统换相失败的判别装置，包括：

准备单元，用于计算交流系统中某一点在所给定的故障合闸角下发生指定的故障时，高压直流系统换流母线上换相电压的负荷分量和故障附加分量，获得换相电压的时域波形；

计算单元，用于根据准备单元的时域波形确定积分区间，计算实际换相电压时间面积；

判别单元，用于比较实际换相电压时间面积与临界换相电压时间面积，若实际换相电压时间面积＞临界换相电压时间面积，则判别该点在所给定的故障合闸角下不会发生换相失败；若实际换相电压时间面积＜临界换相电压时间面积，则判别该点在所给定的故障合闸角下会发生换相失败。

所述计算单元具体包括：

确定积分区间单元：根据准备单元计算所得换相电压的负荷分量和故障附加分量，并将换相开始时刻作为零时刻点，确定换相电压时域波形的第一个过零点，以此作为积分上限，并以t₂表示；

根据故障前直流控制系统中逆变器控制的越前触发角β_o，以及换流阀允许的最小关断角γ_min，确定积分下限t₁：

t₁＝t₂-0.01×(β_o-γ_min)/π

计算实际换相电压时间面积单元：根据准备单元得到的换相电压时域波形和确定积分区间单元得到的积分区间，计算在此积分区间内换相电压波形与时间轴围成的面积，即实际换相电压时间面积A_f：

$A_f={\&Integral;}_{t_1}^{t_2}u\left(t\right)\mathrm{dt}$

式中，t为时间变量，u(t)为由换相电压的稳态分量和故障暂态分量组成的换相电压时域波形。

所述计算单元还包括计算临界换相电压时间面积单元，用于通过下式求出临界换相电压时间面积：

A_cr＝2L_rI_d

式中，A_cr为临界换相电压时间面积，I_d为高压直流系统的直流电流运行额定值，L_r为换相电感。

本装置对该交流系统故障是否会引发高压直流输电系统换相失败的判别过程如下：

1.准备单元利用现有的交流系统暂态分析方法，计算故障发生后换相电压的负荷分量和故障附加分量。如图1所示的交流系统，负荷分量u_f0(t)表示，而故障附加分量包括稳态分量、衰减非周期分量和衰减周期分量，分别用Δu′_f(t)、Δu″_f1(t)和Δu″_f2(t)表示。由负荷分量和故障附加分量所构成的换相电压时域波形如图2中u(t)所示。

2.计算单元中的确定积分区间单元根据换相电压的稳态分量和故障暂态分量，并以换相开始时刻为零时刻点，确定换相电压时域波形u(t)的第一个过零点，以此作为积分上限t₂，如t₂＝0.0099s；

根据已知的故障前的逆变器控制系统的越前触发角β_o和换流阀允许的最小关断角γ_min，如β_o＝0.6440和γ_min＝0，确定积分上限t₁：

t₁＝t₂-0.01×0.644/π＝0.0079s

3.计算实际换相电压时间面积单元利用已有的数值积分方法，如梯形积分法，计算实际换相电压时间面积A_f：

$A_f={\&Integral;}_{t_1}^{t_2}u\left(t\right)\mathrm{dt}=A_{f0}+{\mathrm{\&Delta;A}}_f^{\&prime;}+{\mathrm{\&Delta;A}}_f^{\&prime;\&prime;}$

式中，A_f0为由负荷分量构成的换相电压时间面积，ΔA′_f为由稳态分量所造成的附加换相面积；ΔA″_f为由衰减非周期分量及衰减周期分量所共同造成的附加换相面积，分别由下式计算：

$A_{f0}=\left\{\begin{array}{cc}{\&Integral;}_{t_1}^{t_2}{u}_{f0}\left(t\right)\mathrm{dt}& t_1\&GreaterEqual;0\\ {\&Integral;}_0^{t_2}{u}_{f0}\left(t\right)\mathrm{dt}& t_1<0\end{array}\right.;$

${\mathrm{\&Delta;A}}_f^{\&prime;}=\left\{\begin{array}{cc}{\&Integral;}_{t_1}^{t_2}{\mathrm{\&Delta;u}}_f^{\&prime;}\left(t\right)\mathrm{dt}& t_1\&GreaterEqual;0\\ {\&Integral;}_0^{t_2}{\mathrm{\&Delta;u}}_f^{\&prime;}\left(t\right)\mathrm{dt}& t_1<0\end{array}\right.;$

${\mathrm{\&Delta;A}}_f^{\&prime;\&prime;}=\left\{\begin{array}{cc}{\&Integral;}_{t_1}^{t_2}[{\mathrm{\&Delta;u}}_{f1}^{\&prime;\&prime;}\left(t\right)+{\mathrm{\&Delta;u}}_{f2}^{\&prime;\&prime;}\left(t\right)]\mathrm{dt}& t_1\&GreaterEqual;0\\ {\&Integral;}_0^{t_2}[{\mathrm{\&Delta;u}}_{f1}^{\&prime;\&prime;}\left(t\right)+{\mathrm{\&Delta;u}}_{f2}^{\&prime;\&prime;}\left(t\right)]\mathrm{dt}& t_1<0\end{array}\right.$

由此，根据如图1所示的交流系统的结构和参数，可得A_f＝0.1514；

4.计算单元中的计算临界换相电压时间面积单元，根据已知的高压直流系统的直流电流运行额定值I_d和换相电感L_r，如I_d＝2kA，L_r＝0.042H，计算临界换相电压时间面积A_cr：A_cr＝2L_rI_dn＝0.1693。

5.判别单元比较实际换相电压时间面积与临界换相电压时间面积，由于A_f＜A_cr，因此判别在图1所示的交流系统中，F点发生故障合闸角为130°的B相接地故障时，将引起高压直流系统发生换相失败。

将本发明应用于国际大电网会议(CIGRE)高压直流输电系统标准模型的换相失败评估，并与基于PSCAD/EMTDC所得的数字仿真结果相比较。在该模型中，最小关断角γ_min＝0；直流电流额定值I_dn＝2kA；逆变侧换流变压器漏电感L_r＝0.042H。表1为不同故障合闸角换流母线发生a相接地故障时，应用本发明计算求得的实际换相电压时间面积A_f和通过仿真计算获得的实际换相电压时间面积A_fsim，以及应用本发明得到的换相失败判别结果和通过仿真获得的是否换相失败的结果。其中A_cr＝2L_rI_dn＝1.693×10^-1，换相面积A_f均为交流故障发生后0.01s内ab两相换相时的换相面积。

表1

如表1所示，在不同故障合闸角下单相故障时的换相面积和换相失败判断结果：所示的74种不同故障情况，A_f的解析计算结果与仿真计算结果基本一致，且应用本发明能正确判别其中68种故障情况是否发生换相失败。即使对于判别错误的各种故障情况，其A_f的解析值也均是处于临界值，即非常接近A_cr。因此，应用本发明所得到的计算结果与仿真结果相吻合，满足工程精度要求。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高压直流系统换相失败的判别方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、计算交流系统中某一点在给定故障合闸角下发生故障时，高压直流系统换流母线上换相电压的负荷分量和故障附加分量，获得换相电压的时域波形；

S2、利用步骤S1所得的换相电压时域波形确定积分区间，计算实际换相电压时间面积；

S3、比较实际换相电压时间面积与临界换相电压时间面积，若实际换相电压时间面积＞临界换相电压时间面积，则该点在所给定的故障合闸角下不会发生换相失败；若实际换相电压时间面积＜临界换相电压时间面积，则该点在所给定的故障合闸角下会发生换相失败；

S4、对于交流系统中的各点，重复步骤S1至步骤S3，确定在给定的故障合闸角和故障类型下引起高压直流系统换相失败的交流故障区域。

2.根据权利要求1所述的高压直流系统换相失败的判别方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S2.1、确定积分区间：根据步骤S1计算所得的换相电压时域波形，并以换相开始时刻为零时刻点，确定换相电压时域波形的第一个过零点，以此作为积分上限，并以t₂表示；

根据故障前直流控制系统中逆变器控制的越前触发角β_o，以及换流阀允许的最小关断角γ_min，计算积分下限t₁：

t₁＝t₂-0.01×(β_o-γ_min)/π

S2.2、计算实际换相电压时间面积：由步骤S1中得到的换相电压时域波形和由步骤S2.1得到的积分区间，计算在此积分区间内换相电压波形与时间轴围成的面积，即实际换相电压时间面积A_f：

$A_f={\&Integral;}_{t_1}^{t_2}u\left(t\right)\mathrm{dt}$

式中，t为时间变量，u(t)为由换相电压的负荷分量和故障附加分量组成的换相电压时域波形。

3.根据权利要求1所述的高压直流系统换相失败的判别方法，其特征在于，所述步骤S2.2中计算实际换相电压时间面积，具体包括：

S2.21、计算由负荷分量构成的换相电压时间面积A_f0：

$A_{f0}=\left\{\begin{array}{cc}{\&Integral;}_{t_1}^{t_2}{u}_{f0}\left(t\right)\mathrm{dt}& t_1\&GreaterEqual;0\\ {\&Integral;}_0^{t_2}{u}_{f0}\left(t\right)\mathrm{dt}& t_1<0\end{array}\right.$

其中，u_f0(t)为高压直流系统换流母线上换相电压的负荷分量；

S2.22、计算由故障附加分量构成的换相电压时间面积，具体包括由稳态分量所造成的附加换相面积ΔA′_f和由衰减非周期分量及衰减周期分量所共同造成的附加换相面积ΔA″_f：

$\mathrm{\&Delta;}{A}_f^{\&prime;}=\left\{\begin{array}{cc}{\&Integral;}_{t_1}^{t_2}\mathrm{\&Delta;}{u}_f^{\&prime;}\left(t\right)\mathrm{dt}& t_1\&GreaterEqual;0\\ {\&Integral;}_0^{t_2}\mathrm{\&Delta;}{u}_f^{\&prime;}\left(t\right)\mathrm{dt}& t_1<0\end{array}\right.$

$\mathrm{\&Delta;}{A}_f^{\&prime;\&prime;}=\left\{\begin{array}{cc}{\&Integral;}_{t_1}^{t_2}[\mathrm{\&Delta;}{u}_{f1}^{\&prime;\&prime;}\left(t\right)+\mathrm{\&Delta;}{u}_{f2}^{\&prime;\&prime;}\left(t\right)]\mathrm{dt}& t_1\&GreaterEqual;0\\ {\&Integral;}_0^{t_2}[\mathrm{\&Delta;}{u}_{f1}^{\&prime;\&prime;}\left(t\right)+\mathrm{\&Delta;}{u}_{f2}^{\&prime;\&prime;}\left(t\right)]\mathrm{dt}& t_1<0\end{array}\right.$

式中，Δu′_f(t)为故障附加分量的稳态分量，Δu″_f1(t)为故障附加分量的衰减非周期分量，Δu″_f2(t)为故障附加分量的衰减周期分量；

S2.23、计算实际换相电压时间面积A_f：

$A_f={\&Integral;}_{t_1}^{t_2}u\left(t\right)\mathrm{dt}=A_{f0}+\mathrm{\&Delta;}{A}_f^{\&prime;}+\mathrm{\&Delta;}{A}_f^{\&prime;\&prime;}$

式中，A_f0为由负荷分量构成的换相电压时间面积，ΔA′_f为由稳态分量所造成的附加换相面积，ΔA″_f为由衰减非周期分量及衰减周期分量所共同造成的附加换相面积。

4.根据权利要求1所述的高压直流系统换相失败的判别方法，其特征在于，所述临界换相电压时间面积通过下式求出：

A_cr＝2L_rI_d

式中，A_cr为临界换相电压时间面积，I_d为高压直流系统的直流电流运行额定值，L_r为每相等值换相电感。

5.一种高压直流系统换相失败的判别装置，其特征在于，包括：

准备单元，用于计算交流系统中某一点在给定的故障合闸角下发生指定的故障时，高压直流系统换流母线上换相电压的负荷分量和故障附加分量，获得换相电压的时域波形；

计算单元，用于根据准备单元的时域波形确定积分区间，计算实际换相电压时间面积；

判别单元，用于比较实际换相电压时间面积与临界换相电压时间面积，若实际换相电压时间面积＞临界换相电压时间面积，则判别该点在所给定的故障合闸角下不会发生换相失败；若实际换相电压时间面积＜临界换相电压时间面积，则判别该点在所给定的故障合闸角下会发生换相失败。

6.根据权利要求5所述高压直流系统换相失败的判别装置，其特征在于，所述计算单元具体包括：

确定积分区间单元：根据准备单元计算所得换相电压的负荷分量和故障附加分量，并以换相开始时刻为零时刻点，确定换相电压时域波形的第一个过零点，以此作为积分上限，并以t₂表示；

根据故障前直流控制系统中逆变器控制的越前触发角β_o，以及换流阀允许的最小关断角γ_min，确定积分下限t₁：

t₁＝t₂-0.01×(β_o-γ_min)/π

计算实际换相电压时间面积单元：根据准备单元得到的换相电压时域波形和确定积分区间单元得到的积分区间，计算在此积分区间内换相电压波形与时间轴围成的面积，即实际换相电压时间面积A_f：

$A_f={\&Integral;}_{t_1}^{t_2}u\left(t\right)\mathrm{dt}$

式中，t为时间变量，u(t)为由换相电压的稳态分量和故障暂态分量组成的换相电压时域波形。

7.根据权利要求5所述高压直流系统换相失败的判别装置，其特征在于，所述计算单元还包括计算临界换相电压时间面积单元，用于通过下式求出临界换相电压时间面积：

A_cr＝2L_rI_d

式中，A_cr为临界换相电压时间面积，I_d为高压直流系统的直流电流运行额定值，L_r为每相等值换相电感。

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