CN103078312A - 一种基于直流电流预测控制的换相失败抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于直流电流预测控制的换相失败抑制方法，包括如下步骤：输入逆变侧直流电流I_{d_inv}以及交流母线三相瞬时电压u_a、u_b和u_c；换相失败预测控制模块对当前交直流系统运行状态予以检测判断是否可能发生逆变器换相失败；换相失败预测控制模块预测输出逆变器触发延迟角变化值Δ_{αinv_PREV}；对换相失败预测控制模块的判断信号予以检测，若可能发生换相失败，则对直流电流整定值进行预测，得到预测值I_{d_PREV}，否则直流电流为正常整定值I_{d_NOR}；将I_{d_PREV}与Δα_{inv_PREV}输出至整流器和逆变器控制系统，用于抑制换相失败的发生。本发明降低了直流输电系统换相失败发生几率。

Description

一种基于直流电流预测控制的换相失败抑制方法

技术领域

本发明属于电力系统运行和控制技术领域，具体涉及一种基于直流电流预测控制的换相失败抑制方法。

背景技术

直流输电具有输送容量大、损耗小、功率调节迅速灵活、非同步联络能力强等优点，使其在大区域电网互联、远距离大容量输电等方面应用广泛。随着我国电网建设水平的不断提升，直流输电工程已成为优化电网资源配置、协调区域经济发展的重要技术手段。换相失败作为高压直流输电系统中常见的典型系统故障，会引起直流电压下降和直流电流短时增大等；连续的换相失败容易引起直流系统降额运行，甚至造成阀组闭锁或极闭锁，不利于系统运行。直流输电系统中换相失败主要发生于逆变器中，现行的换相失败预测控制技术以增大触发超前角β或关断角γ的整定值来减小其发生几率。

据工作于逆变方式换流器的触发延迟角范围约束，若换相电压下降较为严重时，最大的触发延迟角提前也可能难以保证逆变器成功换相；此外，较多的换相角增加，也可能使关断角受到下一换相失败过程影响而变小，导致换相失败，仅通过减小触发延迟角α增大换相角μ来抑制逆变器换相失败有其固有局限性。

发明内容

发明目的：针对上述现有逆变器换相失败预测控制技术的固有局限性，本发明的目的是提供一种基于直流电流预测控制的换相失败抑制方法。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种基于直流电流预测控制的换相失败抑制方法，包括如下步骤：

(1)输入逆变侧直流电流l_{d_inv}以及交流母线三相瞬时电压u_a、u_b和u_c；

(2)换相失败预测控制模块(commutation failure prevention，CFPREV)对当前交直流系统运行状态予以检测判断是否可能发生逆变器换相失败；

(3)换相失败预测控制模块预测输出逆变器触发延迟角变化值Δ_{αinv_PREV}；

(4)对换相失败预测控制模块的判断信号予以检测，若可能发生换相失败，则对直流电流整定值进行预测，得到预测值I_{d_PREV}，否则直流电流为正常整定值I_{d_NOR}；

(5)将I_{d_PREV}与Δα_{inv_PREV}输出至整流器和逆变器控制系统，用于抑制换相失败的发生。

有益效果：据换相失败机理的分析，系统故障造成直流电流增大、交流系统母线电压下降时，正确合理的直流电流预测控制则可增强控制系统对换相过程的控制，以尽量满足故障条件下逆变器成功换相的必要条件，降低其换相失败发生几率。目前，直流电流预测控制抑制换相失败的方法尚未见文献报道。本发明提出的直流电流预测控制抑制换相失败方法，在现有换相失败预测控制及直流输电系统极控制系统的基础上，通过CFPREV的换相失败预测控制信号，判别是否启动直流电流预测整定系统，进而比较其与原极控系统直流电流整定值的比较选择，进而通过极控系统控制，为直流输电系统换相失败的预测控制措施研究奠定了基础。本发明具有如下优势，一方面直流电流预测控制抑制换相失败方法对换相失败预测控制策略进一步补充完善；另一方面，在切实可行的换相失败预测控制模块的基础上予以完善的同时，进一步降低直流输电系统换相失败发生几率，有利于系统的安全稳定运行。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为含直流电流换相失败预测控制的极控系统结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：

直流输电系统换相失败(主要为逆变器换相失败)严重威胁着直流输电系统的安全稳定运行，对其预测控制技术也已有多方面的研究，换相失败预测控制模块较好地解决了增大换相角抑制换相失败和系统经济运行的矛盾，其基本思想是：当检测到交流系统故障可能引发换相失败时，在逆变侧触发延迟角中减去一定角度，实现提前触发。然而据相关文献分析可知，仅通过减小触发延迟角、增大换相角来抑制逆变器换相失败有其固有局限性。据换相失败机理的进一步分析，正确合理的直流电流预测控制则可增强控制系统对换相过程的控制，以尽量满足故障条件下逆变器成功换相的必要条件，当检测到可能发生换相失败时，启动直流电流预测整定系统，用以进一步降低直流系统换相失败的发生几率。

本发明方法如图2所示，属于极控系统主要有整流侧和逆变侧的低压限流(voltage dependent current order limit，VDCOL)控制，以及逆变侧的电流偏差控制(current error controller，CEC)。直流控制器正常运行方式为整流侧定电流控制，逆变侧定电压控制；其整流侧由定最小触发角、定电流、低压限流及定最小直流电流构成；逆变侧由定最小熄弧角、定电压、定电流、低压限流及定最小直流电流控制构成。直流电压控制器、直流电流控制器用PI控制器实现，定熄弧角控制采用闭环控制方式。

如图1所示，对于逆变侧交流系统故障情况下影响逆变器换相过程的特征量分析，采用逆变侧直流电流I_{d_inv}、交流母线三相瞬时电压u_a、u_b、u_c输入并予以检测分析：换相失败预测控制模块，对三相瞬时电压进行零序分量检测及abc-αβ变换，并计算u_β=(2u_a-u_b-u_c)/3，

U_z=|u_a+u_b+u_c|；进而通过CFPREV原有的换相失败预测控制逻辑判断是否可能发生换相失败，预测输出逆变器触发延迟角变化值Δα_{inv_PREV}。

直流电流预测控制结构如图2虚线框处所示，对CFPREV的判断信号予以检测，若可能发生换相失败，则对直流电流整定值进行预测I_{d_PREV}，否则直流电流为正常整定值I_{d_NOR}。在此通过整定值的控制实现利于逆变器成功换相的直流电流变化；I_{d_PREV}与低压限流单元输出值相比较，选择较小值用以作为直流电流控制指令I_{do_rec}，通过该指令与整流侧直流电流I_{d_rec}的误差信号及PI控制器作用，调整整流器的触发角大小，以实现直流电流的预测整定控制。

逆变侧极控系统通过直流电流及电流偏差控制、定熄弧角控制分别产生逆变器参考运行的关断角β_{inv_I}、β_{inv_γ}，并取其中的较大值来计算逆变器触发延迟角的常规触发信号(π-max(β_{inv_I}，β_{inv_γ}))；对于换相失败预测控制模块输出的Δα_{inv_PREV}，在逆变器常规触发信号输出单元中减去该值，并通过逆变器触发角的范围约束对差值加以限制，其输出值若比常规触发单元输出的触发指令值小，则作为逆变器触发延迟角信号，否则仍取常规触发单元触发指令。以此对原整流器和逆变器控制系统(直流输电系统极控制层)做了改进，进一步用于抑制换相失败的发生。

Claims (1)

1.一种基于直流电流预测控制的换相失败抑制方法，包括如下步骤：

(1)输入逆变侧直流电流I_{d_inv}以及交流母线三相瞬时电压u_a、u_b和u_c；

(2)换相失败预测控制模块对当前交直流系统运行状态予以检测判断是否可能发生逆变器换相失败；

(3)换相失败预测控制模块预测输出逆变器触发延迟角变化值Δα_{inv_PREV}；

(4)对换相失败预测控制模块的判断信号予以检测，若可能发生换相失败，则对直流电流整定值进行预测，得到预测值I_{d_PREV}，否则直流电流为正常整定值I_{d_NOR}；

(5)将I_{d_PREV}与Δα_{inv_PREV}输出至整流器和逆变器控制系统，用于抑制换相失败的发生。

Images