CN105870908A - 一种直流线路故障重启动期间抑制换相失败的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流线路故障重启动期间抑制换相失败的方法及装置，该方法包括：在无直流线路故障发生的情况下，直流系统控制器按照正常参数运行；监测到发生直流线路故障后，将故障极整流站电流控制器切换到慢速控制段参数；同时增强非故障极逆变站关断角控制器抵御换相失败能力；直流线路重启动成功后，各直流系统控制器恢复故障前的参数运行。该方法通过对故障极和非故障极控制器的调节，达到故障极的平稳重启动和抵御非故障极换相失败的目的。

Description

一种直流线路故障重启动期间抑制换相失败的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种特高压直流工程的方法及装置，具体讲一种直流线路故障重启动期间抑制换相失败的方法及装置。

背景技术

换相失败是采用晶闸管作换流阀元件的直流系统的常见的一种故障，而当前的特高压直流工程一般都采用晶闸管元件作为基本的阀单元。为了抑制阀臂及直流母线短路时的故障电流以避免损坏换流阀的晶闸管元件，换流变压器应有足够大的短路阻抗。通常情况下常规直流工程大容量换流变压器短路阻抗百分数为12％～18％。±800kV特高压直流工程由于电压等级更高、额定运行电流更大，对应的短路电流也高于常规直流工程，其换流变短路阻抗可达22％。而±1100kV特高压直流工程的短路电流在±800kV基础上进一步提高，对应的换流变短路阻抗继续增大，可达24％，再考虑直流电压等级和直流功率容量的提高，使得±1100kV特高压直流工程换相失败问题更加突出。

研究发现对于±1100kV特高压直流工程在一极直流线路发生故障后若应用通用的特高压直流控制策略无法抵御故障极重新启动造成的冲击引发的另外一极换相失败，该换相失败反过来又会影响直流线路故障极的重新启动过程，进而导致双极连续换相失败和双极闭锁。而直流线路故障是直流工程发生概率最高的故障，且以瞬时故障为主，通常情况下瞬时故障后故障极通过重新启动200ms以内即可恢复直流功率。若在重启动过程中发生换相失败将严重影响直流功率恢复过程甚至造成双极直流功率损失和交流系统切机/切负荷。±1100kV特高压直流工程直流额定功率超过10000MW，如果发生直流双极闭锁将严重威胁交流电网的安全稳定运行。

在直流线路故障重启动期间，现有的重启动策略仅仅释放整流站移相命令，使得故障极整流站电流控制器能够正常发挥作用，将直流电流快速恢复到故障前的状态，对于非故障极并不增加特殊的控制手段。

综上，±1100kV特高压直流工程相对于常规直流工程和±800kV特高压直流工程其额定运行电压、直流功率以及逆变站换流变短路阻抗都有不同程度增大，直流电流换相时间也相对加长。所以适用于常规直流工程和±800kV特高压直流工程的直流线路故障重启动策略不一定适用于±1100kV特高压直流工程。研究发现，按照通用的直流线路障重启动策略，±1100kV特高压直流工程在额定负荷运行工况下发生直流线路瞬时故障后，在故障极重新启动期间非故障极发生换相失败，该换相失败又导致重启动极的换相失败，最终引发双极闭锁,试验波形如图1所示，试验中极I为直流线路故障发生极，波形从上到下分别是极I线路直流电压，极II线路直流电压，极I整流站触发角，极I逆变站关断角，极II逆变站关断角。

图1可以看出，当极I直流线路发生瞬时故障后极I直流系统移相并重新起启动(如图1(c)T1时刻到T2时刻间的极I整流站触发角，该角度移相到164°维持150ms后开始下降)，在极I重新启动期间极II发生了换相失败(见T2时刻图1(b)极II逆变站关断角和图1(e)极II直流电压，角度和直流电压都降低到0)，并且极II的换相失败又导致极I的换相失败(见T3时刻图1(d)极I逆变站关断角和图1(a)极I直流电压，角度和直流电压都降低到0)。由于直流系统无法稳定运行，换相失败保护随后闭锁直流双极，直流功率损失10450MW。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种适用于±1100kV特高压直流工程直流线路故障重启动期间抑制换相失败的方法及装置，可以有效抵御直流重启动引发的对极换相失败问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明一种直流线路故障重启动期间抑制换相失败的方法，其改进之处在于，所述方法用于±1100kV特高压直流工程中，包括下述步骤：

在无直流线路故障发生的情况下，直流系统控制器按照正常参数运行；

直流控制保护系统监测到发生直流线路故障后，将故障极整流站电流控制器切换到慢速控制段参数；

同时增强非故障极逆变站关断角控制器抵御换相失败能力；

直流线路重启动成功后，整流站电流控制器和逆变站关断角控制器恢复故障前的参数运行。

其中，在无直流线路故障发生的情况下，整流站电流控制器和逆变站关断角控制器按照正常参数运行，包括：

整流站电流控制器参数选择逻辑选择输入正常的控制器参数控制直流电流；逆变站关断角控制器参数选择输入17°关断角指令进行控制。

其中，所述将故障极整流站电流控制器切换到慢速控制段参数，包括：

故障极整流站按照正常时序的移相、去游离和重启动，同时将其电流控制器切换到慢速控制段参数。

其中，所述增强非故障极逆变站关断角控制器抵御换相失败能力，包括：增大非故障极逆变站关断角控制器的关断角指令值，即按照大于17°关断角指令进行控制，以增强抵御换相失败的能力；

所述指令值针对具体的±1100kV特高压直流工程参数通过仿真计算确定，指令值数值范围大于17°。

本发明还提供一种直流线路故障重启动期间抑制换相失败的装置，其改进之处在于，所述装置包括：

直流线路故障监测模块：用于监测直流线路是否发生故障，并根据直流线路故障情况调整整流站电流控制器和逆变站关断角控制器参数；

整流站电流控制器：直流线路故障期间直流控制保护系统将故障极整流站电流控制器切换到慢速控制段参数，直流系统从线路故障恢复之后，恢复故障极整流站电流控制器参数；

逆变站关断角控制器：直流线路故障期间直流控制保护系统增大非故障极逆变站关断角控制器的关断角指令值，直流系统从线路故障恢复之后，恢复非故障极逆变站关断角控制器关断角指令值。

其中，当直流线路故障监测模块监测无直流线路故障发生的情况下，直流系统控制器按照正常参数运行；当直流线路故障监测模块监测到发生直流线路故障后，将故障极整流站电流控制器切换到慢速控制段参数；同时增强非故障极逆变站关断角控制器抵御换相失败能力；直流系统从线路故障恢复之后，恢复故障极整流站电流控制器和非故障极逆变站关断角控制器参数。

其中，所述将故障极整流站电流控制器切换到慢速控制段参数，包括：

故障极整流站按照正常时序移相、去游离和重启动，同时将其电流控制器切换到慢速控制段参数；

其中，所述增强非故障极逆变站关断角控制器抵御换相失败能力，包括：增大非故障极逆变站关断角控制器的关断角指令值，即在正常的17°关断角指令基础上叠加一增量作为新的关断角指令。

其中，直流系统从线路故障恢复之后，故障极整流站电流控制器和非故障极逆变站关断角控制器参数恢复到修改之前的定值。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

±1100kV特高压直流工程换流变短路阻抗比常规直流工程和±800kV特高压直流工程大，可达24％，再考虑直流电压等级和直流功率容量的提高，使得±1100kV特高压直流工程换相失败问题更加突出。对于直流线路接地故障，通用的直流重启动策略不足之处在于：

(1)过于追求故障恢复速度导致故障极直流控制器重启动速度过快，对非故障极的正常运行造成较大的冲击，容易引发非故障极换相失败；

(2)故障极重启动过程中非故障极没有增加抵御换相失败的特殊策略，扰动时换相失败概率增大。图1的仿真算例验证了通用的直流线路故障重启动策略会导致非故障极换相失败。

针对以上不足，本发明提出的一种适用于±1100kV特高压直流工程直流线路故障重启动期间抑制换相失败的方法，做出了如下改进：

(1)在直流线路故障时故障极整流站电流控制器切换到慢速段，使得故障极的重启动对非故障极造成的扰动尽可能小；

(2)直流线路故障期间增大非故障极逆变站关断角控制器关断角指令，增强其抗扰动能力和抵御换相失败能力。

(3)直流线路故障极重启动成功后将故障极整流站电流控制器和非故障极逆变站关断角控制器恢复故障前的状态运行。按照本发明策略进行直流线路故障重启动控制，双极直流功率都可以较平稳的恢复故障前的状态。本发明对改善直流线路故障情况下的直流系统运行特性有显著效果。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有技术直流通用重启动策略下±1100kV特高压直流工程直流线路故障重启动波形图；其中：(a)为极I直流线路电压波形图；(b)为极II直流线路电压波形图；(c)为极I整流站触发角变化波形图；(d)为极I逆变站关断角变化波形图；(e)为极II逆变站关断角变化波形图；

图2是本发明实施例中±1100kV特高压直流工程直流线路故障重启动波形图；其中：(a)为极I直流线路电压波形图；(b)为极II直流线路电压波形图；(c)为极I整流站触发角变化波形图；(d)为极I逆变站关断角变化波形图；(e)为极II逆变站关断角变化波形图；

图3是本发明实施例中基于本发明的±1100kV特高压直流工程直流线路故障重启动流程图；

图4是本发明实施例中基于本发明的±1100kV特高压直流工程直流线路故障重启动逻辑图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

为了解决直流重启动引发的对极换相失败问题，本发明实施例提供一种适用于±1100kV特高压直流工程直流线路故障重启动期间抑制换相失败的方法，通过对故障极和非故障极控制器的调节，达到故障极的平稳重启动和抵御非故障极换相失败的目的。

实施例

本发明实施例提供一种用于±1100kV特高压直流工程直流线路故障重启动期间抑制换相失败的方法，其流程图如图3所示，包括下述步骤：

(1)在没有直流线路故障发生的情况下，直流系统控制器按照正常参数运行。

(2)直流控制保护系统监测到发生直流线路故障后，故障极整流站按照正常时序移相、去游离、重启动，同时将其电流控制器切换到慢速控制段，并将非故障极逆变站关断角指令值切换到可以抵御换相失败的指令值(该指令值需要针对具体的工程参数通过仿真计算确定，本发明给出的算例图2中，该值为22°)。

如图2所示。T1时刻发生极I直流线路故障，T2时刻极I直流系统重新启动，之后直流双极都没有发生换相失败，直流双极恢复额定功率稳定运行。

(3)直流线路重启动成功后，各直流控制器恢复故障前的参数运行。

本发明所提策略的程序逻辑见图4，由于仅修正了整流站电流控制器和逆变站关断角控制器，所以图4仅列出了这两个控制器的修正逻辑，其他控制器和无关环节在此省略。其逻辑描述如下：

(1)在没有监测到直流线路故障时图4中整流站电流控制器参数选择逻辑选择输入A，即按照正常的控制器参数控制直流电流；逆变站关断角控制器参数选择输入A，即按照通用的17°关断角指令进行控制。

(2)当监测到直流线路故障时，故障极整流站电流控制器参数选择输入B，即电流控制器切换到慢速段；非故障极逆变站关断角控制器参数选择输入B(γ>17°，抵御换相失败能力增强)。

(3)直流线路故障极重新启动成功后故障极整流站电流控制器参数选择输入A，非故障极逆变站关断角控制器参数选择输入A，直流系统控制器恢复故障前的状态运行。

基于同一发明构思，本发明是实施例还提供一种用于±1100kV特高压直流工程直流线路故障重启动期间抑制换相失败的装置，包括：

直流线路故障监测模块：用于监测直流线路是否发生故障，并根据直流线路故障情况调整整流站电流控制器和逆变站关断角控制器参数；

整流站电流控制器：直流线路故障期间直流控制保护系统将故障极整流站电流控制器切换到慢速控制段参数，直流系统从线路故障恢复之后，恢复故障极整流站电流控制器参数；

逆变站关断角控制器：直流线路故障期间直流控制保护系统增大非故障极逆变站关断角控制器的关断角指令值，直流系统从线路故障恢复之后，恢复非故障极逆变站关断角控制器参数。

当直流线路故障监测模块监测无直流线路故障发生的情况下，直流系统控制器按照正常参数运行；当直流线路故障监测模块监测到发生直流线路故障后，所述直流线路故障监测模块将故障极整流站电流控制器切换到慢速控制段参数；同时增强非故障极逆变站关断角控制器抵御换相失败能力。

所述将故障极整流站电流控制器切换到慢速控制段参数，包括：

故障极整流站按照正常时序的移相、去游离和重启动，同时将其电流控制器切换到慢速控制段参数。

所述增强非故障极逆变站关断角控制器抵御换相失败能力，包括：增大非故障极逆变站关断角控制器的关断角指令值，即按照大于17°关断角指令进行控制，以增强抵御换相失败的能力。

本发明实施例提供的上述用于±1100kV特高压直流工程直流线路故障重启动期间抑制换相失败的方法，直流系统正常运行期间和线路故障期间对于故障极整流站电流控制器和非故障极逆变站关断角控制器采用不同的控制器参数。监测到直流线路故障后立刻将故障极整流站直流电流控制器切换到慢速控制段；监测到直流线路故障后立刻增大非故障极逆变站关断角控制器的关断角指令值，增强其抵御换相失败的能力。直流线路故障极重启动成功后将故障极整流站电流控制器和非故障极逆变站关断角控制器恢复故障前的状态运行，能够达到故障极的平稳重启动和抵御非故障极换相失败的目的。

除非另外具体陈述，术语比如处理、计算、运算、确定、显示等等可以指一个或更多个处理或者计算系统、或类似设备的动作和/或过程，所述动作和/或过程将表示为处理系统的寄存器或存储器内的物理(如电子)量的数据操作和转换成为类似地表示为处理系统的存储器、寄存器或者其他此类信息存储、发射或者显示设备内的物理量的其他数据。信息和信号可以使用多种不同的技术和方法中的任何一种来表示。例如，在贯穿上面的描述中提及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片可以用电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或者其任意组合来表示。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

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，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种直流线路故障重启动期间抑制换相失败的方法，其特征在于，所述方法用于±1100kV特高压直流工程中，包括下述步骤：

在无直流线路故障发生的情况下，直流系统控制器按照正常参数运行；

直流控制保护系统监测到发生直流线路故障后，将故障极整流站电流控制器切换到慢速控制段参数；

同时增强非故障极逆变站关断角控制器抵御换相失败能力；

直流线路重启动成功后，整流站电流控制器和逆变站关断角控制器恢复故障前的参数运行。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在无直流线路故障发生的情况下，整流站电流控制器和逆变站关断角控制器按照正常参数运行，包括：

整流站电流控制器参数选择逻辑选择输入正常的控制器参数控制直流电流；逆变站关断角控制器参数选择输入17°关断角指令进行控制。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将故障极整流站电流控制器切换到慢速控制段参数，包括：

故障极整流站按照正常时序的移相、去游离和重启动，同时将其电流控制器切换到慢速控制段参数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增强非故障极逆变站关断角控制器抵御换相失败能力，包括：增大非故障极逆变站关断角控制器的关断角指令值，即按照大于17°关断角指令进行控制，以增强抵御换相失败的能力；

所述指令值针对具体的±1100kV特高压直流工程参数通过仿真计算确定，指令值数值范围大于17°。

5.一种直流线路故障重启动期间抑制换相失败的装置，其特征在于，所述装置包括：

直流线路故障监测模块：用于监测直流线路是否发生故障，并根据直流线路故障情况调整整流站电流控制器和逆变站关断角控制器参数；

整流站电流控制器：直流线路故障期间直流控制保护系统将故障极整流站电流控制器切换到慢速控制段参数，直流系统从线路故障恢复之后，恢复故障极整流站电流控制器参数；

逆变站关断角控制器：直流线路故障期间直流控制保护系统增大非故障极逆变站关断角控制器的关断角指令值，直流系统从线路故障恢复之后，恢复非故障极逆变站关断角控制器关断角指令值。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，当直流线路故障监测模块监测无直流线路故 障发生的情况下，直流系统控制器按照正常参数运行；当直流线路故障监测模块监测到发生直流线路故障后，将故障极整流站电流控制器切换到慢速控制段参数；同时增强非故障极逆变站关断角控制器抵御换相失败能力；直流系统从线路故障恢复之后，恢复故障极整流站电流控制器和非故障极逆变站关断角控制器参数。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述将故障极整流站电流控制器切换到慢速控制段参数，包括：

故障极整流站按照正常时序移相、去游离和重启动，同时将其电流控制器切换到慢速控制段参数。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述增强非故障极逆变站关断角控制器抵御换相失败能力，包括：增大非故障极逆变站关断角控制器的关断角指令值，即在正常的17°关断角指令基础上叠加一增量作为新的关断角指令。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，直流系统从线路故障恢复之后，故障极整流站电流控制器和非故障极逆变站关断角控制器参数恢复到修改之前的定值。