CN107664719B - 一种高压直流输电阻尼电容状态监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高压直流输电阻尼电容状态监测方法，包括下述步骤：1)确定求解阻尼电容值的连续微分方程；2)将求解阻尼电容值的连续微分方程离散化；3)根据离散的电容电压和电流采样值计算阻尼电容值。本发明提供的技术方案为在线监测阻尼电容值提供技术支撑，同时为整个换流阀工作状态监测及故障预判提供依据。本发明还可为实现换流阀“定期检修”到“状态检修”的转变奠定基础，解决目前无法对换流阀实现故障预判而导致的可靠性问题和只能定期检修造成的可用率相对低问题，最终提升换流阀可靠性和可用率。
Description
技术领域
本发明涉及特高压直流输电技术领域，具体涉及一种高压直流输电阻尼电容状态监测方法。
背景技术
高压直流换流阀由晶闸管、阻尼回路和均压回路等关键元部件串联组成(如图1)，其中阻尼回路的作用是在晶闸管关断恢复期间降低换流阀的换相电压过冲，同时起到串联晶闸管的动态均压作用，从而保护晶闸管不受关断过电压的侵害及保持电压均匀分布。
阻尼回路又由阻尼电容和阻尼电阻组成。其中，阻尼电容越大，换流阀换相过电压峰值越小，但是会增加换流阀的损耗，不利于换流阀长期运行。然而，阻尼电容值太小，则起不到对换流阀换相过电压的阻尼作用，存在晶闸管被过电压击穿风险。
因此，阻尼电容的容值对整个换流阀的安全稳定运行至关重要，若能实时监测阻尼电容值，可为整个换流阀运行状态的实时监测和故障诊断及预判提供依据。同时，进一步通过制定科学合理的检修计划提高换流阀的可用率和可靠性。
目前，国内外还没有实时监测阻尼电容值及其他关键部件运行参数的有效方法，无法做到换流阀的运行状态实时监测和故障预判，故障处理具有滞后性，并只能实施定期检修，因此换流阀的可靠性和可用率提升空间较大。
综上，有必要研究能够在线实时、准确测量阻尼电容值的原理和有效方法，为在线监测阻尼电容值提供技术支撑，同时为整个换流阀工作状态监测及故障预判提供依据。
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高压直流输电换流阀本体内阻尼电容值的实时计算方法和检测实现方法，实现阻尼电容值的实时、准确监测，确保换流阀的可靠运行。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种高压直流输电阻尼电容状态监测方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：
1)确定求解阻尼电容值的连续微分方程；
2)将求解阻尼电容值的连续微分方程离散化；
3)根据离散的电容电压和电流采样值计算阻尼电容值。
进一步地，所述步骤1)中，求解电容值的连续微分方程如下式所示：
精确计算电容值的微分方程为
其中：C为阻尼电容值；i(t)为流过电容的电流采样值；u(t)为阻尼电容运行电压值；t表示采样时间。
进一步地，所述步骤2)中，离散化的连续微分方程为：
其中：C为阻尼电容值；i(t)为流过电容的电流采样值；u(t)为阻尼电容运行电压值；t表示采样时间，u(t-Δt)表示下一个采样间隔的电压；Δt表示采样时间间隔。
进一步地，所述步骤3)中，式(2)中的i(t)用
代替以提高计算精度，即得到最终的阻尼电容值计算公式：
其中：C为阻尼电容值；i(t)为流过电容的电流采样值；u(t)为阻尼电容运行电压值；t表示采样时间，u(t-Δt)表示下一个采样间隔的电压；Δt表示采样时间间隔；i(t-Δt)下一个采样间隔时间的电流。
进一步地，提高监测精度，同时考虑阻尼电容电压值监测点的数量，选取不同的监测窗口对阻尼电容状态进行监测，选取不同监测窗口包括下述两种方式：
方式1：增加电压监测点和电流监测点；
方式2：减少一次高压侧的电压测点。
进一步地，所述方式1中，直流换流阀正常运行时的阻尼电阻两端电压为不规则的波形，在其不规则的波形存在正弦波，且其对应的电流波形是平滑的直线；则在阻尼电阻两端增加两个电压监测点和一个电流监测点时，实时监测正弦波区间的电压和电流，根据公式(3)计算阻尼电容值。
进一步地，所述方式2中，根据阻尼电容运行电压特性，选取直流换流阀主回路晶闸管导通时刻的暂态过程作为监测阻尼电容值的窗口；当晶闸管导通时，监测点与晶闸管的阴极短接，添加另一监测点和支路电流测点测得阻尼电阻两端的电压差和支路电流，根据公式(3)计算阻尼电容值。
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)本发明提出的高压直流换流阀阻尼电容值在线检测原理和实现方法可实现实时、准确的电容值检测，并且具有有效性和可实现性。
2)本发明提出的高压直流换流阀阻尼电容值检测方法，可为换流阀的运行状态监视和故障预判提供技术依据，同时可为实现换流阀状态监视可视化提供技术支撑。
3)本发明提出的高压直流换流阀阻尼电容值检测方法，可在智能化直流换流站建设中得到推广应用，可将目前实施的“定期检修”转换成基于换流阀状态评估的“状态检修”，为进一步提高换流阀可靠性和可用率奠定基础。
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换流阀单级回路示意图；
图2是本发明提供的正常运行时直流换流阀单级回路阻尼电容电压、电流波形；
图3是本发明提供的晶闸管导通时刻的阻尼电容电压、电流波形(放大图)。
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。
本发明为解决在高压直流输电领域，换流阀本体内，在强电磁场干扰的工况下，实现阻尼电容值的在线监测，准确检测阻尼电容的容值，从而为实现换流阀的运行状态在线监测及故障预判提供依据。本发明提供一种高压直流输电换流阀本体内阻尼电容值的实时计算方法和检测实现方法，实现阻尼电容值的实时、准确监测，确保换流阀的可靠运行。
根据阻尼电容实际运行特性，本发明提出基于电容电压、电流实测值的电容值实时计算方法。具体实现方法如下：
阻尼电容实际运行电压、电流如图2所示。换流阀晶闸管是非线性运行器件，导致其两端电压、电流不是规范的正弦波，因此无法用相量法实现电容值的计算和检测。鉴于以上情况，本发明采用将求解电容值的连续微分方程进行离散化，根据离散的电容电压和电流采样值计算电容值：
1)确定求解阻尼电容值的连续微分方程；
精确计算电容值的微分方程为
其中：C为阻尼电容值；i(t)为流过电容的电流采样值；u(t)为阻尼电容运行电压值；t表示采样时间。
2)将求解阻尼电容值的连续微分方程离散化；
其中：C为阻尼电容值；i(t)为流过电容的电流采样值；u(t)为阻尼电容运行电压值；t表示采样时间，u(t-Δt)表示下一个采样间隔的电压；Δt表示采样时间间隔。
3)根据离散的电容电压和电流采样值计算阻尼电容值：
为了进一步提高计算精度，式(2)中的i(t)用
代替，即得到最终的计算公式：
其中：C为阻尼电容值；i(t)为流过电容的电流采样值；u(t)为阻尼电容运行电压值；t表示采样时间，u(t-Δt)表示下一个采样间隔的电压；Δt表示采样时间间隔；i(t-Δt)下一个采样间隔时间的电流。
将连续的微分方程离散化后，会影响其计算精度。因此，可通过减小公式(3)中的Δt的方法提高计算精度。在实际应用中，可使用高速采样及数字处理芯片将Δt减小到微秒级。
实施例
为了进一步提高检测精度，同时考虑电容电压值检测点的数量，选取不同的检测窗口，本发明提出以下两种选取不同检测窗口的检测实现方法：
方法1：
如图2所示，直流换流阀正常运行时的阻尼电阻两端电压为不规则的波形，但是其中有部分区间的是正弦波(区间①、②、③、④、⑤、⑥、⑦)，并且其对应的电流波形是比较平滑的直线。因此，如图1中，在阻尼电阻两端增加两个电压检测点和一个电流检测点时，可以实时检测区间①、②、③、④、⑤、⑥、⑦的电压、电流，再根据公式(3)计算阻尼电容值，可以得到非常精确的值。
方法2：
为了减少一次高压侧的电压测点，根据阻尼电容运行电压特性，选取换流阀主回路晶闸管导通时刻的暂态过程作为检测阻尼电容值的窗口(如图2和图3中的区间⑧)。如图1，当晶闸管导通时，测点1与晶闸管的阴极短接，这样只添加测点2和支路电流测点就可以测得阻尼电阻两端的电压差和支路电流，这样可以采用公式(3)计算阻尼电容值。
本发明的研究能够在线实时、准确测量阻尼电容值，为在线监测阻尼电容值提供技术支撑，同时为整个换流阀工作状态监测及故障预判提供依据。本发明还可为实现换流阀“定期检修”到“状态检修”的转变奠定基础，解决目前无法对换流阀实现故障预判而导致的可靠性问题和只能定期检修造成的可用率相对低问题，最终提升换流阀可靠性和可用率。
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 (4)
1.一种高压直流输电阻尼电容状态监测方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
1)确定求解阻尼电容值的连续微分方程；
2)将求解阻尼电容值的连续微分方程离散化；
3)根据离散的电容电压和电流采样值计算阻尼电容值；
所述步骤1)中，求解电容值的连续微分方程如下式所示：
其中：C为阻尼电容值；i(t)为流过电容的电流采样值；u(t)为阻尼电容运行电压值；t表示采样时间；
所述步骤2)中，离散化的连续微分方程为：
其中：C为阻尼电容值；i(t)为流过电容的电流采样值；u(t)为阻尼电容运行电压值；t表示采样时间，u(t-Δt)表示下一个采样间隔的电压；Δt表示采样时间间隔；
所述步骤3)中，式(2)中的i(t)用
代替以提高计算精度，即得到最终的阻尼电容值计算公式：
其中：C为阻尼电容值；i(t)为流过电容的电流采样值；u(t)为阻尼电容运行电压值；t表示采样时间，u(t-Δt)表示下一个采样间隔的电压；Δt表示采样时间间隔；i(t-Δt)下一个采样间隔时间的电流。
2.如权利要求1所述的高压直流输电阻尼电容状态监测方法，其特征在于，提高监测精度，同时考虑阻尼电容电压值监测点的数量，选取不同的监测窗口对阻尼电容状态进行监测，选取不同监测窗口包括下述两种方式：
方式1：增加电压监测点和电流监测点；或者，
方式2：减少一次高压侧的电压测点。
3.如权利要求2所述的高压直流输电阻尼电容状态监测方法，其特征在于，所述方式1中，直流换流阀正常运行时的阻尼电阻两端电压为不规则的波形，在其不规则的波形存在正弦波，且其对应的电流波形是平滑的直线；则在阻尼电阻两端增加两个电压监测点和一个电流监测点时，实时监测正弦波区间的电压和电流，根据公式(3)计算阻尼电容值。
4.如权利要求2所述的高压直流输电阻尼电容状态监测方法，其特征在于，所述方式2中，根据阻尼电容运行电压特性，选取直流换流阀主回路晶闸管导通时刻的暂态过程作为监测阻尼电容值的窗口；当晶闸管导通时，监测点与晶闸管的阴极短接，添加另一监测点和支路电流测点测得阻尼电阻两端的电压差和支路电流，根据公式(3)计算阻尼电容值。
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