CN106786712B - 一种适用于分层接入方式的换相失败预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于分层接入方式的换相失败预测方法，包括：采集本极中性母线的直流电流；判断是否满足换相失败预测判据，换相失败预测判据包括所述直流电流的突变量大于第一设定阈值时与直流电流的突变量大于第二设定阈值时的时间差值小于设定时间长度；若满足换相失败预测判据，则执行防止换相失败的措施。本发明可有效避免当同极的一个换流阀换相失败时，本极的其他换流阀跟随出现换相失败的现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于分层接入方式的换相失败预测方法，属于特高压直流输电控制技术领域。
背景技术
普通接入方式下，受端双极四阀组同时接入同一个交流电网，而分层接入方式下，受端属于直流系统同一极的高、低端两个阀组分别接入两个电压等级不同的交流电网。如图1所示，电压等级为1100kV的直流系统同一极的高、低端两个阀组分别接入电压等级为500kV及1 000kV交流电网中。由于常规的特高压直流受端高低端阀组接入同一交流电网，当交流近端发生故障时，同一极的高、低端两个阀组能同时检测到故障，导致换相失败预测功能动作。但是，当受端采用分层接入方式时，同一极的高、低端阀组分别接入到两个不同的交流电网，由于两个交流电网的耦合较弱，当一个交流电网发生交流故障时，另一交流电网受到影响较小继续稳定运行。但是，当同极的一个阀组发生换相失败故障时，会因故障阀组直流侧直接短路而导致直流电流突变，因同极的两个阀组属于串联阀组，直流电流相等，故障阀组引起的直流电流的快速上升会引起同极的非故障阀组换相面积快速减小，最终导致非故障阀组因换相面积不足而引发换相失败故障。
目前，工程中的换相失败预测判据，如零序电压判据或变换电压判据，都是基于交流电压的算法，对于常规特高压直流受端高、低端阀组接入同一交流电网是足够灵敏的，但是对于受端采用分层接入方式，由于同一极串联的两个阀组接在不同的交流电网中，分层接入方式下的两个交流电网不存在强耦合现象，单一交流电网受到干扰时，另一交流电网可不受干扰继续稳定运行，而常规的换相失败预测判据完全依靠判断与本阀组相连的交流电网的交流电压畸变情况来动作，只适用于本阀组的换相失败预测，而完全不能反映同极的另一串联阀组的换相情况。例如在图1中，当500kV交流电网受到扰动而导致与之相连的高端阀组发生换相失败时，此时与低端阀组相连的1 000kV交流电网并未受到扰动，因此低端阀组中配置的常规换相失败判据则无法动作，而与1 000kV交流电网相连的低端阀组却会因直流电流的突变而导致换相面积不足发生换相失败故障。
因此，对于受端采用分层接入方式的特高压直流输电工程，当一个换流阀组发生换相失败时，如何避免同一极的另一个换流阀组跟随换相失败成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于分层接入方式的换相失败预测方法，用于解决在受端采用分层接入方式的特高压直流输电工程中，当一个换流阀发生换相失败时，如何避免同一极的另一个换流阀跟随换相失败的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于分层接入方式的换相失败预测方法，包括以下方案：
方案一：包括以下步骤：
步骤1，采集本极中性母线的直流电流；
步骤2，判断是否满足换相失败预测判据，所述换相失败预测判据包括所述直流电流的突变量大于第一设定阈值时与所述直流电流的突变量大于第二设定阈值时的时间差值小于设定时间长度；
步骤3，若满足换相失败预测判据，则执行防止换相失败的措施。
方案二：在方案一的基础上，步骤2中所述换相失败预测判据的表达式为：
其中，为本极中性母线直流电流的突变量ΔIDNC大于第一设定阈值K1Ipu的时刻，Ipu为本极中性母线满标幺直流电流，K1为满标幺直流电流的第一比例系数，T(ΔIDNC＞K2Ipu)为本极中性母线直流电流的突变量ΔIDNC大于第二设定阈值K2Ipu的时刻，K2为满标幺直流电流的第二比例系数，ΔT表示本极中性母线直流电流的突变量ΔIDNC大于第一设定阈值K1Ipu时与直流电流的突变量ΔIDNC大于第二设定阈值K2Ipu时的时间差值，Ts为设定时间长度，IDNC为本极中性母线直流电流的当前值，为对本极中性母线直流电流的历史值I′DNC进行T秒钟平滑后的值。
方案三：在方案二的基础上，第一比例系数K1＝0.06，第二比例系数K2＝0.02，设定时间长度Ts＝10ms，对本极中性母线直流电流的历史值I′DNC进行20秒钟平滑。
方案四、五、六：在方案一、二或三的基础上，步骤3中所述防止换相失败的措施包括增加本极换流阀的熄弧角参考值并减小换流阀的触发角。
方案七、八、九：在方案四、五或六的基础上，步骤3中所述换流阀的熄弧角参考值增加10度，换流阀的触发角减小5度。
方案十、十一、十二：在方案一、二或三的基础上，步骤3中还包括满足换相失败预测判据的信号出口后，对出口信号展宽设定的时间。
本发明的有益效果是：根据本极中性母线直流电流的突变量大于第一设定阈值时与直流电流的突变量大于第二设定阈值时的时间差值是否小于设定时间长度来判断本极换流阀是否会出现换相失败，若本极换流阀会出现换相失败，则执行防止换相失败的措施，有效避免了当本极的一个换流阀换相失败时，本极的其他换流阀出现跟随换相失败的现象。
附图说明
图1是分层接入方式下直流输电系统主接线简图；
图2是分层接入方式下受端控制保护系统的分层结构图；
图3是分层接入方式下直流电流的测点示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
分层接入方式下受端控制保护系统的分层结构如图2所示，整个系统由直流站控系统、极控制系统和阀组控控制系统三层装置来实现，各装置之间通过快速通讯总线来通讯，各装置可以采用高压直流输电领域常用的嵌入式工业控制平台或PC装置来实现。本发明的适用于分层接入方式的换相失败预测方法主要应用在阀组控制系统中，当同极中的一个换流阀换相失败后，避免本极的其他换流阀跟随出现换相失败。
适用于分层接入方式的换相失败预测方法包括以下步骤：
步骤1，采集本极中性母线的直流电流。
如图3所示，对于极1换流阀组和极2换流阀组分层接入500kV的交流系统和1000kV的交流系统，换相失败预测方法的直流电流测点的位置处于中性母线上，其中，A点为极1直流电流的测试点，B点为极2直流电流的测试点。中性母线直流电流的当前值IDNC为直接采集获取的电流值，即在其采集处理过程中不增加任何的平滑过程。
步骤2，判断是否满足换相失败预测判据，该换相失败预测判据包括本极中性母线直流电流的突变量大于第一设定阈值时与直流电流的突变量大于第二设定阈值时的时间差值小于设定时间长度。
步骤2中换相失败预测判据的表达式为：
其中，为本极中性母线直流电流的突变量ΔIDNC大于第一设定阈值K1Ipu的时刻，Ipu为本极中性母线满标幺直流电流，K1为满标幺直流电流的第一比例系数，为本极中性母线直流电流的突变量ΔIDNC大于第二设定阈值K2Ipu的时刻，K2为满标幺直流电流的第二比例系数，ΔT表示本极中性母线直流电流的突变量ΔIDNC大于第一设定阈值K1Ipu时与直流电流的突变量ΔIDNC大于第二设定阈值K2Ipu时的时间差值，Ts为设定时间长度，IDNC为本极中性母线直流电流的当前值，为对本极中性母线直流电流的历史值I′DNC进行T秒钟平滑后的值。
具体的，第一比例系数K1＝0.06，第二比例系数K2＝0.02，设定时间长度Ts＝10ms，对本极中性母线直流电流的历史值I′DNC进行20秒钟平滑。
当然，上述换相失败预测判据中的第一比例系数K1，第二比例系数K2，设定时间长度Ts以及平滑的时间20秒钟仅是作为一种具体的实施例，在实际设定时，可根据直流系统的主回路参数来确定。
步骤3，若满足换相失败预测判据，则执行防止换相失败的措施。
在本实施例中，防止换相失败的措施为增加本极换流阀的熄弧角参考值并减小换流阀的触发角。具体的，换流阀的熄弧角参考值增加10度，换流阀的触发角减小5度。实际应用中，可以根据直流输电系统的主回路参数的具体情况来进步一优化两个角度改变的大小。在可以避免本极换流阀换相失败的情况下，增加本极换流阀的熄弧角参考值和减小换流阀的触发角的动作可以同时投入，也可以择一投入。
另外，当满足换相失败预测判据时，也可以选择投入现有技术中其他的防止换相失败的措施。
在步骤3中，若满足换相失败预测判据，在满足换相失败预测判据的信号出口后，对出口信号展宽设定一个时间，以防止连续换相失败故障的发生。在整个出口信号展宽过程中，直流控制系统会根据这个信号来主动增大换流阀的熄弧角，为换流阀提供更大的换相面积来抵御换相失败故障的发生。具体展宽时间的大小可根据直流系统的主回路参数来确定。
上述适用于分层接入方式的换相失败预测方法需要在一个程序执行周期内完成，整个算法的计算周期不能高于设定的时间，例如设定时间为0.625ms。
在直流输电控制系统中，上述的换相失败预测判据可以与其它换相失败预测判据如零序电压判据或变换电压判据同时开放，不需要相互闭锁，也不需要更改原有换相失败判据的算法逻辑，多个换相失败判据可以同时出口，以避免直流系统故障的扩大化。
Claims (6)
1.一种适用于分层接入方式的换相失败预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，采集本极中性母线的直流电流；
步骤2，判断是否满足换相失败预测判据，所述换相失败预测判据包括所述直流电流的突变量大于第一设定阈值时与所述直流电流的突变量大于第二设定阈值时的时间差值小于设定时间长度；
步骤3，若满足换相失败预测判据，则执行防止换相失败的措施。
2.根据权利要求1所述的适用于分层接入方式的换相失败预测方法，其特征在于，步骤2中所述换相失败预测判据的表达式为：
其中，为本极中性母线直流电流的突变量ΔIDNC大于第一设定阈值K1Ipu的时刻，Ipu为本极中性母线满标幺直流电流，K1为满标幺直流电流的第一比例系数，为本极中性母线直流电流的突变量ΔIDNC大于第二设定阈值K2Ipu的时刻，K2为满标幺直流电流的第二比例系数，ΔT表示本极中性母线直流电流的突变量ΔIDNC大于第一设定阈值K1Ipu时与直流电流的突变量ΔIDNC大于第二设定阈值K2Ipu时的时间差值，Ts为设定时间长度，IDNC为本极中性母线直流电流的当前值，为对本极中性母线直流电流的历史值I′DNC进行T秒钟平滑后的值。
3.根据权利要求2所述的适用于分层接入方式的换相失败预测方法，其特征在于，第一比例系数K1＝0.06，第二比例系数K2＝0.02，设定时间长度Ts＝10ms，对本极中性母线直流电流的历史值I′DNC进行20秒钟平滑。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的适用于分层接入方式的换相失败预测方法，其特征在于，步骤3中所述防止换相失败的措施包括增加本极换流阀的熄弧角参考值并减小换流阀的触发角。
5.根据权利要求4所述的适用于分层接入方式的换相失败预测方法，其特征在于，步骤3中所述换流阀的熄弧角参考值增加10度，换流阀的触发角减小5度。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的适用于分层接入方式的换相失败预测方法，其特征在于，步骤3中还包括满足换相失败预测判据的信号出口后，对出口信号展宽设定的时间。
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