CN105529721B - 用于抑制交流暂时过电压的特高压直流输电无功控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于抑制交流暂时过电压的特高压直流输电无功控制装置，包括依次连接的比较电路、调节电路以及选择电路；比较电路，用于比较特高压直流输电整流侧和逆变侧的交流母线电压，选择两者之中的最大值与参考电压作差并形成电压差值信号；调节电路，用于将电压差值信号转化为控制信号；选择电路，用于决定是否选通控制信号。本发明能够在直流单极线路故障时，避免交流系统容性无功过剩而出现过电压问题。
Description
技术领域
本发明涉及高压直流输电领域，具体涉及用于抑制交流暂时过电压的特高压直流输电无功控制装置。
背景技术
特高压直流工程运行期间，换流阀会消耗大量的无功，为了防止这些无功对电网产生影响，换流站内装设了大量的无功补偿设备，实现无功自平衡。而当单极线路出现故障后，直流控制保护的逻辑是将该极换流阀的触发角α移相至90°，但会有三次重启功能，只有重启不成功才将线路故障判定为永久性故障，从而闭锁该极。因此从直流线路出现故障到闭锁该极耗时约为1s，在此期间该极换流器因为触发角移相至90°，不会吸收无功，但是无功补偿装置只有在极闭锁后才会切除，因此导致直流近区交流系统出现容性无功过剩，从而出现过电压。当该过电压的幅值和持续时间超过了过电压保护的整定值（一般为1.2倍额定电压，延时0.5s），过电压保护会动作，闭锁直流。
发明内容
本发明的目的在于提供用于抑制交流暂时过电压的特高压直流输电无功控制装置，解决直流近区由于直流单极线路故障，导致交流系统容性无功过剩而出现过电压的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
用于抑制交流暂时过电压的特高压直流输电无功控制装置，包括依次连接的比较电路、调节电路以及选择电路；
比较电路，用于比较特高压直流输电整流侧和逆变侧的交流母线电压，选择两者之中的最大值与参考电压作差并形成电压差值信号；
调节电路，用于将电压差值信号转化为控制信号；
选择电路，用于决定是否选通控制信号。
进一步地，作为优选方案，所述比较电路包括第一选通器G1、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2以及第三运算放大器U3，所述第一运算放大器U1的输出端连接到第一选通器G1的选通端IN1，第一选通器G1的输出端D1连接到第三运算放大器U3的反相输入端，所述第二运算放大器U2的输出端同样连接到第三运算放大器U3的反相输入端，第二运算放大器U2和第三运算放大器U3的同相输入端均接地；
所述第一运算放大器U1的+VCC端与输出端之间连接有电阻R1，所述第二运算放大器U2的输出端与反相输入端之间连接有电阻R4，所述第三运算放大器U3的输出端与反相输入端之间连接有电阻R6。
进一步地，作为优选方案，所述调节电路包括第四运算放大器U4、第五运算放大器U5、第六运算放大器U6以及第七运算放大器U7，所述第四运算放大器U4的反相输入端与输出端之间连接有电阻R7，第四运算放大器U4的反相输入端与接地端之间连接有电阻R8，所述第五运算放大器U5的输出端连接到第六运算放大器U6的反相输入端，第五运算放大器U5的输出端与反相输入端之间连接有电容C1，第六运算放大器U6的输出端与反相输入端之间连接有电阻R11，所述第四运算放大器U4和第六运算放大器U6的输出端均连接到第七运算放大器U7的反相输入端，第七运算放大器U7的输出端与反相输入端之间连接有电阻R14，第五运算放大器U5、第六运算放大器U6以及第七运算放大器U7的同相输入端均接地。
进一步地，作为优选方案，还包括第八运算放大器U8，所述第八运算放大器U8的反相输入端连接到第七运算放大器U7的输出端，第八运算放大器U8的反相输入端与输出端之间连接有电阻R16，第八运算放大器U8的同相输入端接地。
进一步地，作为优选方案，所述选择电路包括第二选通器G4、非门电路G2和与门电路G3，所述非门电路G2的输出端连接到与门电路G3的其中一个输入端，所述与门电路G3的输出端连接到第二选通器G4的选通端IN1。
进一步地，作为优选方案，所述第一选通器G1和第二选通器G4的型号为ADG333。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明通过采用比较电路对特高压直流输电整流侧和逆变侧的电压值进行比较，将更大的电压值输出并与参考值比较，形成电压差值，然后通过调节电路将电压差值信号转化为控制信号，将该控制信号输入到选择电路中，当遇到线路故障导致外送功率受阻，或者换流站交流母线电压有效值超过启动电压，并持续一定时间（1s左右）时，则选择电路选通控制信号，改变特高压直流输电系统的关断角，增加整流侧和逆变侧的无功消耗，平衡容性无功，抑制过电压，避免出现过电压保护误动。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的比较电路的结构示意图；
图3为本发明的调节电路的结构示意图；
图4为本发明的选择电路的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1所示，本发明所述的用于抑制交流暂时过电压的特高压直流输电无功控制装置，包括依次连接的比较电路、调节电路以及选择电路；
比较电路，用于比较特高压直流输电整流侧和逆变侧的交流母线电压，选择两者之中的最大值与参考电压作差并形成电压差值信号；
调节电路，用于将电压差值信号转化为控制信号；
选择电路，用于决定是否选通控制信号。
在本实施例中，通过比较电路，将特高压直流输电整流侧和逆变侧中交流母线电压值更大的一个挑选出来，并与参考值比较，得到差值电压信号；然后差值电压信号在调节电路的作用下，被转化成控制信号；最后在选择电路的作用下，根据线路故障，决定是否选通控制信号，若选通，则可通过该控制信号来使特高压直流控制保护系统发出指令，改变特高压直流输电系统的关断角，增加整流侧和逆变侧的无功消耗，避免出现过电压，若不选通，则特高压直流输电系统按原状态运行。
如图2所示，本实施例对比较电路做了如下设计：比较电路包括第一选通器G1、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2以及第三运算放大器U3，第一运算放大器U1的输出端连接到第一选通器G1的选通端IN1，第一选通器G1的输出端D1连接到第三运算放大器U3的反相输入端，第二运算放大器U2的输出端同样连接到第三运算放大器U3的反相输入端，第二运算放大器U2和第三运算放大器U3的同相输入端均接地，第一选通器G1可选用ADG333。
本实施例在第一运算放大器U1的+VCC端与输出端之间连接有电阻R1，第二运算放大器U2的输出端与反相输入端之间连接有电阻R4，第三运算放大器U3的输出端与反相输入端之间连接有电阻R6。
比较输出的原理如下：首先，定义特高压直流输电整流侧和逆变侧中交流母线电压信号分别为信号SIG_A、信号SIG_B，信号SIG_A、信号SIG_B分别输入到ADG333的两个信号输入端S1A、S1B，同时，信号SIG_A、信号SIG_B分别输入到第一运算放大器U1的两个输入端，并在第一运算放大器U1完成比较，当信号SIG_A的电压值大于信号SIG_B的电压值时，第一运算放大器U1输出高电平至ADG333的选通端IN1，ADG333的输出端D1输出信号SIG_A；当信号SIG_A的电压值小于信号SIG_B的电压值时，第一运算放大器U1输出低电平至ADG333的选通端IN1，ADG333的输出端D1输出信号SIG_B；另一方面，ADG333的输出端D1输出的信号与参考信号Uref作差，得到的差值电压信号从第三运算放大器U3输出。
如图3所示，本实施例对调节电路进行了如下设计：调节电路包括第四运算放大器U4、第五运算放大器U5、第六运算放大器U6以及第七运算放大器U7，第四运算放大器U4的反相输入端与输出端之间连接有电阻R7，第四运算放大器U4的反相输入端与接地端之间连接有电阻R8，第五运算放大器U5的输出端连接到第六运算放大器U6的反相输入端，第五运算放大器U5的输出端与反相输入端之间连接有电容C1，第六运算放大器U6的输出端与反相输入端之间连接有电阻R11，第四运算放大器U4和第六运算放大器U6的输出端均连接到第七运算放大器U7的反相输入端，第七运算放大器U7的输出端与反相输入端之间连接有电阻R14，第五运算放大器U5、第六运算放大器U6以及第七运算放大器U7的同相输入端均接地。
具体地，第四运算放大器U4用作比例调节，用以减少偏差，而第五运算放大器U5和第六运算放大器U6用作积分调节，差值电压信号分两路分别进入比例调节和积分调节，经过比例调节、积分调节后的信号共同输入到第七运算放大器U7的反相输入端，从第七运算放大器U7的输出端输出控制信号，完成由差值电压信号到控制信号的转化。
为了能够更好地确保直流系统的正常运行，本实施例还进行了如下设计，增加了第八运算放大器U8，第八运算放大器U8的反相输入端连接到第七运算放大器U7的输出端，第八运算放大器U8的反相输入端与输出端之间连接有电阻R16，第八运算放大器U8的同相输入端接地，第八运算放大器U8对控制信号起到了很好地限幅作用。
如图4所示，为了更好地实现发明目的，本实施例对选择电路进行了如下设计：选择电路包括第二选通器G4、非门电路和与门电路，第二选通器G4也可采用ADG333，在本选择电路中，ADG333的信号输入端S1A接调节电路输出的控制信号，信号输入端S1B接地，非门电路的输出端连接到与门电路的其中一个输入端，与门电路的输出端连接到第二选通器G4的选通端IN1。
定义两个信号，分别是信号LIM和信号ESOF，其中信号LIM为控制器受限信号，取自于直流控制保护系统，当直流工程某一极因故障等原因出现外送功率受阻时，该极的LIM信号将会置1，其余情况LIM信号输出为0；信号ESOF为紧急停运信号，也取自于直流控制保护系统，当直流工程某一极因故障等原因出现紧急闭锁时，该极的ESOF信号将会置1，其余情况ESOF信号输出为0。信号ESOF接非门电路的信号输入端，信号LIM接与门电路的其中一个输入端。
定义直流工程的两极，分别是故障极和健全极，故障极指的是直流工程中因故障等原因出现外送功率受阻的一极，健全极指的是正常运行的一极。
当直流工程的其中一极因故障等原因出现外送功率受阻，且该极尚未闭锁，此时，该极的LIM信号置1，而ESOF信号则为0，第二选通器G4的选通端输入高电平，第二选通器G4的输出端D1输出第二选通器G4的输入端S1A输入的信号，该信号为直流工程的另一极（健全极）通过比较、调节之后得到的控制信号，通过该控制信号来增大关断角，从而增大无功消耗，抑制过电压。当直流工程的两极均正常工作时，第二选通器G4未被选通，输出低电平，特高压直流输电系统按原状态正常运行。
本发明主要针对特高压直流工程单极外送功率受阻引发送端弱交流电网过电压现象开展研究，因此需要接收故障极外送功率受阻信号以及闭锁信号作为控制器启动的条件。利用上述两个信号，可以得到过电压抑制环节投入条件为：
直流工程的一极由于线路故障等原因出现外送功率受阻，但该极尚未闭锁，此时，该极的LIM信号置1，而ESOF信号则为0。
而过电压抑制环节退出的条件为：
1）故障极重启成功或故障消除，恢复正常功率外送，此时LIM=0，过电压抑制环节退出。
2）故障极因重启失败而闭锁，此时ESOF信号置1，过电压抑制环节退出，从而保证直流输电无功控制正常退出滤波器组。
本发明利用电压值作为比较环节，通过选通器进行暂态过程的判断，对控制环节是否启动提出了判据，对直流单极异常运行期间，出现的持续时间在500ms~1.5s之间暂态过电压情况起到了很好的抑制作用，防止过电压保护误动，有利于整个输电系统的稳定运行。
以上未提到的电阻R2、电阻R3、电阻R5、电阻R9、电阻R10、电阻R13、电阻R15等分别连接在各自运算放大器的输入端，对运算放大器起到保护作用，在本实施例中未作过多的介绍，这对本领域技术人员来说，这些电阻的使用是公知常识。另外还需要说明的是，本实施例对各个元器件的型号或参数没有特殊要求，比如，运算放大器、电阻等无需某种特有的型号或者固定的阻值才能实现，通过本说明书的介绍，本领域技术人员能够根据本发明提供的电路结构，针对元器件选用合适的型号或参数来实现本申请的发明目的。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.用于抑制交流暂时过电压的特高压直流输电无功控制装置，其特征在于：包括依次连接的比较电路、调节电路以及选择电路；
比较电路，用于比较特高压直流输电整流侧和逆变侧的交流母线电压，选择两者之中的最大值与参考电压作差并形成电压差值信号；
调节电路，用于将电压差值信号转化为控制信号；
选择电路，用于决定是否选通控制信号；
所述选择电路包括第二选通器G4、输入端用于与直流控制保护系统相连的非门电路G2和与门电路G3，所述非门电路G2的输出端连接到与门电路G3的其中一个输入端，所述与门电路G3的输出端连接到第二选通器G4的选通端IN1且与门电路G3的另一输入端用于与直流控制保护系统相连。
2.根据权利要求1所述的用于抑制交流暂时过电压的特高压直流输电无功控制装置，其特征在于：所述比较电路包括第一选通器G1、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2以及第三运算放大器U3，所述第一运算放大器U1的输出端连接到第一选通器G1的选通端IN1，第一选通器G1的输出端D1连接到第三运算放大器U3的反相输入端，所述第二运算放大器U2的输出端同样连接到第三运算放大器U3的反相输入端，第二运算放大器U2和第三运算放大器U3的同相输入端均接地，所述第一运算放大器U1的两输入端分别连接在第一选通器G1的SIA端和SIB端；
所述第一运算放大器U1的+VCC端与输出端之间连接有电阻R1，所述第二运算放大器U2的输出端与反相输入端之间连接有电阻R4，所述第三运算放大器U3的输出端与反相输入端之间连接有电阻R6。
3.根据权利要求1所述的用于抑制交流暂时过电压的特高压直流输电无功控制装置，其特征在于：所述调节电路包括第四运算放大器U4、第五运算放大器U5、第六运算放大器U6以及第七运算放大器U7，所述第四运算放大器U4的反相输入端与输出端之间连接有电阻R7，第四运算放大器U4的反相输入端与接地端之间连接有电阻R8，所述第五运算放大器U5的输出端连接到第六运算放大器U6的反相输入端，第五运算放大器U5的输出端与反相输入端之间连接有电容C1，第六运算放大器U6的输出端与反相输入端之间连接有电阻R11，所述第四运算放大器U4和第六运算放大器U6的输出端均连接到第七运算放大器U7的反相输入端，第七运算放大器U7的输出端与反相输入端之间连接有电阻R14，第五运算放大器U5、第六运算放大器U6以及第七运算放大器U7的同相输入端均接地；所述第四运算放大器U4的正相输入端、第五运算放大器U5的反相输入端均连接在比较电路的输出端上。
4.根据权利要求3所述的用于抑制交流暂时过电压的特高压直流输电无功控制装置，其特征在于：还包括第八运算放大器U8，所述第八运算放大器U8的反相输入端连接到第七运算放大器U7的输出端，第八运算放大器U8的反相输入端与输出端之间连接有电阻R16，第八运算放大器U8的同相输入端接地且输出端与选择电路相连。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |