CN106712070B - 一种基于可控电阻抑制换相失败的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于可控电阻抑制换相失败的方法及系统，该法包括：检测交流系统的输入阻抗和控制系统根据输入阻抗与整定值的偏差调节可控电阻。本发明提供的技术方案对于短时性故障和永久性故障均具有很好的抑制作用。降低了换相失败发生风险，避免了直流系统换相失败闭锁引起的送端切机、受端切负荷所产生的不利后果。从而保证了受端系统其余部分正常接收有功功率的同时，无功功率也基本保持在正常运行水平。对于健全部分系统的稳定性具有重要的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种抑制换相失败的方法，具体讲涉及一种基于可控电阻抑制换相失败的方法及系统。
背景技术
与相同电压等级的交流输电线路比，高压直流输电输电容量大、输送距离远、运行高度可控，因而其在远距离大容量电力传输和异步联网中具有很重要的作用。由于可关断器件发展水平限制，大容量高压直流输电目前主要是采用晶闸管作为开关元件的常规直流输电。然而，晶闸管是一半控型电力电子器件，本身不具备自关断能力，其关断过程必须依赖受端电网提供换相电压，强迫电流过零自然关断。在受端电网发生故障不能提供足够的换相电压时，晶闸管阀可能无法正常完成换相过程，引发换相失败，严重时将导致直流输电系统闭锁。随着一些地区多条直流线路馈入和投运，交流系统发生故障时可能引发多条直流线路同时发生换相失败的风险，对受端电网的安全运行造成巨大的威胁。
因此，需要提供一种抑制换相失败的方法来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于可控电阻抑制换相失败的方法及系统。
一种基于可控电阻抑制换相失败的方法，所述方法包括：
检测交流系统的输入阻抗；
控制系统根据输入阻抗与整定值的偏差调节可控电阻。
进一步的，所述输入阻抗Zin如下式所示：
其中，U和I为检测点的电压和电流。
进一步的，所述可控电阻包括：第一全控器件、第二全控器件和电阻，所述第一全控器件和第二全控器件反并联后并联电阻，所述可控电阻通过第一全控器件T1和第二全控器件T2的导通和关断来实现在可控电阻流过交流电流时电阻R的有序投切。
进一步的，所述电阻的有序投切包括：
交流系统正常运行时，T1和T2导通，电阻R切除，电流在一个周期内分别流过
T1和T2；交流系统故障时，通过控制T1和T2的导通和关断，实现电阻R的投入
和切除。
进一步的，交流系统故障时，通过控制T1和T2的导通和关断，实现电阻R的投入和切除，包括检测点的输入阻抗ZinA如下式所示：
ZinA＝R+Xl+Rf
其中，Xl：A点与短路点之间的电抗，Rf：接地电阻；R：所述电阻。
交流系统的A点发生不对称故障时，各相需投入电阻如下式所示：
其中，下标a、b和c分别代表各项分量。
进一步的，其特征在于，所述控制系统根据偏差调节可控电阻，包括：通过PWM控制可控电阻在一个控制周期内的电阻的投入和切除的时间，间接控制可控电阻对外表现的电阻值。
进一步的，所述电阻的投入和切除包括：全控器件导通时，电流流经全控器件，电阻切除，可控电阻对外表现的阻值为零；全控器件关断时，电阻投入，电流流经电阻，可控电阻对外表现的阻值为电阻阻值。
一种基于可控电阻抑制换相失败的系统，所述系统包括：
检测模块，用于检测交流系统的输入阻抗；
执行模块，用于控制系统根据输入阻抗与整定值的偏差调节可控电阻。
进一步的，所述检测模块，检测的
所述输入阻抗Zin如下式所示：
其中，U和I为检测点的电压和电流。
进一步的，所述执行模块，调节的
所述可控电阻包括：第一全控器件、第二全控器件和电阻，所述第一全控器件和第二全控器件反并联后并联电阻，所述可控电阻通过第一全控器件T1和第二全控器件T2的导通和关断来实现在可控电阻流过交流电流时电阻R的有序投切。
进一步的，所述执行模块，按照下述方式实现：
所述电阻的有序投切包括：
交流系统正常运行时，T1和T2导通，电阻R切除，电流在一个周期内分别流过T1和T2；交流系统故障时，通过控制T1和T2的导通和关断，实现电阻R的投入和切除。
进一步的，所述执行模块，具体用于：
交流系统故障时，通过控制T1和T2的导通和关断，实现电阻R的投入和切除，包括检测点的输入阻抗ZinA如下式所示：
ZinA＝R+Xl+Rf
其中，Xl：A点与短路点之间的电抗，Rf：接地电阻；R：所述电阻。
交流系统的A点发生不对称故障时，各相需投入电阻如下式所示：
其中，下标a、b和c分别代表各项分量。
进一步的，所述执行模块，具体用于：
通过PWM控制可控电阻在一个控制周期内的电阻的投入和切除的时间，间接控制可控电阻对外表现的电阻值。
进一步的，所述执行模块，具体用于：
所述电阻的投入和切除包括：全控器件导通时，电流流经全控器件，电阻切除，可控电阻对外表现的阻值为零；全控器件关断时，电阻投入，电流流经电阻，可控电阻对外表现的阻值为电阻阻值。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的技术方案从限制换流站流入故障点的电流提高换流母线电压的角度，提出了抑制换相失败的方法。通过仿真验证，对于短时性故障和永久性故障均具有很好的抑制作用。选用的装置在系统正常运行时对外仅表现为很小的电阻，只有很小的有功损耗。在发生换相失败时，通过可控电阻的投切，可以提高换流母线电压稳定性，保证换流器正常运行，降低了换相失败发生风险，避免了直流系统换相失败闭锁引起的送端切机、受端切负荷的尴尬局面。从而保证受端系统其余部分正常接收有功功率的同时，无功功率也基本保持在正常运行水平。对于健全部分系统的稳定性具有重要的作用。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为可控电阻结构示意图；
图3为配置有可控电阻的受端系统等值图；
图4为A点发生故障后系统等值图；
图5为仿真测试系统及控制系统回路图；
图6为单相接地短路时换流母线电压波形图；
图7为两相短路时换流母线电压波形图；
图8为三相短路时换流母线电压波形图；
图9为两相短路接地时换流母线电压波形图；
图10为各种故障时逆变站换流母线电压有效值波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
当逆变站有多回出线时，其中一回发生故障，逆变站换流母线电压将急剧下降，通过在故障点和换流母线间增加一定阻值的电阻，由可控电阻来补偿由于故障引起的线路阻抗变化，保证出线输送的功率和换流母线电压稳定，达到减少和避免直流系统发生换相失败风险，保证直流系统正常运行。
1、可控电阻
可控电阻为两个全控器件反并联后并联电阻。通过2个开关器件的导通和关断，可以实现在可控电阻流过交流电流时电阻R的有序投切，结构如图2所示。
正常运行时，T1和T2导通，电阻R切除，电流在一个周期内分别流过T1和T2。在电流方向为由A到B时，电流流过T2。在电流方向为由B到A时，电流流过T1。故障时，通过控制T1和T2的导通和关断，就可以实现电阻R的投入和切除。在一个控制周期中，通过改变电阻R的投入时间，就可以改变可控电阻对外表现的阻值。对于具有多回出线的换流站，安装有可控电阻的受端系统如图3所示。
RC1和RC2为可控电阻，X1和X2分别为两系统的等值阻抗。系统正常运行时可控电阻RC1和RC2切除，对外表现阻值近乎为0，换流母线电压为U2N。在交流系统中发生短路故障后，换流母线电压降为U′2N。若U′2N小于临界换相电压，则会发生换相失败。此时将图3对应线路的可控电阻RC2投入，增大短路点到换流母线电气距离，提高换流母线电压至U″2N，当U″2N大于临界换相电压，逆变器即可正常运行，避免换相失败发生。
2、阻值整定
可控电阻的投入需要保证整流器和受端其余健全系统的功率稳定。
对于图3系统，若在换流站出口即A点发生三相短路故障，短路电阻为零。可控电阻RC2投入，此时系统等值图如图4。
定义系统中某一点的电压与该点电流的比值为该点的输入阻抗。用Zin表示，即
其中U和I为同一点的电压和电流。
研究表明，如果保证交流系统发生故障前后各受端系统在换流母线处的输入阻抗保持恒定，非故障系统便能稳定运行。因此在图4中的A点发生三相短路故障时，只需要在换流母线与故障点串接一个阻值和A点输入阻抗相同的值即可保证其余系统稳定运行。如果故障点在线路中部，且短路电阻不为零。需投入电阻满足下式：
ZinA＝R+Xl+Rf (2)
其中Xl为A点与短路点之间的电抗，Rf为接地电阻。如发生不对称故障，各相需投入电阻满足式(3)。
当系统发生故障，针对各相投入按公式(3)整定的电阻值，即可保证直流系统以及健全交流系统安全稳定运行。由于在线路首端发生短路电阻为零的短路，式(2)中对应相右端后两项为零。则可控电阻中的电阻值需要大于或等于该系统最小运行方式下的输入阻抗。
3、控制系统
由于接地点的不同，接地电阻的不同，为了保证换流母线电压在任何故障时均保持恒定，需要对可控电阻的阻值进行调节。通过PWM控制可控电阻在一个控制周期内的电阻投入和切除的时间，间接控制可控电阻对外表现的电阻值。
IGBT导通时，电流流经IGBT，电阻几乎被旁路，可控电阻对外表现阻值为零。IGBT关断时，电流流经电阻，可控电阻对外表现阻值电阻阻值。通过在很短的控制周期内改变IGBT导通和关断的时间，也就是改变了电阻投入和切除的时间，以此来改变可控电阻对外阻值。
PWM实现：PI控制器输出的占空比(电阻投入时间和控制周期之比)与三角波进行比较，输出PWM控制信号，控制IGBT的通与断。
根据正常运行时系统参数获得线路ZinA，作为控制系统的参考值Zref，仅需在改变系统运行状态后根据实测值进行整定。故障后的输入阻抗根据式(1)进行实时测量，作为反馈量Z参与系统控制。仿真测试系统及图4系统的可控电阻控制系统回路如图5所示。
可控电阻通过控制环节的控制对外表现不同的阻值，保证在故障时换流母线处各系统的输入阻抗恒定，各系统输送或吸收与正常运行时相对应的功率。
在图6-10中，采用Cigre_Benchmark直流输电标准模型作为测试系统，将逆变站出线增加两回，增加的两回系统参数与标准测试系统中相同。改动后受端系统如图5：可控电阻中电阻R取200Ω，2s时系统可控电阻右侧分别发生单相接地、两相短路、两相短路接地和三相短路故障，维持2s。可控电阻在2.5s时投入。可控电阻投入前后逆变站换流母线电压波形和有效值如图6-10所示。从仿真波形可以看出，不论发生何种故障，通过可控电阻的投入均可以提高换流母线的电压，并且保证电压波形基本对称，从而使得逆变站换流母线可以为逆变器提供足够换相电压。投入可控电阻后，直流系统便可以较为稳定地运行。
一种基于可控电阻抑制换相失败的系统，所述系统包括：
检测模块，用于检测交流系统的输入阻抗；
执行模块，用于控制系统根据输入阻抗与整定值的偏差调节可控电阻。
所述检测模块，检测的
所述输入阻抗Zin如下式所示：
其中，U和I为检测点的电压和电流。
所述执行模块，调节的
所述可控电阻包括：第一全控器件、第二全控器件和电阻，所述第一全控器件和第二全控器件反并联后并联电阻，所述可控电阻通过第一全控器件T1和第二全控器件T2的导通和关断来实现在可控电阻流过交流电流时电阻R的有序投切。
所述执行模块，按照下述方式实现：
所述电阻的有序投切包括：
交流系统正常运行时，T1和T2导通，电阻R切除，电流在一个周期内分别流过T1和T2；交流系统故障时，通过控制T1和T2的导通和关断，实现电阻R的投入和切除。
所述执行模块，具体用于：
交流系统故障时，通过控制T1和T2的导通和关断，实现电阻R的投入和切除，包括检测点的输入阻抗ZinA如下式所示：
ZinA＝R+Xl+Rf
其中，Xl：A点与短路点之间的电抗，Rf：接地电阻；R：所述电阻。
交流系统的A点发生不对称故障时，各相需投入电阻如下式所示：
其中，下标a、b和c分别代表各项分量。
所述执行模块，具体用于：
通过PWM控制可控电阻在一个控制周期内的电阻的投入和切除的时间，间接控制可控电阻对外表现的电阻值。
所述执行模块，具体用于：
所述电阻的投入和切除包括：全控器件导通时，电流流经全控器件，电阻切除，可控电阻对外表现的阻值为零；全控器件关断时，电阻投入，电流流经电阻，可控电阻对外表现的阻值为电阻阻值。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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)
1.一种基于可控电阻抑制换相失败的方法，其特征在于，所述方法包括：
检测交流系统的输入阻抗；
控制系统根据输入阻抗与整定值的偏差调节可控电阻；
所述可控电阻包括：第一全控器件、第二全控器件和电阻，所述第一全控器件和第二全控器件反并联后并联电阻，所述可控电阻通过第一全控器件T1和第二全控器件T2的导通和关断来实现在可控电阻流过交流电流时电阻R的有序投切；
所述电阻的有序投切包括：
交流系统正常运行时，T1和T2导通，电阻R切除，电流在一个周期内分别流过T1和T2；交流系统故障时，通过控制T1和T2的导通和关断，实现电阻R的投入和切除；
交流系统故障时，通过控制T1和T2的导通和关断，实现电阻R的投入和切除，包括检测点的输入阻抗ZinA如下式所示：
ZinA＝R+Xl+Rf
其中，Xl：检测点与短路点之间的电抗，Rf：接地电阻；R：所述电阻；
交流系统的A点发生不对称故障时，各相需投入电阻如下式所示：
其中，下标a、b和c分别代表各项分量；
控制系统根据输入阻抗与整定值的偏差调节可控电阻，包括：通过PWM控制可控电阻在一个控制周期内的电阻的投入和切除的时间，间接控制可控电阻对外表现的电阻值；
所述电阻的投入和切除包括：全控器件导通时，电流流经全控器件，电阻切除，可控电阻对外表现的阻值为零；全控器件关断时，电阻投入，电流流经电阻，可控电阻对外表现的阻值为电阻阻值。
2.如权利要求1所述的一种基于可控电阻抑制换相失败的方法，其特征在于，所述输入阻抗Zin如下式所示：
其中，U和I为检测点的电压和电流。
3.一种基于可控电阻抑制换相失败的系统，其特征在于，所述系统包括：
检测模块，用于检测交流系统的输入阻抗；
执行模块，用于控制系统根据输入阻抗与整定值的偏差调节可控电阻；
所述执行模块调节的所述可控电阻包括：第一全控器件、第二全控器件和电阻，所述第一全控器件和第二全控器件反并联后并联电阻，所述可控电阻通过第一全控器件T1和第二全控器件T2的导通和关断来实现在可控电阻流过交流电流时电阻R的有序投切；
所述执行模块，按照下述方式实现：所述电阻的有序投切包括：
交流系统正常运行时，T1和T2导通，电阻R切除，电流在一个周期内分别流过T1和T2；交流系统故障时，通过控制T1和T2的导通和关断，实现电阻R的投入和切除；
所述执行模块，具体用于：
交流系统故障时，通过控制T1和T2的导通和关断，实现电阻R的投入和切除，包括检测点的输入阻抗ZinA如下式所示：
ZinA＝R+Xl+Rf
其中，Xl：A点与短路点之间的电抗，Rf：接地电阻；R：所述电阻；
交流系统的A点发生不对称故障时，各相需投入电阻如下式所示：
其中，下标a、b和c分别代表各项分量；
所述执行模块，具体用于：
通过PWM控制可控电阻在一个控制周期内的电阻的投入和切除的时间，间接控制可控电阻对外表现的电阻值；
所述执行模块，具体用于：
所述电阻的投入和切除包括：全控器件导通时，电流流经全控器件，电阻切除，可控电阻对外表现的阻值为零；全控器件关断时，电阻投入，电流流经电阻，可控电阻对外表现的阻值为电阻阻值。
4.如权利要求3所述的一种基于可控电阻抑制换相失败的系统，其特征在于，所述检测模块，检测的所述输入阻抗Zin如下式所示：
其中，U和I为检测点的电压和电流。
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Also Published As
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