CN105977956B - 一种直流输电系统暂态恢复的协调控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种直流输电系统暂态恢复的协调控制方法及系统，涉及直流输电技术领域，用于抑制逆变侧换相失败故障的发生，以改善直流输电系统的暂态恢复特性。该直流输电系统暂态恢复的协调控制方法包括：检测直流输电系统的逆变侧的电信号信息，判断电信号信息是否满足暂态电流补偿控制的启动判据；如果是，则根据检测的电信号信息，确定直流电流补偿值ΔI_d‑T，对直流输电系统的整流侧进行暂态电流补偿控制；如果否，则重新检测直流输电系统的逆变侧的电信号信息。本发明提供的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法及系统用于高压直流输电系统暂态恢复。

Description

一种直流输电系统暂态恢复的协调控制方法及系统

技术领域

本发明涉及直流输电技术领域，尤其涉及一种直流输电系统暂态恢复的协调控制方法及系统。

背景技术

在直流输电系统的运行过程中，当出现故障干扰时，该直流输电系统中的各组成部分能够稳定过渡到新的或恢复到原来稳定状态的情形，称之为直流输电系统暂态恢复。

传统的直流输电系统一直采用电网换相，在其运行过程中，换相失败是最常遇见的故障；换相失败通常是由于直流输电系统中逆变侧的直流逆变器对交流系统的反应极其灵敏，当交流系统的电压或电流存在异常波动时，直流输电系统中逆变侧的直流逆变器就很容易受其影响而导致换相失败，造成功率传输的中断，此时直流输电系统出现换相失败的故障干扰，导致直流电压下降和直流电流增大。如果在直流输电系统的暂态恢复中采取了不当的控制措施，会使直流输电系统中逆变侧的直流逆变器单次换相失败的时间超过受端交流系统的基波周期或使直流逆变器连续多次换相失败，导致直流输电系统进入闭锁或旁通状态，引起直流传输功率的持续中断，从而使整个直流输电系统的稳定被破坏，严重影响到直流输电系统的安全运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直流输电系统暂态恢复的协调控制方法及系统，用于抑制逆变侧换相失败故障的发生，以改善直流输电系统的暂态恢复特性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种直流输电系统暂态恢复的协调控制方法，包括以下步骤：

步骤1，检测直流输电系统的逆变侧的电信号信息，电信号信息包括逆变侧的电信号和逆变侧的电信号的变化率；逆变侧的电信号包括逆变侧的换流母线的交流电压U_L和逆变侧的直流线路的直流电流I_d，逆变侧的电信号的变化率为交流电压U_L的变化率和直流电流I_d的变化率

步骤2，判断电信号信息是否满足暂态电流补偿控制的启动判据，

暂态电流补偿控制的启动判据为

如果是，则转入步骤3；如果否，则返回步骤1；

其中，ε_U为逆变侧的换流母线的交流电压预设变化速率，ε_I为逆变侧的直流线路的直流电流预设变化速率，U_NL为逆变侧的换流母线的交流电压额定值，U_CL为逆变侧的换流母线的第一暂态交流电压临界值；

步骤3，根据检测的电信号信息，确定直流电流补偿值ΔI_d-T，利用直流电流补偿值ΔI_d-T对直流输电系统的整流侧进行暂态电流补偿控制。

与现有技术相比，本发明提供的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法具有以下有益效果：

本发明所提供的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法，根据对直流输电系统的逆变侧的电信号信息检测和判断，确定直流输电系统的逆变侧是否存在电压或电流的异常波动，并且当检测的电信号信息满足暂态电流补偿控制的启动判据时，根据检测的电信号信息，确定出直流电流补偿值ΔI_d-T，对直流输电系统的整流侧进行暂态电流补偿控制；在对直流输电系统的整流侧进行电流补偿时，整流侧的电流的突然变化会使整流侧的触发角α迅速增大，而在直流输电系统还未进入熄弧角控制响应之前，直流输电系统的逆变侧的熄弧角γ与整流侧的触发角α对应呈正比关系，其具体关系式为： 结合直流输电系统的运行特性，可知整流侧的触发角α∈(5°,150°)，A₁＜1，A₂＞0；因此，此时逆变侧的熄弧角γ会随整流侧的触发角α的增大而增大，但由于此时较小的逆变侧的熄弧角γ很容易导致直流输电系统发生换相失败的故障，因此对直流输电系统的整流侧进行电流补偿后，可以保证逆变侧的熄弧角γ保持为一个较大值，从而抑制逆变侧的熄弧角γ的突然减小，抑制直流输电系统中逆变侧换相失败故障的发生，以改善直流输电系统的暂态恢复特性。

本发明还提供了一种直流输电系统暂态恢复的协调控制系统，用于实施上述技术方案提供的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法。与现有技术相比，本发明提供的直流输电系统暂态恢复的协调控制系统所能实现的有益效果，与上述技术方案提供的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法所能达到的有益效果相同，在此不做赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的协调控制方法流程图；

图2为本发明实施例提供的协调控制系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的暂态电流补偿特性图；

图4为本发明实施例提供的暂态熄弧角补偿特性图；

图5为本发明实施例提供的暂态交流电压触发特性图；

图6为本发明实施例提供的逆变侧换流母线的交流电压暂态恢复特性图；

图7为本发明实施例提供的逆变侧的熄弧角暂态恢复特性图。

附图标记：

1-整流侧， 2-逆变侧，

3-信号检测单元， 31-电压传感器，

32-交流电压变化率检测器， 33-电流传感器，

34-直流电流变化率检测器， 4-暂态电流补偿控制单元，

41-判断控制器， 42-电流补偿器，

5-暂态熄弧角补偿控制单元， 51-控制器，

52-选通器， 53-熄弧角补偿器，

6-暂态交流电压控制单元， 61-判断器，

62-触发角调节器。

具体实施方式

为便于理解，下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法进行详细描述。

参阅图1，本发明实施例提供的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法包括以下步骤：

步骤1，检测直流输电系统的逆变侧的电信号信息，电信号信息包括逆变侧的电信号和逆变侧的电信号的变化率；逆变侧的电信号包括逆变侧的换流母线的交流电压U_L和逆变侧的直流线路的直流电流I_d，逆变侧的电信号的变化率为交流电压U_L的变化率和直流电流I_d的变化率

步骤2，判断电信号信息是否满足暂态电流补偿控制的启动判据，

暂态电流补偿控制的启动判据为

即该启动判据为且U_NL＞U_L＞U_CL或且U_NL＞U_L＞U_CL；

如果是，则转入步骤3；如果否，则返回步骤1；

其中，ε_U为逆变侧的换流母线的交流电压预设变化速率，ε_I为逆变侧的直流线路的直流电流预设变化速率，U_NL为逆变侧的换流母线的交流电压额定值，U_CL为逆变侧的换流母线的第一暂态交流电压临界值；

步骤3，根据检测的电信号信息，确定直流电流补偿值ΔI_d-T，利用直流电流补偿值ΔI_d-T对直流输电系统的整流侧进行暂态电流补偿控制。

本发明实施例所提供的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法，根据对直流输电系统的逆变侧的电信号信息检测和判断，确定直流输电系统的逆变侧是否存在电压或电流的异常波动，并且当检测的电信号信息满足暂态电流补偿控制的启动判据时，根据检测的电信号信息，确定出直流电流补偿值ΔI_d-T，对直流输电系统的整流侧进行暂态电流补偿控制；在对直流输电系统的整流侧进行电流补偿时，整流侧的电流的突然变化会使整流侧的触发角α迅速增大，而在直流输电系统还未进入熄弧角控制响应之前，直流输电系统的逆变侧的熄弧角γ与整流侧的触发角α对应呈正比关系，其具体关系式为： 结合直流输电系统的运行特性，可知整流侧的触发角α∈(5°,150°)，A₁＜1，A₂＞0；因此，此时逆变侧的熄弧角γ会随整流侧的触发角α的增大而增大，但由于此时较小的逆变侧的熄弧角γ很容易导致直流输电系统发生换相失败的故障，因此对直流输电系统的整流侧进行电流补偿后，可以保证逆变侧的熄弧角γ保持为一个较大值，从而抑制逆变侧的熄弧角γ的突然减小，抑制直流输电系统中逆变侧换相失败故障的发生，以改善直流输电系统的暂态恢复特性。

具体实施时，在步骤3中，直流电流补偿值ΔI_d-T通过如下方法确定：

获取电流补偿系数ρ和暂态电流差值ΔI，根据电流补偿系数ρ和暂态电流差值ΔI得到直流电流补偿值ΔI_d-T；其中，该直流电流补偿值ΔI_d-T＝ρ·ΔI。

而电流补偿系数ρ和暂态电流差值ΔI的计算方式一般有多种，在本实施例中，优选的，该电流补偿系数

该暂态电流差值

其中，K_r为整流侧的空载直流电压与逆变侧的交流母线电压有效值的比例系数，K_i为逆变侧的空载直流电压与逆变侧交流母线电压有效值的比例系数，U_R为整流侧的换流母线的交流电压，α为整流侧的触发角，γ为逆变侧的熄弧角，R为直流输电系统的等效电阻，I_dref为直流输电系统预设的整流侧直流电流参考值。

采用上述方式获得电流补偿系数ρ和暂态电流差值ΔI时，电流补偿系数ρ的大小取决于逆变侧的换流母线的交流电压U_L，当交流电压电压U_L＝U_NL时，则ρ取值为1，当电压U_L＝U_CL时，则ρ取值为0。直流电流补偿值ΔI_d-T＝ρ·ΔI，即该直流电流补偿值同时取决于逆变侧2的换流母线的交流电压U_L与暂态电流差值ΔI，能在一定程度上实现直流输电系统的整流侧1的直流电流的快速补偿，以减小交流故障瞬间的过电流值，从而抑制换相失败发生。

上述实施例提供的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法，仅是用于抑制直流输电系统中逆变侧换相失败故障的发生，但是当直流输电系统的逆变侧发生换相失败故障时，为了改善直流输电系统的暂态恢复特性，在上述实施例的基础上，继续参阅图1，该协调控制方法还包括以下步骤：

步骤4，判断电信号信息是否满足暂态熄弧角补偿控制的启动判据，

暂态熄弧角补偿控制的启动判据为U_L＜U_CL；

如果是，则退出暂态电流补偿控制，然后对逆变侧的熄弧角控制进行暂态熄弧角补偿控制，使直流输电系统从暂态过程恢复到正常运行；

如果否，则维持暂态电流补偿控制。

具体实施时，通过如下方法对逆变侧进行暂态熄弧角补偿控制：

获取逆变侧的熄弧角控制一阶惯性环节的比例常数K_γ和时间常数T_γ；

获取逆变侧的熄弧角控制的触发信号U(s)；

根据该比例常数K_γ、时间常数T_γ和触发信号U(s)得到暂态熄弧角补偿值γ_ref-T(s)；其中，s为拉普拉斯算子。

在上述实施例的基础上，继续参阅图1，该协调控制方法还包括以下步骤：

步骤5，在直流输电系统从暂态过程恢复到正常运行的期间，判断电信号信息是否满足暂态熄弧角补偿控制的退出判据，

暂态熄弧角补偿控制的退出判据为即该退出判据为且U_L＞U_CL1；

如果是，则退出暂态熄弧角补偿控制；如果否，则返回步骤4；

其中，|ε|是指逆变侧的换流母线的交流电压波动限值，U_CL1是指退出暂态熄弧角补偿控制时逆变侧的换流母线的常态交流电压临界值。

本实施例提供的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法，在直流输电系统的逆变侧发生换相失败故障之后时，启动暂态熄弧角补偿控制，针对直流输电系统的暂态运行输出一个经过补偿的暂态熄弧角补偿值，可以缩短直流输电系统从暂态恢复到稳定状态所需占用的时间，使直流输电系统的逆变侧的直流逆变器单次换相失败的时间不超过受端交流系统的基波周期或避免该直流逆变器继续发生多次换相失败，从而使直流输电系统的功率传输可以快速恢复稳定。

在直流输电系统运行过程中，受端交流系统换相电压失稳也是直流输电系统中逆变侧面临的主要问题之一；而受端交流系统换相电压失稳主要是由于现有电网中受端交流系统对电压的支撑能力相对直流系统对电压的支撑能力比较弱，而且直流输电系统中逆变侧的直流逆变器在传输功率的同时总会吸收大量的容性无功功率，但由于直流输电系统中逆变侧存在的“无功负荷越大，电压越不稳定”的特性，也使直流输电系统在维持换相电压稳定方面面对很大压力。当直流输电系统的受端交流系统出现故障干扰，而在直流输电系统的暂态恢复中采取了不当的控制措施或不当的控制参数时，会使直流输电系统中逆变侧的直流逆变器的无功功率需求与受端交流系统的电压稳定需求之间出现动态失衡，导致受端交流系统暂态的换相电压失稳，引起直流输电系统的局部电网崩溃。

为了在直流输电系统的暂态恢复过程中提高换相电压的稳定性，在上述实施例的基础上，继续参阅图1，在步骤1中增加检测逆变侧的直流线路的直流电压U_d；而该协调控制方法还包括以下步骤：

步骤6，判断电信号信息是否满足暂态交流电压控制的启动判据，

暂态交流电压控制的启动判据为该启动判据的大括号中的两个条件为同时具有；

如果是，则启动暂态交流电压控制；如果否，则不启动暂态交流电压控制；

其中，U_CL2是指启动暂态交流电压控制时逆变侧的换流母线的第二暂态交流电压临界值，U_dL是指逆变侧的直流线路的直流电压阈值，T是指直流电压U_d小于直流电压阈值U_dL的持续时间，t_L是指直流电压U_d小于直流电压阈值U_dL的第一允许时段。

具体实施时，暂态交流电压控制通过如下方法进行：

获取逆变侧的换流母线的交流电压U_L与逆变侧的换流母线的交流电压额定值U_NL的差值ΔU；

将获取的差值ΔU输出至比例积分控制器，得到逆变侧的暂态触发角信号值α_inv-ac；

根据逆变侧的暂态触发角信号值α_inv-ac和逆变侧的常态触发角信号值α_inv-dc比较取大，得到暂态交流电压控制的触发角信号值α_inv；

根据触发角信号值α_inv，使逆变侧的换流母线的交流电压U_L恢复到稳定状态。

在上述实施例的基础上，继续参阅图1，该协调控制方法还包括以下步骤：

步骤7，判断电信号信息是否满足暂态交流电压控制的退出判据，暂态交流电压控制的退出判据为U_d≥U_d0且t_ac＞t_L1；

其中，t_ac是指暂态交流电压控制启动后的控制时间，U_d0是指逆变侧的直流线路的直流电压运行稳定值，t_L1是指暂态交流电压控制的第一允许时段；

如果是，则退出暂态交流电压控制；

如果否，则转入步骤8；

步骤8，判断电信号信息是否满足直流闭锁控制的启动判据，直流闭锁控制的启动判据为U_d＜U_d0且t_ac＞t_L2；

其中，t_L2是指暂态交流电压控制的第二允许时段；

如果是，则直流输电系统启动直流闭锁控制；

如果否，则维持暂态交流电压控制，返回步骤7。

在退出暂态交流电压控制后，还应该检测直流输电系统是否已经恢复到稳定状态；如果是，则结束上述协调控制方法；如果否，则返回步骤1重新开始再一次的协调控制。

本实施例提供的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法，在暂态交流电压控制的启动判据中，启动暂态交流电压控制时逆变侧的换流母线的第二暂态交流电压临界值U_CL2，一般小于直流输电系统退出暂态熄弧角控制时其逆变侧1换流母线的暂态交流电压退出临界值U_CL1，这样在直流输电系统退出暂态熄弧角控制之前就可触发暂态交流电压控制，从而减小直流输电系统中暂态熄弧角控制可能产生的无功超调；由于在暂态熄弧角控制中会过度增大触发超前角以避免逆变侧换相失败，而过度增大的触发超前角将导致逆变侧消耗更多的无功功率，不利于逆变侧的换流母线的交流电压U_L恢复稳定，从而引发逆变侧的暂态交流电压失稳，因此，在直流输电系统退出暂态熄弧角控制之前触发暂态交流电压控制，并通过暂态交流电压控制提高暂态换相电压的稳定性。具体的，暂态交流电压控制是根据检测直流输电系统暂态运行中的各主要交互参数，对直流输电系统的逆变侧进行触发角调节，通过直流输电系统的逆变侧可以减小直流输电系统中逆变侧的直流逆变器的无功功率需求，同时利用直流输电系统中逆变侧存在的“无功负荷越大，电压越不稳定”的特性，减小直流输电系统在维持暂态换相电压稳定方面的压力，使该直流输电系统在维持额定功率传输的基础上保证快速恢复暂态换相电压的稳定，提高暂态换相电压的稳定性。

需要说明的是，在实际的直流输电系统运行中，由于直流输电系统的地域跨度较广，使得直流输电线路的两端在进行通信时存在一定困难，直流输电系统两端的控制因素通常得不到较好的协调。例如，当整流侧采用定电流控制，逆变侧采用定熄弧角控制时，逆变侧由于仅控制熄弧角，不会考虑到整流侧定电流控制时的控制要求，而整流侧仅控制直流电流，也没有考虑逆变侧定熄弧角控制的要求。但是，直流输电系统的运行状态是由整流侧和逆变侧共同控制决定的，因此当整流侧和逆变侧的控制缺少相互协调而单独进行控制时，整个直流输电系统难以保证良好运行，更无法有效解决逆变器换相失败与受端交流系统暂态电压失稳的问题。上述实施例提供的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法同时针对直流输电系统的整流侧和逆变侧作出检测，并分别针对直流输电系统的逆变侧的换相失败故障与暂态电压失稳问题作出控制，使该直流输电系统具有良好的协调性能和良好的暂态恢复特性，以保证直流输电系统的稳定运行。

上述实施例提供的完整的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法，在面对逆变侧的换相失败故障和受端交流系统电压失稳的问题时，首先在逆变侧换相故障可能发生的初期启动暂态电流补偿控制，通过对直流输电系统的整流侧进行电流补偿来减小逆变侧暂态换相失败故障发生的概率；然后在逆变侧换相故障发生之后及直流输电系统的暂态恢复初期启动暂态熄弧角补偿控制，对直流输电系统的暂态运行输出一个经过补偿的暂态熄弧角补偿值，缩短直流输电系统从暂态恢复到稳定状态的时间，使直流输电系统的功率传输快速恢复稳定；最后在直流输电系统的暂态恢复后期，启动暂态交流电压控制，调节逆变侧的无功需求功率以保证受端交流系统交流电压的稳定恢复；从而在整体上改善了直流输电系统的暂态恢复特性。

参阅图2，本发明实施例还提供一种直流输电系统暂态恢复的协调控制系统，用于实施上述直流输电系统暂态恢复的协调控制方法。这种直流输电系统暂态恢复的协调控制系统包括信号检测单元3，以及与信号检测单元3的信号输出端分别相连的暂态电流补偿控制单元4、暂态熄弧角补偿控制单元5和暂态交流电压控制单元6；其中，信号检测单元3的信号输入端与直流输电系统的逆变侧2相连；暂态电流补偿控制单元4的输出端与直流输电系统的整流侧1相连，暂态熄弧角补偿控制单元5的输出端、暂态交流电压控制单元6的输出端分别与直流输电系统的逆变侧2相连。

本发明实施例提供的直流输电系统暂态恢复的协调控制系统，与本发明实施例提供的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法所能达到的有益效果相同，在此不做赘述。

需要说明的是，信号检测单元3、暂态电流补偿控制单元4、暂态熄弧角补偿控制单元5和暂态交流电压控制单元6的结构可以有多种，在本实施例中仅给出一种优选实施方式：

信号检测单元3包括电压传感器31、电流传感器33以及两个电信号变化率检测器；其中，电压传感器31与逆变侧2的换流母线相连，电流传感器33与逆变侧2的直流线路相连，一个电信号变化率检测器与逆变侧2的换流母线相连，另一个电信号变化率检测器与逆变侧2的直流线路相连。具体的，与逆变侧2的换流母线相连的电信号变化率检测器为交流电压变化率检测器32；与逆变侧2的直流线路相连的电信号变化率检测器为直流电流变化率检测器34；需要补充的是，交流电压变化率检测器32和直流电流变化率检测器34可以由本领域技术人员根据直流输电系统的具体情况选择设定，特别是当交流电压变化率检测器32和直流电流变化率检测器34选用微分检测电路的结构实现时，交流电压变化率检测器32和直流电流变化率检测器34并不限于上述连接方式，交流电压变化率检测器32可以直接与电压传感器31相连，直流电流变化率检测器34可以直接与电流传感器33相连。

暂态电流补偿控制单元4，包括与信号检测单元3的信号输出端相连的判断控制器41，与判断控制器41的控制信号输出端相连的电流补偿器42，电流补偿器42的补偿信号输出端与直流输电系统的整流侧1相连。

暂态熄弧角补偿控制单元5，包括与信号检测单元3的信号输出端相连的控制器51，与控制器51的控制信号输出端相连的选通器52，与选通器52的信号输出端相连的熄弧角补偿器53，熄弧角补偿器53的补偿信号输出端与直流输电系统的逆变侧2相连。

暂态交流电压控制单元6，包括与信号检测单元3的信号输出端相连的判断器61、触发角调节器62，判断器61的信号输出端与触发角调节器62的信号输入端相连，触发角调节器62的调节信号输出端与直流输电系统的逆变侧2相连。

为了更清楚的说明上述实施例所提供的直流输电系统暂态恢复的协调控制系统的控制效果，以PSCAD电磁暂态仿真程序中的CIGRE-1DC标准直流输电系统模型为例，来验证本发明实施例所提供的直流输电系统暂态恢复的协调控制系统的控制效果。

该直流输电系统模型中的受端交流系统为弱系统，取SCR＝2.5，逆变侧的换流母线的交流电压发生单相接地故障，故障持续时间为50ms。

表1 暂态电流补偿控制整定参数表

整定参数	数值
		UCL	0.8
εU	-0.01
		εI	0.1

结合表1所示的相关参数的取值，在该直流输电系统从暂态运行向稳态运行的过渡过程中，该直流输电系统的整流侧的电流补偿量的变化如图3所示，暂态过程中电流补偿量迅速增大，电流补偿结束后，电流补偿量归零。参阅图7，在该直流输电系统的暂态恢复过程中，采取暂态电流补偿控制单元4对该直流输电系统的整流侧1进行电流补偿后，引发的逆变侧2的熄弧角的变化曲线如图7中实线所示；未采取暂态电流补偿控制单元对该直流输电系统的整流侧1进行电流补偿后，引发的逆变侧2的熄弧角的变化曲线如图7中虚线所示。

结合图3，当逆变侧2的换流母线的交流电压在2.0秒发生单相接地故障后，暂态电流补偿控制单元在2.02秒完成暂态电流补偿。若不采取暂态电流补偿控制单元对该直流输电系统的整流侧1进行电流补偿而只采取常规暂态熄弧角控制时，该直流输电系统的逆变侧2的熄弧角在2.02秒迅速增大到50°，在2.03秒迅速减小为0°，然后维持0°在0.05秒左右，而在熄弧角为0°的期间，该直流输电系统还未进入暂态熄弧角控制，该直流输电系统很容易发生逆变侧换相失败。若采取暂态电流补偿控制单元对该直流输电系统的整流侧1进行电流补偿后，该直流输电系统的逆变侧2的熄弧角在2.02秒迅速增大到45°，在2.03秒减小为30°，然后维持30°在0.05秒左右，可以保证在未进入暂态熄弧角控制响应之前使熄弧角γ保持为一个较大值，从而抑制此时逆变侧2的熄弧角γ的突然减小，有效避免该直流输电系统发生逆变侧2换相失败。

表2 暂态熄弧角补偿控制整定参数表

整定参数	数值
		UCL	0.8
UCL1	0.8
		|ε|	0.01

结合表2所示的相关参数的取值，在该直流输电系统从暂态运行向稳态运行的过渡过程中，对直流输电系统的逆变侧2的熄弧角的补偿量变化如图4所示，暂态过程中补偿量逐渐增大，最大值可达到25°，暂态过程结束后，补偿量归零。参阅图7，在该直流输电系统的暂态恢复过程中，采取暂态熄弧角补偿控制单元5对该直流输电系统的逆变侧2进行熄弧角补偿后，引发的逆变侧2的熄弧角的变化曲线如图7中实线所示；未采取暂态熄弧角补偿控制单元5对该直流输电系统的逆变侧2进行电流补偿后，引发的逆变侧2的熄弧角的变化曲线如图7中虚线所示。

结合图4，当逆变侧2的换流母线的交流电压在2.0秒发生单相接地故障后，若不采取暂态熄弧角补偿控制单元5对该直流输电系统的逆变侧2进行熄弧角补偿时，逆变侧2的熄弧角大约在2.8秒时恢复到15°，其暂态恢复过程占用的时间为0.8秒。而采取暂态熄弧角补偿控制单元5对该直流输电系统的逆变侧2进行熄弧角补偿时，逆变侧2的熄弧角大约在2.2秒的时候就恢复到15°，其暂态恢复过程占用的时间为0.2秒。采取暂态熄弧角补偿控制单元5可以使暂态恢复过程缩短到原来的25％，可见大大缩短了逆变侧2暂态恢复过程所占用的时间，使直流输电系统在暂态过程中快速恢复功率的稳定传输。

表3 暂态交流电压控制整定参数表

整定参数	数值
		UCL	0.2
|ε|	0.01
		tL	0.05
tL1	0.3
		UdL	0.4
Ud0	0.98

结合表3所示的相关参数的取值，在该直流输电系统从暂态运行向稳态运行的过渡过程中，该直流输电系统中暂态交流电压控制单元的触发特性如图5所示，暂态过程中通过暂态交流电压控制单元的触发控制，暂态交流电压迅速增大，而在暂态交流电压控制单元完成触发控制后，直流输电系统的逆变侧2的换流母线的交流电压恢复到稳定状态。

参阅图6，在该直流输电系统的暂态恢复过程中，采取暂态交流电压控制单元对该直流输电系统的逆变侧2进行触发角调节后，引发的逆变侧2的换流母线的交流电压的变化曲线如图6中实线所示；未采取暂态交流电压控制装置对该直流输电系统的逆变侧2进行触发角调节后，引发的逆变侧2的换流母线的交流电压的变化曲线如图6中虚线所示。

结合图5，当逆变侧2的换流母线的交流电压在2.0秒发生单相接地故障后，暂态交流电压控制单元在2.35秒完成暂态触发角调节。若不采取暂态交流电压控制单元对该直流输电系统的逆变侧2进行触发角调节时，该直流输电系统的逆变侧2的换流母线的交流电压在2.02秒迅速减小到0.7pu以下，在2.1秒迅速增大到1pu以上，然后持续波动变化，在3.2秒之后该直流输电系统的逆变侧2的换流母线的交流电压才恢复到接近1pu的稳定状态；在该直流输电系统的逆变侧2的换流母线的交流电压持续波动变化的时段内，该直流输电系统的逆变侧2的交流系统很容易发生暂态换相电压失稳。若采取暂态交流电压控制单元对该直流输电系统的逆变侧2进行触发角调节后，该直流输电系统的逆变侧2的换流母线的交流电压在2.02秒迅速减小到0.7pu左右，在2.1秒恢复到1pu左右，然后存在轻微波动变化，在2.2秒该直流输电系统的逆变侧2的换流母线的交流电压就可恢复到接近1pu的稳定状态；采取该暂态交流电压控制单元可以保证在直流输电系统的暂态恢复过程，使该直流输电系统的逆变侧2的换流母线的交流电压很快恢复到稳定状态，有效避免该直流输电系统的逆变侧2的交流系统发生暂态换相电压失稳，提高了暂态换相电压的稳定性。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种直流输电系统暂态恢复的协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，检测直流输电系统的逆变侧的电信号信息，所述电信号信息包括所述逆变侧的电信号和所述逆变侧的电信号的变化率；所述逆变侧的电信号包括所述逆变侧的换流母线的交流电压U_L和所述逆变侧的直流线路的直流电流I_d，所述逆变侧的电信号的变化率为所述交流电压U_L的变化率和所述直流电流I_d的变化率

步骤2，判断所述电信号信息是否满足暂态电流补偿控制的启动判据，

所述暂态电流补偿控制的启动判据为

如果是，则转入步骤3；如果否，则返回步骤1；

其中，ε_U为所述逆变侧的换流母线的交流电压预设变化速率，ε_I为所述逆变侧的直流线路的直流电流预设变化速率，U_NL为所述逆变侧的换流母线的交流电压额定值，U_CL为所述逆变侧的换流母线的第一暂态交流电压临界值；

步骤3，根据检测的所述电信号信息，确定直流电流补偿值ΔI_d-T，利用直流电流补偿值ΔI_d-T对所述直流输电系统的整流侧进行暂态电流补偿控制。

2.根据权利要求1所述的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法，其特征在于，在步骤3中，所述直流电流补偿值ΔI_d-T通过如下方法确定：

获取电流补偿系数ρ和暂态电流差值ΔI，根据电流补偿系数ρ和暂态电流差值ΔI得到直流电流补偿值ΔI_d-T；其中，ΔI_d-T＝ρ·ΔI。

3.根据权利要求2所述的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法，其特征在于，

所述电流补偿系数

所述暂态电流差值

其中，K_r为所述整流侧的空载直流电压与所述逆变侧的交流母线电压有效值的比例系数，K_i为所述逆变侧的空载直流电压与所述逆变侧交流母线电压有效值的比例系数，U_R为所述整流侧的换流母线的交流电压，α为所述整流侧的触发角，γ为所述逆变侧的熄弧角，R为所述直流输电系统的等效电阻，I_dref为所述直流输电系统预设的整流侧直流电流参考值。

4.根据权利要求1-3任一项所述的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法，其特征在于，所述协调控制方法还包括以下步骤：

步骤4，判断所述电信号信息是否满足暂态熄弧角补偿控制的启动判据，

所述暂态熄弧角补偿控制的启动判据为U_L＜U_CL；

如果是，则退出所述暂态电流补偿控制，然后对所述逆变侧的熄弧角控制进行暂态熄弧角补偿控制，使所述直流输电系统从暂态过程恢复到稳定运行；

如果否，则维持所述暂态电流补偿控制。

5.根据权利要求4所述的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法，其特征在于，在步骤4中，通过如下方法对所述逆变侧进行暂态熄弧角补偿控制：

获取所述逆变侧的熄弧角控制一阶惯性环节的比例常数K_γ和时间常数T_γ；

获取所述逆变侧的熄弧角控制的触发信号U(s)；

根据所述比例常数K_γ、所述时间常数T_γ和所述触发信号U(s)得到暂态熄弧角补偿值γ_ref-T(s)；其中，s为拉普拉斯算子。

6.根据权利要求5所述的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法，其特征在于，所述协调控制方法还包括以下步骤：

步骤5，在所述直流输电系统从暂态过程恢复到正常运行的期间，判断所述电信号信息是否满足所述暂态熄弧角补偿控制的退出判据，所述暂态熄弧角补偿控制的退出判据为

如果是，则退出所述暂态熄弧角补偿控制；如果否，则返回步骤4；

其中，|ε|是指所述逆变侧的换流母线的交流电压波动限值，U_CL1是指退出暂态熄弧角补偿控制时所述逆变侧的换流母线的常态交流电压临界值。

7.根据权利要求6所述的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法，其特征在于，在步骤1中，所述电信号信息还包括所述逆变侧的直流线路的直流电压U_d；

所述协调控制方法还包括以下步骤：

步骤6，判断所述电信号信息是否满足暂态交流电压控制的启动判据，

所述暂态交流电压控制的启动判据为

如果是，则启动暂态交流电压控制；如果否，则不启动暂态交流电压控制；

其中，U_CL2是指启动暂态交流电压控制时所述逆变侧的换流母线的第二暂态交流电压临界值，U_dL是指所述逆变侧的直流线路的直流电压阈值，T是指所述直流电压U_d小于所述直流电压阈值U_dL的持续时间，t_L是指所述直流电压U_d小于所述直流电压阈值U_dL的第一允许时段。

8.根据权利要求7所述的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法，其特征在于，在步骤6中，所述暂态交流电压控制通过如下方法进行：

获取所述逆变侧的换流母线的交流电压U_L与所述逆变侧的换流母线的交流电压额定值U_NL的差值ΔU；

将获取的所述差值ΔU输出至比例积分控制器，得到所述逆变侧的暂态触发角信号值α_inv-ac；

根据所述逆变侧的暂态触发角信号值α_inv-ac和所述逆变侧的常态触发角信号值α_inv-dc比较取大，得到暂态交流电压控制的触发角信号值α_inv；

根据所述触发角信号值α_inv，使所述逆变侧的换流母线的交流电压U_L恢复到稳定状态。

9.根据权利要求7所述的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法，其特征在于，所述协调控制方法还包括以下步骤：

步骤7，判断所述电信号信息是否满足所述暂态交流电压控制的退出判据，所述暂态交流电压控制的退出判据为U_d≥U_d0且t_ac＞t_L1；

其中，t_ac是指所述暂态交流电压控制启动后的控制时间，U_d0是指所述逆变侧的直流线路的直流电压运行稳定值，t_L1是指所述暂态交流电压控制的第一允许时段；

如果是，则退出所述暂态交流电压控制；

如果否，则转入步骤8；

步骤8，判断所述电信号信息是否满足直流闭锁控制的启动判据，所述直流闭锁控制的启动判据为U_d＜U_d0且t_ac＞t_L2；

其中，t_L2是指所述暂态交流电压控制的第二允许时段；

如果是，则所述直流输电系统启动直流闭锁控制；

如果否，则维持所述暂态交流电压控制，返回步骤7。

10.根据权利要求9所述的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法，其特征在于，所述协调控制方法还包括以下步骤：

步骤9，退出所述暂态交流电压控制后，检测所述直流输电系统是否恢复到稳定状态；

如果是，则结束协调控制；如果否，则返回步骤1。

11.一种直流输电系统暂态恢复的协调控制系统，其特征在于，用于实施如权利要求1-10中任一项所述的直流输电系统暂态恢复的协调控制方法。