CN107664718A - 一种hvdc晶闸管级直流均压电阻动态参数在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种HVDC晶闸管级直流均压电阻动态参数在线监测方法，该方法用的装置为HVDC晶闸管级直流均压电阻动态参数在线监测装置，包括相互连接的触发监测板和串联的直流均压电阻‑晶闸管单元，直流均压回路‑晶闸管单元由并联的直流均压回路和晶闸管组成，在晶闸管的负极侧设置电流采集节点，根据直流控制保护系统触发命令计算获取直流均压电阻与晶闸管阳极连接点的电压，通过不同时刻多次采样计算取平均值获得均压电阻参数。通过本发明将过去需要停电检修来检测的工作，转变为设备日常运行中的实时监测，缩短无效的检修时间，从常规变电站设备的“定期检修”变成“状态检修”，在提高换流阀故障发生的预防手段的同时，提高换流阀的可利用率。

Description

一种HVDC晶闸管级直流均压电阻动态参数在线监测方法

技术领域

本发明涉及一种高压直流输电的在线监测方法，具体涉及一种HVDC晶闸管级直流均压电阻动态参数在线监测方法。

背景技术

特高压直流输电具备输送容量大、损耗小、送电距离远等一系列优点，是构建坚强智能电网中大容量远距离输电的重要载体。换流阀作为特高压直流输电的核心装备，是实现交、直流电能转换的核心功能单元，其运行可靠性很大程度上决定了特高压直流电网的运行可靠性。晶闸管级是构成换流阀的基础单元，直流均压电阻作为晶闸管级中直流均压回路的必要组成元件，主要用于在晶闸管级闭锁耐压期间，平衡晶闸管之间电压的功能，降低晶闸管过电压击穿的风险。直流均压电阻长时间在高电压、大电流和强磁场的工况下运行，会对直流均压电阻的物理特性产生直接影响，从而改变直流均压电阻的物理参数。不均匀的直流均压电阻分配，会导致分布在个别晶闸管两端的电压过高，可能会造成个别晶闸管过电压，更危险会造成个别晶闸管被击穿失效的风险。因此，直流均压电阻的可靠性，也会对换流阀稳定运行的可靠性产生直接影响。

目前还没有针对换流阀晶闸管级直流均压电阻动态参数的在线监测技术，大部分技术更侧重于以时间为基础的预防性试验及定期维修制度。这种检修制度由于其自身的盲目性有可能对在运设备造成破坏，在检修水平不高的情况下有可能造成设备“越修越坏”，而频繁的定期维修工作会耗费大量的人力、物力，极大的降低换流阀经济效益。此外，对于特高压换流阀设备，由于常用的预防性试验通常是在离线情况下施加低电压进行的，低压试验完全无法模拟换流阀设备在特高压情况下的运行工况，且离线情况下，也无法模拟设备的热应力等特性，相当一部分运行隐患无法由低压离线试验呈现出来，使得离线检修的作用大打折扣。因此，尽快将保障换流阀可靠性的工作从依靠时间的“制度保障”转变为节约时间的“技术保障”，变得尤为重要。

换流阀晶闸管级直流均压回路是平衡晶闸管承受耐压的核心单元，均匀的、高一致性的直流均压电阻能够良好的将电压平衡的分布在每一个晶闸管两侧，从而降低晶闸管阻抗的差异导致的对个别晶闸管的冲击耐压。工程中应用的直流均压电阻具有极好的一致性，但是随着在强电磁场、强电流和强震动的环境中长时间运行，一串直流均压电阻的一致性就很难长时间保持，而随着直流均压电阻差异性的显现，晶闸管的平衡耐压就无法保证。而直流均压电阻的变化是一个时间常数，因此，通过实时在线监测，发现出现参数差异的直流均压电阻，并及时安排检修，对于换流阀长期可靠运行十分必要。针对换流阀晶闸管级直流均压回路的运行特性，基于欧姆定律可通过途径实现对直流均压电阻的实时在线监测。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种HVDC晶闸管级直流均压电阻动态参数在线监测方法，通过本发明可实现对换流阀晶闸管级直流均压电阻动态参数的在线监测，将过去需要停电检修来检测的工作，转变为设备日常运行中的实时监测，缩短无效的检修时间，从常规变电站设备的“定期检修”变成“状态检修”，在提高换流阀故障发生的预防手段的同时，提高换流阀的可利用率。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种HVDC晶闸管级直流均压电阻动态参数在线监测方法，所述方法用的装置为HVDC晶闸管级直流均压电阻动态参数在线监测装置，所述装置包括相互连接的触发监测板和串联的直流均压电阻-晶闸管单元，所述直流均压回路-晶闸管单元由并联的直流均压回路和晶闸管组成，其改进之处在于，在所述晶闸管级的负极侧设置电流采集节点，利用触发时刻推算晶闸管正极电压，结合多个时刻采样点电流量，获取多个时刻直流均压电阻值，取其平均值定义为最终实时测量值。

进一步的，就地采集获取晶闸管正极电压，包括：在所述晶闸管级的负极侧设置电流采集节点，利用触发时刻推算晶闸管正极电压。

进一步的，令V_m为晶闸管两端正弦电压峰值，该值为换流阀设计值，在设备参数中获得；为第i次采样时晶闸管阳极电压推算值；Δt为晶闸管阴极电压电流采样时间间隔，为预设值，为微妙级参数，i表示第i次采样，第i次采样时晶闸管阳极电压推算值表达式如下：

之后，在所述在直流均压回路的晶闸管负极侧设置电压采集点，获取直流均压电阻电压并就地传送给触发监测板进行计算。

进一步的，通过直流控制保护系统计算获取晶闸管正极电压的等效耐压值，通过获得触发角度的直流控制保护系统计算出晶闸管触发特定窗口期直流均压回路在此时刻的等效耐压值，并传递给触发监测板，配合同时刻采集的直流均压回路电流计算直流均压电阻的实际值。

进一步的，配合同时刻采集的多个静态直流均压回路电流计算直流均压电阻的实际值；

采样n次，n个采样时刻的电流值为负极电压采样值为u_j，j＝1,2,3,…，n，正极电压采样值为i＝1,2,3,…，n，采样时刻直流均压电阻两端电压为

计算得到n个采样时刻的直流均压电阻值：

取n个采样时刻直流均压电阻值的平均值，即为实时测量的直流均压电阻值R_j：

其中：R_j ¹、R_j ²...R_j ⁿ分别表示第1、2...和第n个采样时刻的直流均压电阻值；Δu₁、Δu₂...Δu_n分别表示第1、2...和第n个采样时刻的直流均压电阻两端电压；i_j ¹、i_j ²...i_j ⁿ分别表示第1、2...和第n个采样时刻的电流值。

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。

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：

1)实现换流阀晶闸管级直流均压电阻动态参数的在线监测，可进一步将换流阀各元件状态上传控制保护系统，在后台形成整个换流阀状态监视单元，进而可以实现对实时运行换流阀自身各部分状态的可视化。

2)实现换流阀晶闸管级直流均压电阻动态参数的在线监测，可将目前年度检修中的晶闸管级单级测试的项目，转换成对运行中换流阀监测诊断的日常化，将过去只有年度检修升级为实时在线监测，进而可实现对换流阀的免维护。

3)本直流均压电阻动态参数在线监测方法针对直流均压回路运行的特性，根据一次侧的不同情况，通过两种途径解决了直流均压电阻电压的采集，可以良好的兼容不同换流阀的工况情况，确保了此在线监测方法的实用性。

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

图1是本发明提供的直流均压电阻动态参数监测拓扑图；

图2是本发明提供的晶闸管级直流均压回路电压波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

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。

本发明提供一种HVDC晶闸管级直流均压电阻动态参数在线监测方法，如图1所示，本方法通过获得直流均压电阻流过的电流和同时刻承受的电压，根据欧姆定律在触发监测板内完成对直流均压电阻的就地计算。本法是通过在直流均压回路内串入电流采集节点，实现对本支路直流均压电阻流过电流的实时采集，而对于直流均压电阻的电压，可通过两种途径获取，分别是就地采集获取和系统计算获取。如图1所示，直流均压电阻耐受电压的就地采集获取方法，是在直流均压回路的晶闸管正极侧布置电压采集节点，获取直流均压电阻电压并就地传送给触发监测板进行计算。直流均压电阻耐受电压的系统计算获取方法，是在晶闸管导通时刻，如图2所示，通过获得触发角度的控制保护系统计算出晶闸管触发特定窗口期直流均压回路在此时刻的等效耐压值，并传递给触发监测板，配合同时刻采集的直流均压回路电流计算直流均压电阻的实际值。

1)换流阀一次侧适合增加元件时，通过在直流均压回路增加一个电压采集节点和一个电流采集节点，就地采集直流均压电阻电压和电流，计算直流均压电阻值，如图1中的方法1，即左上角的增加电压采集点的方法；在所述晶闸管的负极侧设置电流采集节点，利用触发时刻推算晶闸管正极电压，结合多个时刻采样点电流量，获取多个时刻直流均压电阻值；晶闸管正极电压表达是如下：

其中：V_m为晶闸管两端正弦电压峰值，该值为换流阀设计值，在设备参数中获得；为第i次采样时晶闸管阳极电压推算值；Δt为晶闸管阴极电压电流采样时间间隔，为预设值，为微妙级参数。

2)换流阀一次侧不适合增加元件时，通过直流控制保护性系统依据触发角时刻计算出直流均压电阻的等效电压值，并配合串入的电流采集节点，计算直流均压电阻值，如图1中的方法2，即左上角的用直流控制保护系统获取电压值的方法。

直流控制保护系统需要根据设定的触发角，在晶闸管导通瞬间的特殊窗口期计算出相应直流均压电阻的等效电压值，配合采集的同时刻电流值，用于计算直流均压电阻的实际值，如图2所示。

采样4次，4个采样时刻的电流值为i_j，负极电流采样值为u_j，j＝1,2,3,4，正极电压值为i＝1,2,3,4，采样时刻直流均压电阻两端电压为

计算得到4个采样时刻的电阻值：

取4个采样时刻直流均压电阻值的平均值，即为测量的电阻值R_j：

其中：R_j ¹、R_j ²...R_j ⁴分别表示第1、2...和第n个采样时刻的直流均压电阻值；Δu₁、Δu₂...Δu₄分别表示第1、2...和第n个采样时刻的直流均压电阻两端电压；i_j ¹、i_j ²...i_j ⁴分别表示第1、2、...，和第4个采样时刻的电流值。

考虑到实际工程的应用，就地采集法会在一次侧增加元件，但对于参数采集时刻无要求，而系统计算法可以避免对一侧系统结构的影响，但是对于采集时刻有特殊的要求。直流均压电阻作为一致性极高的电阻元件，其实现晶闸管耐压均衡的重要特性在于同串电阻差异性极小，因此对于直流均压电阻的监测，对一致性的监测重要性要高于对具体每个电阻参数的监测。因此，如一次侧增加电压采集节点可行，可以通过就地采集法采集每个直流均压回路电压，电流采集节点采集直流均压回路电流，并发送给本晶闸管级回路的触发监测板进行直流均压电阻计算。而对于一次侧不便于增加元件的情况，可以通过系统计算法，经直流控制保护系统依据触发角计算出晶闸管导通时刻直流均压回路的等效耐压值，并发送给相应晶闸管级触发监测板，进行本支路直流均压电阻的计算。

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 (5)

1.一种HVDC晶闸管级直流均压电阻动态参数在线监测方法，所述方法用的装置为HVDC晶闸管级直流均压电阻动态参数在线监测装置，所述装置包括相互连接的触发监测板和串联的直流均压电阻-晶闸管单元，所述直流均压回路-晶闸管单元由并联的直流均压回路和晶闸管组成，其特征在于，在所述晶闸管级的负极侧设置电流采集节点，利用触发时刻推算晶闸管正极电压，结合多个时刻采样点电流量，获取多个时刻直流均压电阻值，取其平均值定义为最终实时测量值。

2.如权利要求1所述的直流均压电阻动态参数在线监测方法，其特征在于，就地采集获取晶闸管正极电压，包括：在所述晶闸管级的负极侧设置电流采集节点，利用触发时刻推算晶闸管正极电压。

3.如权利要求2所述的直流均压电阻动态参数在线监测方法，其特征在于，令V_m为晶闸管两端正弦电压峰值，该值为换流阀设计值，在设备参数中获得；为第i次采样时晶闸管阳极电压推算值；Δt为晶闸管阴极电压电流采样时间间隔，为预设值，为微妙级参数，i表示第i次采样，第i次采样时晶闸管阳极电压推算值表达式如下：

<mrow> <msubsup> <mi>u</mi> <mi>A</mi> <mi>i</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>m</mi> </msub> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mn>100</mn> <mi>&amp;pi;</mi> <mo>*</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> <mo>*</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

之后，在所述在直流均压回路的晶闸管负极侧设置电压采集点，获取直流均压电阻电压并就地传送给触发监测板进行计算。

4.如权利要求1所述的直流均压电阻动态参数在线监测方法，其特征在于，通过直流控制保护系统计算获取晶闸管正极电压的等效耐压值，通过获得触发角度的直流控制保护系统计算出晶闸管触发特定窗口期直流均压回路在此时刻的等效耐压值，并传递给触发监测板，配合同时刻采集的直流均压回路电流计算直流均压电阻的实际值。

5.如权利要求4所述的直流均压电阻动态参数在线监测方法，其特征在于，配合同时刻采集的多个静态直流均压回路电流计算直流均压电阻的实际值；

采样n次，n个采样时刻的电流值为负极电压采样值为u_j，j＝1,2,3,…，n，正极电压采样值为i＝1,2,3,…，n，采样时刻直流均压电阻两端电压为

计算得到n个采样时刻的直流均压电阻值：

<mrow> <msup> <msub> <mi>R</mi> <mi>j</mi> </msub> <mn>1</mn> </msup> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;u</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> <mrow> <msup> <msub> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </msub> <mn>1</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>:</mo> <msup> <msub> <mi>R</mi> <mi>j</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;u</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> <mrow> <msup> <msub> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> <mo>...</mo> <mo>;</mo> <msup> <msub> <mi>R</mi> <mi>j</mi> </msub> <mi>n</mi> </msup> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;u</mi> <mi>n</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msup> <msub> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </msub> <mi>n</mi> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>

取n个采样时刻直流均压电阻值的平均值，即为实时测量的直流均压电阻值R_j：

<mrow> <msub> <mi>R</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msup> <msub> <mi>R</mi> <mi>j</mi> </msub> <mn>1</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <msub> <mi>R</mi> <mi>j</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <mo>...</mo> <mo>+</mo> <msup> <msub> <mi>R</mi> <mi>j</mi> </msub> <mi>n</mi> </msup> </mrow> <mi>n</mi> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>

其中：R_j ¹、R_j ²...R_j ⁿ分别表示第1、2...和第n个采样时刻的直流均压电阻值；Δu₁、Δu₂...Δu_n分别表示第1、2...和第n个采样时刻的直流均压电阻两端电压；i_j ¹、i_j ²...i_j ⁿ分别表示第1、2...和第n个采样时刻的电流值。