CN106253321B - 一种直流控制保护系统换相失败预测控制的优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流控制保护系统换相失败预测控制的优化方法，将逆变站换流母线零序电压3U0信号输入快速傅里叶转换器，分离出其中的基波分量，并将所述基波分量与设置整定值进行比较，当小于整定值时输出1，反之输出0；同时将动作信号Z_DET输入单稳态多频振荡器，设置相应的时间定值使所述动作信号Z_DET维持在高位，然后经延时组件延时输出；以上两个信号共同经与门输出至两路输入选择器作为动作判据Ctrl。本发明用以有效区分单相故障和励磁涌流扰动，实现在交流侧发生单相故障时，该控制逻辑可靠动作；在交流侧存在励磁涌流的情况下，该控制逻辑能够有效地进行识别，并抑制直流功率的反复波动。
Description
技术领域
本发明涉及直流控制保护系统，具体涉及一种直流控制保护系统换相失败预测控制的优化方法。
背景技术
换相失败是直流输电系统运行中逆变站最为常见的故障，发生换相失败期间，会出现直流电压突降导致直流功率大幅下降的情况，对送受端电网都有着严重不良影响。导致换相失败的原因包括以下两点：一是直流输电系统自身的故障，如阀短路和丢失触发脉冲；二是交流系统故障引起的换流母线电压波动。在直流控制保护系统中有相应的换相失败预测控制（CFPREV）来预防交流系统故障引起的换相失败，其原理是在检测到交流系统故障后输出关断角的增量，增大换流阀的换相裕度，以降低换相失败发生的概率。
公开号CN104810847公开了一种基于直流电流模糊预测控制的换相失败预防方法，PSCAD中CFPREV模块检测交流系统是否发生故障，若检测到发生故障，发出Start信号使能直流电流模糊预测控制模块；被使能的直流电流模糊预测控制模块测量当前逆变侧交流系统三相电压有效值E的变化ΔE及变化率dΔE/dt，并通过PSCAD与MATLAB/Simulink间的接口将其送入MATLAB/Simulink中的模糊控制器；MATLAB/Simulink 中的模糊控制器通过模糊化、模糊推理、解模糊化、叠加控制时长等步骤运算得出整流侧直流电流减小值ΔI c，并返还给 PSCAD；PSCAD 中的 VDCL 减去 ΔI c 后的值作为整流侧直流电流整定值 Ido_rec，最终运用于整流侧直流电流控制。
公开号CN103078312公开了一种基于直流电流预测控制的换相失败抑制方法，输入逆变侧直流电流Idinv以及交流母线三相瞬时电压ua、ub和uc； 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 ΔαinvPREV；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Id_PREV，否则直流电流为正常整定值Id_NOR；将Id_PREV与Δαinv_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。
以上的方法均不能解决现有的CFPREV控制逻辑无法对励磁涌流扰动和单相故障进行区分，存在抗谐波能力较差、易造成直流功率波动的缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种直流控制保护系统换相失败预测控制的优化方法，以保证在交流侧发生单相故障时，该控制逻辑可靠动作；在交流侧存在励磁涌流的情况下，该控制逻辑能够有效地进行识别，并抑制直流功率的反复波动。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：
一种直流控制保护系统换相失败预测控制的优化方法，其中，包括：
将零序电压3U0信号输入快速傅里叶转换器，分离出其中的基波分量，并将所述基波分量与设置整定值进行比较，当小于整定值时输出1，反之输出0；
将动作信号Z_DET输入单稳态多频振荡器，设置相应的时间定值使所述动作信号Z_DET维持在高位，然后经延时组件延时输出；
两个信号共同经与门输出至两路输入选择器作为动作判据Ctrl。
优选的，当所述基波分量大于整定值时输出0，判断CFPREV动作原因是交流系统单相故障；与门输出为0，两路输入选择器在Ctrl=0时，输出初始状态B，B的定值设置为常数0，MAX模块在0与主逻辑输出之间选择主逻辑输出。
优选的，当所述基波分量小于整定值时输出1，判断CFPREV动作原因为励磁涌流扰动；与门输出为1，两路输入选择器在Ctrl=1的情况下输出为A，MAX模块在A与主逻辑输出之间选择输出不经主逻辑判定的稳定关断角增量A。
优选的，在CFPREV动作和基波分量判定之间设置延时。
本发明的有益效果是：
本发明目的是对基于零序检测法的CFPREV进行优化完善，以保证在交流侧发生单相故障时，该控制逻辑可靠动作；在交流侧存在励磁涌流的情况下，该控制逻辑能够有效地进行识别，并抑制直流功率的反复波动。
本发明通过对逆变站换流母线零序电压3U0的基波含量进行判定，区分励磁涌流扰动和单相故障；在CFPREV动作和3U0基波含量判定之间加入适当的延时，给予CFPREV主逻辑一定的调节时间，同时增加快速傅里叶转换器的采样时间，从而更加准确地判定3U0的基波含量。优化后的CFPREV能够有效识别励磁涌流造成的扰动，在励磁涌流期间输出稳定的关断角增量，从而避免了逆变站关断角的频繁调节，防止了直流电压反复波动的发生，最终抑制了直流功率的周期性波动，在保证直流输电系统稳定运行方面起到了重要作用。
附图说明
图1是现有技术中换相失败预测控制原理图。
图2是励磁涌流扰动导致CFPREV动作的录波示意图。
图3是本发明优化后的CFPREV部分控制逻辑原理图。
图4是仿真系统一次电气模型示意图。
图5是优化前CFPREV输出结果示意图。
图6是优化后CFPREV输出结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图对发明技术方案进一步说明：
直流控制保护系统中有相应的换相失败预测控制（CFPREV）来预防交流系统故障引起的换相失败，其原理是在检测到交流系统故障后输出关断角的增量，增大换流阀的换相裕度，以降低换相失败发生的概率。
如图1所示，目前普遍采用的CFPREV包括两个并行的部分：Ⅰ是基于零序检测法来检测单相故障，当检测到零序电压（3U0）高于定值时，判断交流系统出现单相故障；Ⅱ是基于交流电压α/β转换来检测三相故障，当α/β变换输出值小于稳态情况下的α/β变换输出值时，判断交流系统出现三相故障。
在实际运行过程中，当逆变站附近变电站空投变压器时，所产生的励磁涌流会引起换流母线电压畸变， 3U0周期性到达定值门槛，导致基于零序检测法的CFPREV反复动作，关断角反复地增大和减小，使得直流电压反复波动，进而引起直流功率周期性波动，对交流系统有着严重不良影响。具体波形如图2所示。可以看出，现有的CFPREV控制逻辑无法对励磁涌流扰动和单相故障进行区分，存在抗谐波能力较差、易造成直流功率波动的缺陷，需要进一步优化完善。
交流系统单相故障与励磁涌流扰动时3U0的频率特性存在极大差异。单相故障时3U0以基波分量为主，谐波分量较低；励磁涌流扰动时3U0中基波分量极低，谐波分量较高，并且谐波分量在经电网传输后各次谐波的含量不具备规律性。因此，本发明在基于零序检测法的CFPREV控制逻辑中，增加辅助控制逻辑，利用傅里叶变换对3U0的波形进行分析，以区分励磁涌流扰动和单相故障，并结合零序检测法的动作信号，在励磁涌流扰动时输出稳定的关断角增量。具体如图3虚框区域所示。
如图3所示，模块1为快速傅里叶转换器，模块2为比较单元，模块3为单稳态多频振荡器，模块4为延时组件，模块5为与门，模块6为两输入选择器，模块7为MAX模块。当CFPREV零序检测法主逻辑启动并对关断角调节一段时间后，模块2对3U0基波分量进行判定：当其大于整定值时，判断CFPREV动作原因是交流系统单相故障，模块2输出为0，继而模块5输出为0，模块6在Ctrl=0的情况下输出B=0，模块7在0与主逻辑输出之间选最大值，对主控制逻辑不产生影响；当其小于整定值时，判断CFPREV动作原因为励磁涌流扰动，模块2输出为1，继而模块5输出为1，模块6在Ctrl=1的情况下输出为A，然后经模块7比较之后输出不经零序检测法判定的稳定关断角增量，防止直流电压反复波动，从而避免直流功率周期性波动。
如图4所示，利用PSCAD/EMTDC电磁仿真程序，建立一个以单12脉动直流输电为核心的电气模型。在直流控保经典模型基础上增加CFPREV功能模块，以逆变站换流母线电压作为CFPREV的输入源，空投逆变站附近变压器，分别得出优化前后CFPREV的输出结果。图5是优化前CFPREV的输出结果，图6是优化后CFPREV的输出结果，横坐标是时间，单位是秒；纵坐标是关断角增量，单位是度。
仿真结果对比可知，优化后的CFPREV能够有效识别励磁涌流造成的扰动，在励磁涌流期间输出稳定的关断角增量，从而避免了逆变站关断角的频繁调节，防止了直流电压反复波动的发生，最终抑制了直流功率的周期性波动，在保证直流输电系统稳定运行方面起到了重要作用。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (1)
1.一种直流控制保护系统换相失败预测控制的优化方法，其特征在于：包括：
将逆变站换流母线零序电压3U0信号输入快速傅里叶转换器，分离出其中的基波分量，并将所述基波分量与设置整定值进行比较，当小于整定值时判定输出信号为1，大于整定值时判定输出信号为0；
将动作信号Z_DET输入单稳态多频振荡器，设置相应的时间定值使所述动作信号Z_DET维持在高位，然后经延时组件得到延时输出信号；
判定输出信号与延时输出信号共同经与门输出至两路输入选择器作为动作判据Ctrl；
上述步骤中通过比较单元对基波分量进行判定：
当所述基波分量大于整定值时输出0，判断CFPREV模块动作原因是交流系统单相故障；与门输出为0，两路输入选择器在Ctrl=0时，输出初始状态B，B的定值设置为常数0，MAX模块在0与主逻辑输出之间选主逻辑输出；
当所述基波分量小于整定值时输出1，判断CFPREV模块动作原因是励磁涌流扰动；与门输出为1，两路输入选择器在Ctrl=1的情况下输出为A，MAX模块在A与主逻辑输出之间选择输出不经零序检测法判定的稳定关断角增量。
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