CN105375504A - 一种换流阀熄弧角预测控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种换流阀熄弧角预测控制方法，包括下述步骤：(1)监测晶闸管的电压应力和电流应力，并确定换流阀的换相角和晶闸管关断时的电流变化率；(2)确定换流阀内晶闸管通态损耗、总损耗和晶闸管结温；(3)确定晶闸管安全换相所需的最小熄弧角，与下一个触发脉冲产生的实际熄弧角进行比较，判断是否安全换相。该方法降低换相失败发生机率，提高高压直流输电工程的能源利用率，提高高压直流输电工程乃至整个交直流系统的可靠性和稳定性。

Description

一种换流阀熄弧角预测控制方法

技术领域

本发明涉及一种换流阀的控制方法，具体讲涉及一种换流阀熄弧角预测控制方法。

背景技术

对于常规直流输电工程，在运行中刚退出导通的换流阀没有恢复阻断能力；或者换相过程一直未能进行完毕；当阀电压转变为正向时，预定导通的阀都向原来预定退出导通的阀倒换相，该现象被称为换相失败。

导致换相失败最主要的原因是换流阀内晶闸管安全换相所需的最小熄弧角小于实际熄弧角。实际熄弧角和最小熄弧角都是变量。实际熄弧角由运行工况和直流输电控制系统控制策略决定。而安全换相所需最小熄弧角则主要受交流电压幅值、阀内电压分布、晶闸管特征参数、晶闸管结温等的影响。

通过实时监测电压、电流幅值大小的变化，在线计算换流阀实际熄弧角与安全换相熄弧角，从而对是否可能会发生换相失败进行较为准确的预测控制，为主动防御换相失败的触发角控制提供判断依据。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种换流阀熄弧角预测控制方法，该方法降低换相失败发生机率，提高高压直流输电工程的能源利用率，提高高压直流输电工程乃至整个交直流系统的可靠性和稳定性。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种换流阀熄弧角预测控制方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

(1)监测晶闸管的电压应力和电流应力，并确定换流阀的换相角和晶闸管关断时的电流变化率；

(2)确定换流阀内晶闸管通态损耗、总损耗和晶闸管结温；

(3)确定晶闸管安全换相所需的最小熄弧角，与下一个触发脉冲产生的实际熄弧角进行比较，判断是否安全换相。

进一步地，所述步骤(1)中，换流阀的换相角μ和晶闸管关断时的电流变化率用下述表达式表示：

$\mathrm{\μ}=\mathrm{arc}\cos (\cos \mathrm{\γ}-\frac{{2I}_d{X}_c}{\sqrt{2}{V}_v})-\mathrm{\γ}---1);$

$\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}{|}_{\mathrm{off}}=\frac{\sqrt{2}{U}_v\×\sin \mathrm{\γ}}{{2L}_s}---2);$

其中：I_d为直流电流、X_c为换相电抗、V_v为阀侧线电压、γ为熄弧角、L_s为换相电感。

进一步地，所述步骤(2)中，晶闸管通态损耗、总损耗和晶闸管结温分别用下述表达式表示：

$P_{\mathrm{on}}=\frac{I_d}{3}[U_T+R_T{I}_d\left(\frac{2\mathrm{\π}-\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\π}}\right)]---3);$

其中，U_T为晶闸管门槛电压，R_T为晶闸管斜率电阻；μ为换流阀的换相角；

总损耗：

P_T＝p_on+p_ad4)；

其中，p_on和p_ad分别为晶闸管开通损耗和关断损耗；

晶闸管结温：

T_j＝T_in+P_T×R_th5)；

其中：T_in为冷却系统入口水温，R_th为晶闸管到冷却液的热阻。

进一步地，所述步骤(3)中，获得晶闸管结温，进一步获得晶闸管实际存储电荷和所需的最小关断时间，分别用下述表达式表示：

$Q_{\mathrm{rr}}=\frac{Q_{\mathrm{rrav}}}{1.814}\·e^{\frac{T_j}{100}}{\left(\frac{\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}{|}_{\mathrm{off}}}{{10}^6}\right)}^{0.65}---6);$

$t_{\mathrm{qs}}={500e}^{\frac{Q_{\mathrm{rr}}-5000}{5000}}---7);$

其中：Q_rrav为基准反向恢复电荷、T_j为晶闸管的结温，为晶闸管关断时的电流变化率；

若实际运行过程中的晶闸管实际存储电荷Q_rr及所需的最小关断时间t_qs超过固定的限值，则判定换流阀的熄弧角超过系统给定的熄弧角，即将发生换相失败，由阀基电子设备向控制保护系统提出熄弧角控制命令。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

本发明提供的换流阀熄弧角预测控制方法，可降低换相失败发生机率、有效减少由换相失败带来的直流闭锁和设备损坏，提高高压直流输电工程的能源利用率，提高高压直流输电工程乃至整个交直流系统的可靠性和稳定性。

附图说明

图1是本发明提供的换流阀熄弧角预测控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提供的换流阀熄弧角预测控制方法的流程图如图1所示，对晶闸管的电压、电流应力进行监测，从而计算获得包括晶闸管结温在内的状态参数，并计算晶闸管安全换相所需的最小熄弧角，与下一个触发脉冲产生的实际熄弧角进行比较，判断是否能安全换相。具体包括下述步骤：

(1)监测晶闸管的电压应力和电流应力，并确定换流阀的换相角和晶闸管关断时的电流变化率；

换流阀的换相角μ和晶闸管关断时的电流变化率用下述表达式表示：

$\mathrm{\μ}=\mathrm{arc}\cos (\cos \mathrm{\γ}-\frac{{2I}_d{X}_c}{\sqrt{2}{V}_v})-\mathrm{\γ}---1);$

$\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}{|}_{\mathrm{off}}=\frac{\sqrt{2}{U}_v\×\sin \mathrm{\γ}}{{2L}_s}---2);$

其中：I_d为直流电流、X_c为换相电抗、V_v为阀侧线电压、γ为熄弧角、L_s为换相电感。

(2)确定换流阀内晶闸管通态损耗、总损耗和晶闸管结温；

晶闸管通态损耗、总损耗和晶闸管结温分别用下述表达式表示：

$P_{\mathrm{on}}=\frac{I_d}{3}[U_T+R_T{I}_d\left(\frac{2\mathrm{\π}-\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\π}}\right)]---3);$

其中，U_T为晶闸管门槛电压，R_T为晶闸管斜率电阻；μ为换流阀的换相角；

总损耗：

P_T＝p_on+p_ad4)；

其中，p_on和p_ad分别为晶闸管开通损耗和关断损耗；

晶闸管结温：

T_j＝T_in+P_T×R_th5)；

其中：T_in为冷却系统入口水温，R_th为晶闸管到冷却液的热阻。

(3)确定晶闸管安全换相所需的最小熄弧角，与下一个触发脉冲产生的实际熄弧角进行比较，判断是否安全换相：

获得晶闸管结温，进一步获得晶闸管实际存储电荷Q_rr及所需的最小关断时间t_qs，分别用下述表达式表示：

$Q_{\mathrm{rr}}=\frac{Q_{\mathrm{rrav}}}{1.814}\·e^{\frac{T_j}{100}}{\left(\frac{\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}{|}_{\mathrm{off}}}{{10}^6}\right)}^{0.65}---6);$

$t_{\mathrm{qs}}={500e}^{\frac{Q_{\mathrm{rr}}-5000}{5000}}---7);$

其中：Q_rrav为基准反向恢复电荷、T_j为晶闸管的结温，为晶闸管关断时的电流变化率。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种换流阀熄弧角预测控制方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

(1)监测晶闸管的电压应力和电流应力，并确定换流阀的换相角和晶闸管关断时的电流变化率；

(2)确定换流阀内晶闸管通态损耗、总损耗和晶闸管结温；

(3)确定晶闸管安全换相所需的最小熄弧角，与下一个触发脉冲产生的实际熄弧角进行比较，判断是否安全换相。

2.如权利要求1所述的换流阀熄弧角预测控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，换流阀的换相角μ和晶闸管关断时的电流变化率用下述表达式表示：

$\mathrm{\μ}=\mathrm{arc}\cos (\cos \mathrm{\γ}-\frac{{2I}_d{X}_c}{\sqrt{2}{V}_v})-\mathrm{\γ}---1);$

$\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}{|}_{\mathrm{off}}=\frac{\sqrt{2}{U}_v\×\sin \mathrm{\γ}}{{2L}_s}---2);$

其中：I_d为直流电流、X_c为换相电抗、V_v为阀侧线电压、γ为熄弧角、L_s为换相电感。

3.如权利要求1所述的换流阀熄弧角预测控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，晶闸管通态损耗、总损耗和晶闸管结温分别用下述表达式表示：

$P_{\mathrm{on}}=\frac{I_d}{3}[U_T+R_T{I}_d\left(\frac{2\mathrm{\π}-\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\π}}\right)]---3);$

其中，U_T为晶闸管门槛电压，R_T为晶闸管斜率电阻；μ为换流阀的换相角；

总损耗：

P_T＝p_on+p_ad4)；

其中，p_on和p_ad分别为晶闸管开通损耗和关断损耗；

晶闸管结温：

T_j＝T_in+P_T×R_th5)；

其中：T_in为冷却系统入口水温，R_th为晶闸管到冷却液的热阻。

4.如权利要求1所述的换流阀熄弧角预测控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，获得晶闸管结温，进一步获得晶闸管实际存储电荷和所需的最小关断时间，分别用下述表达式表示：

$Q_{\mathrm{rr}}=\frac{Q_{\mathrm{rrav}}}{1.814}\·e^{\frac{T_j}{100}}{\left(\frac{\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}{|}_{\mathrm{off}}}{{10}^6}\right)}^{0.65}---6);$

$t_{\mathrm{qs}}={500e}^{\frac{Q_{\mathrm{rr}}-5000}{5000}}---7);$

其中：Q_rrav为基准反向恢复电荷、T_j为晶闸管的结温，为晶闸管关断时的电流变化率；

若实际运行过程中的晶闸管实际存储电荷Q_rr及所需的最小关断时间t_qs超过固定的限值，则判定换流阀的熄弧角超过系统给定的熄弧角，即将发生换相失败，由阀基电子设备向控制保护系统提出熄弧角控制命令。