CN109245567B - 一种抑制双十二脉动换流器中点24次谐振的闭环控制方法 - Google Patents

一种抑制双十二脉动换流器中点24次谐振的闭环控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抑制双十二脉动换流器中点24次谐振的闭环控制方法，包括：根据双十二脉动换流器阀组电压，计算双十二脉动换流器接入交流系统的相位差；将所述相位差经过PI调节，得到触发角增量；将所述触发角增量迭加到主控制输出的触发角上，得到最终输出的触发角；判断所述最终输出的触发角是否在允许范围内，当在所述允许范围内时，直接输出所述最终输出的触发角；当不在所述允许范围内时，则输出触发角最大允许值。该方法采用闭环的方式消除双十二脉动换流器阀组24次谐波电压的相位差，抑制24次谐振的发生，简单易行。

Description

一种抑制双十二脉动换流器中点24次谐振的闭环控制方法
技术领域
本发明涉及高压直流输电领域，尤其涉及一种抑制双十二脉动换流器中点24次谐振的闭环控制方法。
背景技术
目前世界上投运的电流源型特高压直流输电系统中，多采用双十二脉动换流器结构。电流源型直流输电系统在换流器换流过程中产生大量谐波，而十二脉动结构在直流侧产生12倍频次特征谐波。通常，双二十脉动结构的双十二脉动换流器完全相同，因此其产生的谐波为二者叠加。根据电路对称原理，双十二脉动换流器中点电压为零。
但在实际系统中，双十二脉动换流器由于触发角偏差，变压器或阀的参数偏差，并非完全对称，会在中点处产生24次谐波。尤其是考虑到换流变阀侧端口对地的杂散电容，该电容通常为10－20nF，该电容会与直流侧平抗发生24次左右的谐振，从而放大中点处的24次谐波电压。
在实际工程和理论仿真中，双十二脉动换流器中点处的24次谐波电压源最大可达到上百千伏，该电压将抬高中点处的电压水平，甚至引起设备损坏。一旦设备的杂散电容与直流侧平抗构成谐振关系，将严重威胁直流输电系统的安全稳定运行。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种抑制双十二脉动换流器中点24次谐振的闭环控制方法，该方法采用闭环的方式消除双十二脉动换流器阀组24次谐波电压的相位差，抑制24次谐振的发生，简单易行。
一种抑制双十二脉动换流器中点24次谐振的闭环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据双十二脉动换流器阀组电压，计算双十二脉动换流器接入交流系统的相位差；
将所述相位差经过PI调节，得到触发角增量；
将所述触发角增量迭加到主控制输出的触发角上，得到最终输出的触发角；
判断所述最终输出的触发角是否在允许范围内，当在所述允许范围内时，直接输出所述最终输出的触发角；当不在所述允许范围内时，则输出触发角最大允许值。
实施本发明具有如下有益效果：根据24次谐波电压相角的固有数学关系，采用闭环的方式消除双十二脉动换流器阀组24次谐波电压的相位差，将测量得到的双十二脉动换流器接入的交流系统的相位差经过PI调节后，得到触发角的增量，并将增量迭加到主控制输出的触发角上，输出在允许范围内的符合要求的触发角，从而抑制24次谐振的发生。该方法数学物理关系明晰，简单易行，且对直流输电运行影响较小，不需要额外增加设备。
附图说明
图1是本发明提供的特高压直流输电系统双十二脉动换流器结构的示意图；
图2是本发明提供的特高压输电系统24次谐波的等效电路示意图；
图3是本发明提供的直流输电系统双十二脉动换流器中点24次谐振的闭环控制器示意图。
具体实施方式
如图1所述的特高压直流输电系统双十二脉动换流器结构示意图，在双十二脉动换流器的对称条件下，触发角相同、交流电网电压相角相同，中点M处24次谐波电压为零。24次谐波电压的等效回路如附图2所示，若忽略杂散电容的影响，则有：
Figure GDA0002264087390000035
UdM＝(Ud-Up)/2 (2)
其中，UdM表示双十二脉动换流器中点电压，I为谐波电流，ω为基波角频率，Lsr为平波电抗器电感量，Lt为换流变等效电感量，Up表示上十二脉动谐波电压，Ud表示下十二脉动谐波电压。由公式(1)、(2)可知，当上十二脉动谐波电压与下十二脉动谐波电压相位相同时，UdM达到最小值，当幅值也相同时，UdM为零。因此，调节双十二脉动换流器24次谐波电压源的相位角度，使二者达到或接近一致，以此降低中点M处的24次谐波电压幅值。
十二脉动结构的24次谐波电压表达式如下所示：
Figure GDA0002264087390000031
其中，
Figure GDA0002264087390000032
Figure GDA0002264087390000033
ω0为交流电网基频角频率，t表示时间，θ0为交流电网的初始相角，α为直流输电系统触发角，μ为直流输电系统的换相重叠角，n表示谐波次数。
根据直流输电系统的基本原理，触发角与换相重叠角存在下列关系：
Figure GDA0002264087390000034
其中，Xr为直流系统换相电抗，Id为直流系统电流，U1为换流变压器阀侧绕组空载线电压。
通过上述(3)、(4)、(5)、(6)得知，24次谐波电压的相位主要与交流电网初始相角及直流输电系统的触发角相关。
通过调节触发角，能够有效的控制双十二脉动换流器24次谐波电压的相位差，从而达到抑制24次谐振的目的。通过对双十二脉动换流器电压信号的傅里叶分析，得到双十二脉动换流器的24次电压源相位，将双十二脉动换流器的电压源相位做差，并经过PI控制器，得到触发角的增量Δα，再将此增量加到系统主控制的额定触发角上。需要注意的是，此触发角不能超过系统最大触发角的限制。
下面结合图3中直流输电系统双十二脉动换流器中点24次谐振的闭环控制器示意图，具体说明本方法的如下具体实施步骤。
S1.测量上十二脉动阀组电压Us1及下十二脉动阀组电压Us2，通过FFT分析计算得到上十二脉动阀组相位
Figure GDA0002264087390000041
及下十二脉动阀组相位
Figure GDA0002264087390000042
再通过加减法器计算双十二脉动换流器接入的交流系统的相位差
Figure GDA0002264087390000043
S2.将相位差
Figure GDA0002264087390000044
经过PI调节，得到触发角的增量Δα。
S3.将触发角的增量Δα迭加到主控制输出的触发角上，并得到最终的输出触发角α。
S4.判断触发角α的范围是否在触发角的允许范围内，若在范围内则直接输出该触发角，若不在允许范围内，则输出触发角最大允许值。
实施本发明具有如下有益效果：根据24次谐波电压相角的固有数学关系，采用闭环的方式消除双十二脉动换流器阀组24次谐波电压的相位差，将测量得到的双十二脉动换流器接入的交流系统的相位差经过PI调节后，得到触发角的增量，并将增量迭加到主控制输出的触发角上，输出在允许范围内的符合要求的触发角，从而抑制24次谐振的发生。该方法数学物理关系明晰，简单易行，且对直流输电运行影响较小，不需要额外增加设备。
虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (1)

1.一种抑制双十二脉动换流器中点24次谐振的闭环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据双十二脉动换流器阀组电压，计算双十二脉动换流器阀组的24次谐波电压源的相位差；
将所述相位差经过PI调节，得到触发角增量；
将所述触发角增量迭加到主控制输出的触发角上，得到最终输出的触发角；
判断所述最终输出的触发角是否在允许范围内，当在所述允许范围内时，直接输出所述最终输出的触发角；当不在所述允许范围内时，则输出触发角最大允许值。
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