CN107664739A - 一种hvdc晶闸管级阻尼电阻动态参数在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种HVDC晶闸管级阻尼电阻动态参数在线监测方法，包括：阻尼回路每个运行周期中，在正向旁路晶闸管导通窗口期内，采集阻尼电阻单侧电压值和支路电流值用于在反向旁路二极管导通窗口期内，采集阻尼电阻的单侧电压值和支路电流值，均用于计算阻尼电阻的实时电阻值；在正向旁路晶闸管导通和反向旁路二极管导通这两个窗口期内，对每个阻尼电阻只通过一个电压采集节点和一个支路电流采集节点即可计算阻尼电阻实时值。本发明提供的技术方案实现对阻尼电阻运行期间动态参数的实时监测，从而为换流站运行人员对换流阀整体运行状态的评估提供技术依据，实现换流阀运行状态的可视化、监测日常化，提高换流阀的利用效率奠定基础。

Description

一种HVDC晶闸管级阻尼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晶闸管级阻尼电阻动态参数在线监测方法。

背景技术

在当代特高压直流输电系统中，基于晶闸管换相原理的换流阀构成了特高压直流输电系统的核心单元，其运行的可靠性和稳定性，直接决定着整个直流工程的运行状况。同时换流阀作为整个换流站建设成本中最为昂贵的单元之一，其长期运行的利用率直接影响到整个直流输电工程的经济效益。

阻尼回路是换流阀基本单元晶闸管级的重要组成单元，包含阻尼电阻、阻尼电容和直流均压电阻三种关键元器件，阻尼电阻配合用于实现取能回路的取能功能，长时间高电压、大电流、强磁场工况下运行，会对阻尼电阻的物理特性产生直接影响，直接反映到阻尼电阻的动态参数上，影响晶闸管级取能回路，进而影响整个晶闸管级的整体性能，影响整个换流阀的运行状况。因此，通过实时跟踪监测晶闸管级阻尼电阻的动态参数，可以用于实时评估晶闸管级阻尼回路的运行状况，提早发现晶闸管级阻尼回路的运行隐患，并及时安排停电检修，实现运行隐患的可查可控，提高换流阀的利用效率。

目前在特高压常规直流领域，国内外还没有针对换流阀晶闸管级阻尼回路实时参数的在线监测技术，大部分技术更侧重于带电时的保护，即在故障发生时刻采取保护动作，防止晶闸管损坏，如晶闸管级触发监测单元的监视保护功能。而旨在延长换流阀可靠运行的预防技术则相当有限，目前只有两种技术应用在换流站的日常运维中，一种是通过热扫描摄像头对运行中元件的温度进行实时的监测，通过元件表面温度的变化，判断元件自身的物理状态，但受制于换流阀的结构和监视角度问题，不能对全部阻尼电阻进行准确温度监测，同时温度监测受换流阀运行状态影响很大，换流阀不同的运行状态会直接影响对元件自身物理状态的判断；第二种是，在每年年度检修期间，通过专业设备对晶闸管级整个回路进行电气测试，测试阻尼电阻的物理状态，但本方法一年仅采用一次，同时随着电压等级的提高，晶闸管级的数量也持续增高，这就延长了此方法的操作时间，进而延长年度检修时间，降低了换流阀的利用效率。

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晶闸管级阻尼电阻动态参数在线监测方法，本发明根据换流阀晶闸管级阻尼回路运行特性，基于尽可能少增加一次侧测量元件的原则，实现对阻尼电阻运行期间动态参数的实时监测。

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晶闸管级阻尼电阻动态参数在线监测方法，所述方法使用的装置为HVDC晶闸管级阻尼电阻动态参数在线监测装置，所述装置包括晶闸管、阻尼回路、反向旁路二极管、正向旁路晶闸管和储能回路；所述阻尼回路包括串联的阻尼电容和阻尼电阻；所述晶闸管的阳极与阻尼电容的一端连接，所述晶闸管的阴极接地；所述阻尼电阻的一端与反向旁路二极管的阴极连接，所述反向旁路二极管的阳极接地；所述正向旁路晶闸管的阳极与阻尼电阻的一端连接；所述正向旁路晶闸管的阴极与储能回路的一端连接，所述储能回路的另一端接地；其改进之处在于，所述监测方法包括在下述两个导通窗口期内实现阻尼电阻两端电压差的采集：

1)正向旁路晶闸管导通窗口期；

2)反向旁路二极管导通窗口期。

进一步地，在所述1)正向旁路晶闸管导通窗口期内，晶闸管阴极的地电位随着储能回路被旁路转移到阻尼电阻的一端，此情况发生在储能回路充电完成后的期间内，由于阻尼电阻单侧接地特性，此期间内监测到阻尼电阻另一端的实际节点电压值；并采集阻尼电阻一端的支路电流值。

进一步地，阻尼回路每个运行周期中，在正向旁路晶闸管导通窗口期内，采集阻尼电阻单侧电压值和支路电流值用于计算阻尼电阻的实时电阻值。

进一步地，在所述2)反向旁路二极管导通窗口期内，晶闸管阴极的地电位随着储能回路被旁路转移到阻尼电阻的一端，此情况发生在阻尼回路运行周期的两个特定区间内，一是当晶闸管导通后的期间内(如图1内T2期间)，阻尼回路的电容发生反向放电现象，导致反向旁路二极管导通；二是当阻尼回路运行在晶闸管两端电压负向的期间时，反向旁路二极管导通旁路储能回路，实现晶闸管阴极地电位的转移，上述两个区间内阻尼电阻的单端节点电压均作为阻尼电阻两端的电压差。

进一步地，阻尼回路每个运行周期中，在反向旁路二极管导通窗口期内，采集阻尼电阻的单侧电压值和支路电流值用于计算阻尼电阻的实时电阻值。

进一步地，在正向旁路晶闸管导通窗口期和反向旁路二极管导通窗口期内，通过一个电压采集节点和一个电流采集节点完成对每个周期阻尼电阻动态参数计量，并通过连续数个周期计算平均值，实现对阻尼电阻参数的动态监测和矫正，计算阻尼电阻实时值。

进一步地，通过连续采取n个周期内的阻尼电阻值，计算平均值作为一个监测周期阻尼电阻真实值，n值越大，结果越接近真实值，但每个监测的阻尼回路运行周期内的时间越长，即监测系统监测到的阻尼电阻阻值的更新速率变慢，但更能准确的反映阻尼电阻变化的趋势；阻尼电阻实时值的计算公式为其中:为阻尼电阻实时值；R₁,R₂,...R_n分别为阻尼回路第1个运行周期内的阻尼电阻阻值；阻尼回路第2个运行周期内的阻尼电阻阻值；…阻尼回路第n个运行周期内的阻尼电阻阻值；n为n个阻尼回路运行周期。

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)本发明可实现对换流阀晶闸管级阻尼电阻动态参数的在线监测，可以实现对换流阀运行中自身状态的动态监视，为换流阀的检修停电提供了准确的技术基础，提高换流阀故障发生的预防手段，降低不可测停电发生的机率。

2)本阻尼电阻动态参数在线监测方法针对阻尼回路运行的特性，在特殊窗口期采集阻尼电阻实际电压电流参数，不断实时更新阻尼电阻参数的计算数值，确保对运行中阻尼电阻实际参数监测的实时性和准确性。

3)实现换流阀晶闸管级阻尼电阻动态参数的在线监测，可将换流阀各元件状态上传控制保护系统，为实现在后台形成整个换流阀状态监视单元，进一步实现对实时运行换流阀自身各部分状态的可视化提供技术基础。

4)实现换流阀晶闸管级阻尼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“定期检修”项目，转换成对换流阀的“状态检修”，为进一步提高换流阀的可用率提供技术基础。

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是本发明提供的晶闸管级阻尼回路电压波形示意图；

图2是本发明提供的阻尼电阻动态参数监测拓扑图。

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。

换流阀晶闸管级是常规直流输电系统换流阀的核心单元，阻尼回路是换流阀晶闸管级的重要组成部分，由均压电阻、阻尼电阻和阻尼电容三类器件组成，均需要实现实时动态在线监测。晶闸管级阻尼电阻分为大容量取能阻尼电阻和瞬时快速取能阻尼电阻，分别分布在阻尼回路的大容量取能支路和瞬时快速取能支路，两个阻尼回路阻尼电阻均为线性元件，大容量取能支路和瞬时快速取能支路内的元件参数不同，但两支路的结构和元件布局相同，两个阻尼电阻的一侧电位相同，特殊运行区间时刻两个阻尼支路对外的拓扑回路相近。根据监测阻尼电阻两端的电压差和流过阻尼电阻的电流值，可以实时准确计算出运行中阻尼电阻的实际值。

本发明提供一种HVDC晶闸管级阻尼电阻动态参数在线监测方法，该方法用的装置为HVDC晶闸管级阻尼电阻动态参数在线监测装置，如图2所示，所述装置包括晶闸管、阻尼回路、反向旁路二极管、正向旁路晶闸管和储能回路组成；所述阻尼回路包括串联的阻尼电容和阻尼电阻；所述晶闸管的阳极与阻尼电容的一端连接，所述晶闸管的阴极接地；所述阻尼电阻的一端与反向旁路二极管的阴极连接，所述反向旁路二极管的阳极接地；所述正向旁路晶闸管的阳极与阻尼电阻的一端连接；所述正向旁路晶闸管的阴极与储能回路的一端连接，所述储能回路的另一端接地。

本发明提供的HVDC晶闸管级阻尼电阻动态参数在线监测方法包括在下述两个导通窗口期内实现阻尼电阻两端电压差的采集：1)正向旁路晶闸管导通窗口期；2)反向旁路二极管导通窗口期。

本方法中实现阻尼电阻两端电压差的采集，通过两个特殊期间实现。阻尼回路外连支路的正向旁路晶闸管导通期间，晶闸管阴极的地电位会随着取能回路被旁路而转移到阻尼电阻的一侧，此情况发生在储能回路充电完成后的期间内，如图1中T1期间所示，由于阻尼电阻单侧接地特性，此期间内监测到阻尼电阻另一侧的实际节点电压值，即为阻尼电阻两端的实际电压差。阻尼回路外连支路的反向旁路二极管导通期间，晶闸管阴极的地电位也会随着取能回路被旁路而转移到阻尼电阻的一侧，此情况发生在阻尼回路运行周期的两个特定区间内，一是当晶闸管导通后的瞬间，阻尼支路的电容将会发生短暂反向放电现象，导致反向旁路二极管导通，如图1中T2期间所示；二是当阻尼支路运行在晶闸管两端电压负向的期间时，反向二极管也会导通旁路取能回路，也可实现晶闸管阴极地电位的转移，如图1中T3期间所示，这两个区间内阻尼电阻的单侧节点电压均可作为阻尼电阻两端的电压差。

考虑到现实工况中，阻尼回路处于换流阀阀塔内的强电磁场工况环境，本方法根据阻尼回路运行的特性，基于尽可能少增加一次侧元件的原则，针对每个阻尼回路，只通过一个电压采集节点和一个电流采集节点完成对每个周期阻尼电阻动态参数的计量，并通过连续数个周期计算平均值，实现对阻尼电阻参数的动态监测和矫正，晶闸管运行中的阻尼回路支路电压波形如图1。

实施例

由于阻尼回路运行的特定期间，两个阻尼电阻支路对内对外拓扑结构相同，以一条阻尼电阻支路为例，如图2所示阻尼电阻动态参数监测示意图，分别在阻尼回路的两条支路设置一个电压采集节点和一个电流采集节点，实时采集该支路的支路电流，同时当阻尼电阻运行在T1和T3区间时，晶闸管级阴极的地电位会转移到阻尼电阻的右侧节点，因此阻尼电阻左侧节点电压采集值，即阻尼电阻在T1和T3期间两端的电压差，根据公式即可计算此周期内该阻尼回路支路的支路电阻值。由于晶闸管并不是每个周期都会导通，所有采用T1和T3区间进行每个周期的计算，当晶闸管导通周期时，再分别采用T1、T3和T2区间进行取平均值计算，矫正本周期阻尼电阻的计算值。由于直流输电系统运行时电压是在合理的范围波动的，即使在系统平稳运行时，通过该方法每个周期采集的数据将会不同，但数据会在阻尼电阻真实值的两侧徘徊，单次的数据监测不能准确的反向阻尼电阻真实阻值变化的趋势，计划连续采取N个周期内的阻尼电阻值，并取平均值，N值越大，结果越接近真实值，但每个监测周期的时间必然将延长，即监测系统监测到的阻尼电阻阻值的更新速率也就会变慢，来反映阻尼电阻变化的趋势，公式为

本发明根据换流阀晶闸管级阻尼回路运行特性，基于尽可能少增加一次侧测量元件的原则，实现对阻尼电阻运行期间动态参数的实时监测，从而为换流站运行人员对换流阀整体运行状态的评估提供技术依据，实现换流阀运行状态的可视化、监测日常化，提高换流阀的利用效率奠定基础。

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 (7)

1.一种HVDC晶闸管级阻尼电阻动态参数在线监测方法，所述方法使用的装置为HVDC晶闸管级阻尼电阻动态参数在线监测装置，所述装置包括晶闸管、阻尼回路、反向旁路二极管、正向旁路晶闸管和储能回路；所述阻尼回路包括串联的阻尼电容和阻尼电阻；所述晶闸管的阳极与阻尼电容的一端连接，所述晶闸管的阴极接地；所述阻尼电阻的一端与反向旁路二极管的阴极连接，所述反向旁路二极管的阳极接地；所述正向旁路晶闸管的阳极与阻尼电阻的一端连接；所述正向旁路晶闸管的阴极与储能回路的一端连接，所述储能回路的另一端接地；其特征在于，所述监测方法包括在下述两个导通窗口期内实现阻尼电阻两端电压差的采集：

1)正向旁路晶闸管导通窗口期；

2)反向旁路二极管导通窗口期。

2.如权利要求1所述的HVDC晶闸管级阻尼电阻动态参数在线监测方法，其特征在于，在所述1)正向旁路晶闸管导通窗口期内，晶闸管阴极的地电位随着储能回路被旁路转移到阻尼电阻的一端，此情况发生在储能回路充电完成后的期间内，由于阻尼电阻单侧接地特性，此期间内监测到阻尼电阻另一端的实际节点电压值；并采集阻尼电阻一端的支路电流值。

3.如权利要求2所述的HVDC晶闸管级阻尼电阻动态参数在线监测方法，其特征在于，阻尼回路每个运行周期中，在正向旁路晶闸管导通窗口期内，采集阻尼电阻单侧电压值和支路电流值用于计算阻尼电阻的实时电阻值。

4.如权利要求1所述的HVDC晶闸管级阻尼电阻动态参数在线监测方法，其特征在于，在所述2)反向旁路二极管导通窗口期内，晶闸管阴极的地电位随着储能回路被旁路转移到阻尼电阻的一端，此情况发生在阻尼回路运行周期的两个特定区间内，一是当晶闸管导通后的期间内，阻尼回路的电容发生反向放电现象，导致反向旁路二极管导通；二是当阻尼回路运行在晶闸管两端电压负向的期间时，反向旁路二极管导通旁路储能回路，实现晶闸管阴极地电位的转移，上述两个区间内阻尼电阻的单端节点电压均作为阻尼电阻两端的电压差。

5.如权利要求4所述的HVDC晶闸管级阻尼电阻动态参数在线监测方法，其特征在于，阻尼回路每个运行周期中，在反向旁路二极管导通窗口期内，采集阻尼电阻的单侧电压值和支路电流值用于计算阻尼电阻的实时电阻值。

6.如权利要求1-5中任一项所述的HVDC晶闸管级阻尼电阻动态参数在线监测方法，其特征在于，在正向旁路晶闸管导通窗口期和反向旁路二极管导通窗口期内，通过一个电压采集节点和一个电流采集节点完成对每个周期阻尼电阻动态参数计量，并通过连续数个周期计算平均值，实现对阻尼电阻参数的动态监测和矫正，计算阻尼电阻实时值。

7.如权利要求6所述的HVDC晶闸管级阻尼电阻动态参数在线监测方法，其特征在于，通过连续采取n个周期内的阻尼电阻阻值，计算平均值作为一个监测周期的阻尼电阻真实值，n值越大，结果越接近真实值，每个监测的阻尼回路运行周期内的时间越长，即监测系统监测到的阻尼电阻阻值的更新速率变慢，能准确的反映阻尼电阻变化的趋势；阻尼电阻实时值的计算公式为其中:为阻尼电阻实时值；R₁,R₂,...R_n分别为阻尼回路第1个运行周期内的阻尼电阻阻值；阻尼回路第2个运行周期内的阻尼电阻阻值；…以及阻尼回路第n个运行周期内的阻尼电阻阻值；n为n个阻尼回路运行周期。