CN109347086B - 一种抑制双十二脉动换流器中点24次谐振的开环控制方法 - Google Patents

一种抑制双十二脉动换流器中点24次谐振的开环控制方法 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次谐振的开环控制方法，包括：根据上下十二脉动阀组电压计算上下十二脉动接入的交流系统的相位差以及24次谐波电压相位差；判断24次谐波电压相位差及上下十二脉动电压相位的差值之和是否在预设范围内；如果在预设范围内，则输出当前对应的上下十二脉动的触发角；如果不在预设范围内，则通过调整上十二脉动的触发角或下十二脉动的触发角，使两者之和在预设范围内，并输出调整后的触发角。该方法采用开环的方式消除上下十二脉动阀组24次谐波电压的相位差，从而抑制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次谐振的开环控制方法
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次谐振的开环控制方法。
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。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，而十二脉动换流器在直流侧产生12倍频次特征谐波。通常，双十二脉动换流器的上下十二脉动完全相同，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，上下十二脉动由于触发角偏差，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次谐振的开环控制方法，该方法采用开环的方式消除上下十二脉动阀组24次谐波电压的相位差，从而抑制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次谐振的开环控制方法，包括以下步骤：
S1.根据上下十二脉动阀组电压计算上下十二脉动接入的交流系统的相位差以及24次谐波电压相位差；
S2.测量上下十二脉动的触发角，计算对应的上下十二脉动电压相位；判断所述24次谐波电压相位差及所述上下十二脉动电压相位的差值之和是否在预设范围内，当两者之和在所述预设范围内时，输出所述测量的上下十二脉动的触发角；当两者之和不在所述预设范围内时，执行步骤S3；
S3.根据S2测量的上十二脉动的触发角，在触发角的最大值范围内逐步增加一个小的增量，计算增加触发角增量以后由换相引起的新的24次谐波电压相位，判断新的24次谐波电压相位是否满足所述预设范围，当在所述预设范围内，则输出新的24次谐波电压相位对应的改变后的上十二脉动的触发角及S2测量的下十二脉动的触发角；当不在所述预设范围内，则执行步骤S4；
S4.根据S2测量的下十二脉动的触发角，在触发角的最大值范围内逐步增加一个小的增量，并计算增加触发角增量以后由换相引起的新的24次谐波电压相位，判断新的24次谐波电压相位是否满足所述预设范围，当在所述预设范围内，则输出新的24次谐波电压相位对应的改变后的下十二脉动的触发角及S2步骤测量的上十二脉动的触发角；当不在所述预设范围内，则输出下十二脉动允许的最大触发角及S2步骤测量的上十二脉动的触发角；
所述预设范围的表达式如下：
Figure GDA0002495398740000021
其中，24Δθ为24次谐波电压相位差，
Figure GDA0002495398740000022
为上十二脉动电压相位，
Figure GDA0002495398740000023
为下十二脉动电压相位，Δλ为自然偏差，Δ为可接受的误差值。
实施本发明具有如下有益效果：本发明根据24次谐波电压相角的固有数学关系，采用开环的方式消除上下十二脉动阀组24次谐波电压的相位差，根据测量的上下十二脉动接入的交流系统的相角差，通过改变增加上或下十二脉动的电压相位，实时计算上下十二脉动的相角差，计算出满足24次谐波电压相角差最小的触发角，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次谐振的开环控制器示意图。
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示意图，在上下十二脉动的对称条件下，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 GDA0002495398740000031
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，调节上下十二脉动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。
十二脉动换流器的24次谐波电压表达式如下所示：
Figure GDA0002495398740000041
其中，
Figure GDA0002495398740000042
Figure GDA0002495398740000043
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 GDA0002495398740000044
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。
通过检测上下十二脉动接入的交流系统，可以得到两个交流系统的基波相位差Δθ，则24次谐波的相位差为24Δθ。如果上下十二脉动接入的交流系统为同一个交流系统，则基波相位差Δθ为零。
由公式(3)，上下十二脉动的相位差为
Figure GDA0002495398740000045
理想情况下，若使中点十二脉动电压最小，则上下十二脉动的相位差为
Figure GDA0002495398740000046
的值应为零。但考虑到设备元件偏差和杂散电容的影响，上下十二脉动的谐波电压相角存在自然偏差，设该偏差为Δλ，该偏差受到设备的不对称度的影响，可通过实际系统的试验获得，根据不同的直流系统进行确定。
在实际控制时，考虑到控制精度，则相位差满足下列公式，即可使中点M处24次谐波电压最小：
Figure GDA0002495398740000051
其中Δ是一个可接受的误差值。
如图3所述的直流输电系统双十二脉动换流器中点24次谐振的开环控制器示意图。具体实施步骤如下：
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的基波相位θ124及下十二脉动阀组的基本相位θ224，再通过加减法器计算上下十二脉动接入的交流系统的相位差为Δθ，乘法器计算24次谐波电压的相位差24Δθ。
S2.测量上、下十二脉动的触发角，计算由换相引起的24次谐波上十二脉动电压相位
Figure GDA0002495398740000052
下十二脉动电压相位
Figure GDA0002495398740000053
判断
Figure GDA0002495398740000054
是否满足公式(7)，当满足公式(7)时，输出当前的上、下十二脉动的触发角；当不满足公式(7)时，执行步骤S3。
S3.根据S2测量的上十二脉动的触发角，在触发角的最大值范围内逐步增加一个小的增量，并根据公式(5)和(6)，计算增加触发角增量以后由换相引起的新的24次谐波电压相位，判断新的24次谐波电压相位是否满足公式(7)，当满足公式(7)时，则输出新的24次谐波电压相位对应的改变后的上十二脉动的触发角及S2测量的下十二脉动的触发角；当不满足公式(7)时，则执行步骤S4。
S4.根据S2测量的下十二脉动的触发角，在触发角的最大值范围内逐步增加一个小的增量，并根据公式(5)和(6)，计算增加触发角增量以后由换相引起的新的24次谐波电压相位，判断新的24次谐波电压相位是否满足公式(7)，当满足公式(7)时，则输出新的24次谐波电压相位对应的改变后的下十二脉动的触发角及S2步骤测量的上十二脉动的触发角；当满足公式(7)时，则输出下十二脉动允许的最大触发角及S2步骤测量的上十二脉动的触发角。
实施本发明具有如下有益效果：本发明根据24次谐波电压相角的固有数学关系，采用开环的方式消除上下十二脉动阀组24次谐波电压的相位差，根据测量的上下十二脉动接入的交流系统的相角差，通过改变增加上或下十二脉动的电压相位，实时计算上下十二脉动的相角差，计算出满足24次谐波电压相角差最小的触发角，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次谐振的开环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.根据上下十二脉动阀组电压计算上下十二脉动接入的交流系统的相位差以及24次谐波电压相位差；
S2.测量上下十二脉动的触发角，计算对应的上下十二脉动电压相位；判断所述24次谐波电压相位差及所述上下十二脉动电压相位的差值之和是否在预设范围内，当两者之和在所述预设范围内时，输出所述测量的上下十二脉动的触发角；当两者之和不在所述预设范围内时，执行步骤S3；
S3.根据S2测量的上十二脉动的触发角，在触发角的最大值范围内逐步增加一个小的增量，计算增加触发角增量以后由换相引起的新的24次谐波电压相位，判断新的24次谐波电压相位是否满足所述预设范围，当在所述预设范围内，则输出新的24次谐波电压相位对应的改变后的上十二脉动的触发角及S2测量的下十二脉动的触发角；当不在所述预设范围内，则执行步骤S4；
S4.根据S2测量的下十二脉动的触发角，在触发角的最大值范围内逐步增加一个小的增量，并计算增加触发角增量以后由换相引起的新的24次谐波电压相位，判断新的24次谐波电压相位是否满足所述预设范围，当在所述预设范围内，则输出新的24次谐波电压相位对应的改变后的下十二脉动的触发角及S2步骤测量的上十二脉动的触发角；当不在所述预设范围内，则输出下十二脉动允许的最大触发角及S2步骤测量的上十二脉动的触发角；
所述预设范围的表达式如下：
Figure FDA0002495398730000011
其中，24Δθ为24次谐波电压相位差，
Figure FDA0002495398730000012
为上十二脉动电压相位，
Figure FDA0002495398730000013
为下十二脉动电压相位，Δλ为自然偏差，Δ为可接受的误差值。
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