CN109525001A - 特高压分层接入下的换相失败预防协调控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了特高压分层接入下的换相失败预防协调控制方法及系统，该系统包括电压接入模块、低压逆变阀组的第一换相失败预防控制器、高压逆变阀组的第二换相失败预防控制器、低压协调控制器、高压协调控制器、异或逻辑原件、低压触发控制系统、高压触发控制系统，采用协调控制，当一层系统发生故障后，将非故障层逆变阀组换相失败预防控制器的启动时间提前到与故障层逆变阀组换相失败预防控制器的启动时间相同，实现二者的同时触发，在对称故障及不对称故障情况下均可以有效提升非故障层逆变阀组的换相失败抑制效果。

Description

特高压分层接入下的换相失败预防协调控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统的技术领域，尤其涉及特高压分层接入下的换相失败预 防协调控制方法及系统。

背景技术

近年来，随着新能源发电技术的不断发展，特高压直流输电成为能够经济实 现电能大容量、远距离传输的较为成熟、可靠的技术，有助于实现我国大型能源 基地和光伏、风电等清洁能源地高效利用。随着越来越多落点东中部电网的特高 压直流输电工程的建成投运，东中部受端交流系统逐渐演变为多馈入直流接入系 统。为了解决多馈入直流带来的问题，从电网结构上提出了特高压直流分层接入 受端电网的新型接入方式。

一种特高压直流系统逆变侧分层接入受端电网实现不同电压等级交流系统 的网架结构的具体实例如图2所示，为±800kV特高压直流系统受端分层接入 500/1000kV交流系统。该系统与传统的两端直流输电系统不同，这种接线方式 下直流逆变侧连接了多个交流系统，因此这实际上是一种串联多端直流接线系统。

采用特高压直流分层接入方式下，±800kV直流系统逆变侧换流站采用分层 接入方式的网络拓扑结构，即逆变侧每极的低压侧换流器接入1000kV交流系统， 高压侧换流器接入500kV交流系统。换相失败严重地冲击了交直流混联系统的 安全稳定运行，现有的技术研究都是针对单层接入模式下的换相失败抑制展开， 特高压分层接入模式下的换相失败问题有其不同的特性：换相失败预防控制通过 检测交流电压判断交流故障，非故障层逆变阀组的换相失败预防控制将因启动太 慢以至于无法有效抑制换相失败。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供特高压分层接入下的换相 失败预防协调控制方法及系统，旨在解决特高压分层接入模式下，传统的单层换 相失败预测控制对非故障层逆变阀组的换相失败预防控制，因启动太慢以至于无 法有效抑制换相失败的问题。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种特高压分层接入下的换相失败预防协调控制方法，包括：

步骤A：

电压接入模块获取低压换流母线处的交流电压瞬时值，并传递给低压逆变阀 组的第一换相失败预防控制器；

电压接入模块获取高压换流母线处的交流电压瞬时值，并传递给高压逆变阀 组的第二换相失败预防控制器；

步骤B：

第一换相失败预防控制器进行实时计算，对低压交流系统进行故障检测，并 根据故障严重程度计算出低压逆变阀组独立的第一触发角相移量；

第二换相失败预防控制器进行实时计算，对高压交流系统进行故障检测，并 根据故障严重程度计算出高压逆变阀组独立的第二触发角相移量；

步骤C：

第一换相失败预防控制器将第一触发角相移量输入到第二换相失败预防控 制器、低压协调控制器、异或逻辑原件；

第二换相失败预防控制器将第二触发角相移量输入到第一换相失败预防控 制器、高压协调控制器、异或逻辑原件；

步骤D：

异或逻辑原件根据第一触发角相移量、第二触发角相移量得到第一使能信号 和第二使能信号；异或逻辑原件将第一使能信号发送到低压协调控制器，异或逻 辑原件将第二使能信号发送到高压协调控制器；

所述第一使能信号用以保证低压协调控制器的协调控制仅在第一换相失败 预防控制器的启动时间和第二换相失败预防控制器的启动时间之间有效；

所述第二使能信号用以保证高压协调控制器的协调控制仅在第一换相失败 预防控制器的启动时间和第二换相失败预防控制器的启动时间之间有效；

步骤E：

第一换相失败预防控制器将第二触发角相移量传输至低压协调控制器；低压 协调控制器将第一触发角相移量与第二触发角相移量和低压协调控制系数之积 的最大值作为低压协调控制器的拟输出量；

第二换相失败预防控制器将第一触发角相移量传输至高压协调控制器；高压 协调控制器将第二触发角相移量与第一触发角相移量和高压协调控制系数之积 的最大值作为高压协调控制器的拟输出量；

步骤F：

低压协调控制器将低压协调控制器的拟输出量与第一使能信号相乘，得到低 压协调控制器的输出量并传输至低压触发控制系统以实现第一换相失败预防控 制器的提前触发；

高压协调控制器将高压协调控制器的拟输出量与第二使能信号相乘，得到高 压协调控制器的输出量并传输至高压触发控制系统以实现第二换相失败预防控 制器的提前触发。

在上述实施例的基础上，优选的，所述步骤F，还包括：

在第二换相失败预防控制器检测到高压交流系统发生故障后，低压触发控制 系统控制第一换相失败预防控制器的启动时间同步于第二换相失败预防控制器；

在第一换相失败预防控制器检测到低压交流系统发生故障后，高压触发控制 系统控制第二换相失败预防控制器的启动时间同步于第一换相失败预防控制器。

在上述实施例的基础上，优选的，所述低压协调控制器和高压协调控制器均 采用CO_able的使能控制信号；

所述步骤D，具体为：

在监测到第一换相失败预防控制器或第二换相失败预防控制器启动之后，低 压协调控制器和高压协调控制器分别产生一个阶跃信号，所产生的两个阶跃信号 接入异或逻辑原件，异或逻辑原件输出第一使能信号和第二使能信号，且满足：

第一使能信号在第一换相失败预防控制器的启动时间和第二换相失败预防 控制器的启动时间之间为1，其余时刻均为0；

第二使能信号在第一换相失败预防控制器的启动时间和第二换相失败预防 控制器的启动时间之间为1，其余时刻均为0。

在上述任意实施例的基础上，优选的，所述故障检测包括不对称故障检测和 对称故障检测。

在上述实施例的基础上，优选的，所述不对称故障检测，具体为：

第一换相失败预防控制器或第二换相失败预防控制器将三相电压瞬时值之 和输入到不对称检测单元；不对称检测单元通过三相电压瞬时值的零序电压判断 交流系统是否发生不对称故障：

根据3U₀＝U_a+U_b+U_c，求出U₀；

如果U₀>不对称故障阈值，则判定发生不对称故障；

否则判定没有发生不对称故障；

式中，3U₀为三相电压瞬时值的零序电压，U_a、U_b、U_c为换流母线三相电压 瞬时值。

在上述实施例的基础上，优选的，所述对称故障检测，具体为：

第一换相失败预防控制器或第二换相失败预防控制器将三相电压瞬时值输 入到对称检测单元；对称检测单元将三相电压瞬时值变换至U_αβ两相静止坐标系 下，并根据U_αβ两相静止坐标的均方根判断交流故障：

根据

求出U_αβ；

如果U_αβ<对称故障阈值，则判定发生对称故障；

否则判定没有发生对称故障；

式中，U_α为两相静止坐标系下α相坐标，U_β为两相静止坐标系下β相坐标， U_αβ为U_α和U_β的均方根。

在上述任意实施例的基础上，优选的，所述低压换流母线为500kV换流母 线；所述高压换流母线为1000kV换流母线。

一种特高压分层接入下的换相失败预防协调控制系统，包括电压接入模块、 低压逆变阀组的第一换相失败预防控制器、高压逆变阀组的第二换相失败预防控 制器、低压协调控制器、高压协调控制器、异或逻辑原件、低压触发控制系统、 高压触发控制系统，其中：

电压接入模块与第一换相失败预防控制器、第二换相失败预防控制器分别连 接；

第一换相失败预防控制器与第二换相失败预防控制器、低压协调控制器、异 或逻辑原件、低压触发控制系统分别连接；

第二换相失败预防控制器还与高压协调控制器、异或逻辑原件、高压触发控 制系统分别连接；

异或逻辑原件还与低压协调控制器、高压协调控制器分别连接；

低压协调控制器还与低压触发控制系统连接；

高压协调控制器还与高压触发控制系统连接；

电压接入模块获取低压换流母线处的交流电压瞬时值，并传递给第一换相失 败预防控制器；

电压接入模块获取高压换流母线处的交流电压瞬时值，并传递给第二换相失 败预防控制器；

第一换相失败预防控制器进行实时计算，对低压交流系统进行故障检测，并 根据故障严重程度计算出低压逆变阀组独立的第一触发角相移量；

第二换相失败预防控制器进行实时计算，对高压交流系统进行故障检测，并 根据故障严重程度计算出高压逆变阀组独立的第二触发角相移量；

第一换相失败预防控制器将第一触发角相移量输入到第二换相失败预防控 制器、低压协调控制器、异或逻辑原件；

第二换相失败预防控制器将第二触发角相移量输入到第一换相失败预防控 制器、高压协调控制器、异或逻辑原件；

异或逻辑原件根据第一触发角相移量、第二触发角相移量得到第一使能信号 和第二使能信号；异或逻辑原件将第一使能信号发送到低压协调控制器，异或逻 辑原件将第二使能信号发送到高压协调控制器；

所述第一使能信号用以保证低压协调控制器的协调控制仅在第一换相失败 预防控制器的启动时间和第二换相失败预防控制器的启动时间之间有效；

所述第二使能信号用以保证高压协调控制器的协调控制仅在第一换相失败 预防控制器的启动时间和第二换相失败预防控制器的启动时间之间有效；

第一换相失败预防控制器将第二触发角相移量传输至低压协调控制器；低压 协调控制器将第一触发角相移量与第二触发角相移量和低压协调控制系数之积 的最大值作为低压协调控制器的拟输出量；

第二换相失败预防控制器将第一触发角相移量传输至高压协调控制器；高压 协调控制器将第二触发角相移量与第一触发角相移量和高压协调控制系数之积 的最大值作为高压协调控制器的拟输出量；

低压协调控制器将低压协调控制器的拟输出量与第一使能信号相乘，得到低 压协调控制器的输出量并传输至低压触发控制系统以实现第一换相失败预防控 制器的提前触发；

高压协调控制器将高压协调控制器的拟输出量与第二使能信号相乘，得到高 压协调控制器的输出量并传输至高压触发控制系统以实现第二换相失败预防控 制器的提前触发。

在上述实施例的基础上，优选的，在第二换相失败预防控制器检测到高压交 流系统发生故障后，低压触发控制系统控制第一换相失败预防控制器的启动时间 同步于第二换相失败预防控制器；

在第一换相失败预防控制器检测到低压交流系统发生故障后，高压触发控制 系统控制第二换相失败预防控制器的启动时间同步于第一换相失败预防控制器。

在上述实施例的基础上，优选的，所述低压协调控制器和高压协调控制器均 采用CO_able的使能控制信号；

在监测到第一换相失败预防控制器或第二换相失败预防控制器启动之后，低 压协调控制器和高压协调控制器分别产生一个阶跃信号，所产生的两个阶跃信号 接入异或逻辑原件，异或逻辑原件输出第一使能信号和第二使能信号，且满足：

第一使能信号在第一换相失败预防控制器的启动时间和第二换相失败预防 控制器的启动时间之间为1，其余时刻均为0；

第二使能信号在第一换相失败预防控制器的启动时间和第二换相失败预防 控制器的启动时间之间为1，其余时刻均为0。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明公开了特高压分层接入下的换相失败预防协调控制方法及系统，采用 协调控制，当一层系统发生故障后，将非故障层逆变阀组换相失败预防控制器的 启动时间提前到与故障层逆变阀组换相失败预防控制器的启动时间相同，实现二 者的同时触发，在对称故障及不对称故障情况下均可以有效提升非故障层逆变阀 组的换相失败抑制效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1示出了本发明实施例提供的一种特高压分层接入下的换相失败预防协 调控制方法的流程示意图；

图2是特高压直流分层接入方式示意图；

图3所示为逆变阀组阀组控制策略图；

图4是特高压直流分层接入下换相失败预防控制图；

图5是特高压直流分层接入下高、低压阀组换相失败预防控制的协调控制框 图；

图6是特高压分层接入模式下500kV交流系统层发生对称故障，系统有无 协调控制的换相失败情况对比图；

图7是特高压分层接入模式下1000kV交流系统层发生对称故障，系统有无 协调控制的换相失败情况对比图；

图8是特高压分层接入模式下不对称故障情况，协调控制高低压阀组换相失 败抑制效果的提升示意图；

图9示出了本发明实施例提供的一种特高压分层接入下的换相失败预防协 调控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是， 在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合 形成新的实施例。

具体实施例一

本发明实施例中，所述低压换流母线可以为500kV换流母线；所述高压换 流母线可以为1000kV换流母线。

本发明实施例中，故障层指的是发生故障的高压交流系统或者低压交流系统， 非故障层指的是没有发生故障的高压交流系统或者低压交流系统。例如，在高压 交流系统发生故障时，高压交流系统是故障层，低压交流系统是非故障层；在低 压交流系统发生故障时，低压交流系统是故障层，高压交流系统是非故障层。

如图1所示，本发明实施例提供了一种特高压分层接入下的换相失败预防协 调控制方法，包括：

步骤A：

电压接入模块获取低压换流母线处的交流电压瞬时值，并传递给低压逆变阀 组的第一换相失败预防控制器；

电压接入模块获取高压换流母线处的交流电压瞬时值，并传递给高压逆变阀 组的第二换相失败预防控制器；

步骤B：

第一换相失败预防控制器进行实时计算，对低压交流系统进行故障检测，并 根据故障严重程度计算出低压逆变阀组独立的第一触发角相移量；

第二换相失败预防控制器进行实时计算，对高压交流系统进行故障检测，并 根据故障严重程度计算出高压逆变阀组独立的第二触发角相移量；

步骤C：

第一换相失败预防控制器将第一触发角相移量输入到第二换相失败预防控 制器、低压协调控制器、异或逻辑原件；

第二换相失败预防控制器将第二触发角相移量输入到第一换相失败预防控 制器、高压协调控制器、异或逻辑原件；

步骤D：

异或逻辑原件根据第一触发角相移量、第二触发角相移量得到第一使能信号 和第二使能信号；异或逻辑原件将第一使能信号发送到低压协调控制器，异或逻 辑原件将第二使能信号发送到高压协调控制器；

所述第一使能信号用以保证低压协调控制器的协调控制仅在第一换相失败 预防控制器的启动时间和第二换相失败预防控制器的启动时间之间有效；

所述第二使能信号用以保证高压协调控制器的协调控制仅在第一换相失败 预防控制器的启动时间和第二换相失败预防控制器的启动时间之间有效；

步骤E：

第一换相失败预防控制器将第二触发角相移量传输至低压协调控制器；低压 协调控制器将第一触发角相移量与第二触发角相移量和低压协调控制系数之积 的最大值作为低压协调控制器的拟输出量；

第二换相失败预防控制器将第一触发角相移量传输至高压协调控制器；高压 协调控制器将第二触发角相移量与第一触发角相移量和高压协调控制系数之积 的最大值作为高压协调控制器的拟输出量；

步骤F：

低压协调控制器将低压协调控制器的拟输出量与第一使能信号相乘，得到低 压协调控制器的输出量并传输至低压触发控制系统以实现第一换相失败预防控 制器的提前触发；

高压协调控制器将高压协调控制器的拟输出量与第二使能信号相乘，得到高 压协调控制器的输出量并传输至高压触发控制系统以实现第二换相失败预防控 制器的提前触发。

所述步骤F，还可以包括：

在第二换相失败预防控制器检测到高压交流系统发生故障后，低压触发控制 系统控制第一换相失败预防控制器的启动时间同步于第二换相失败预防控制器；

在第一换相失败预防控制器检测到低压交流系统发生故障后，高压触发控制 系统控制第二换相失败预防控制器的启动时间同步于第一换相失败预防控制器。

本发明实施例采用协调控制，当一层系统发生故障后，将非故障层逆变阀组 换相失败预防控制器的启动时间提前到与故障层逆变阀组换相失败预防控制器 的启动时间相同，实现二者的同时触发，在对称故障及不对称故障情况下均可以 有效提升非故障层逆变阀组的换相失败抑制效果。

如图2所示为本发明所针对的特高压直流分层接入方式示意图。即±800kV 特高压直流系统受端分层接入500kV/1000kV交流系统，与传统的两端直流输电 系统不同，这种接线方式下直流逆变侧连接了多个交流系统，这实际上是一种串 联多端直流的接线形式。

如图3所示为逆变阀组阀组控制策略，阀组控制层包含直流电压控制、直流 电流控制和熄弧角控制。极控制层给出各阀组的直流电压指令、直流电流指令以 及熄弧角指令。图中I_ord、U_ord、γ_ord为逆变阀组接受到来自极控制层的直流电流 指令、直流电压指令以及熄弧角指令。I_mes、U_mes、γ_mes为取自阀组测量系统的 直流电流测量值、直流电压测量值以及熄弧角测量值。I_ref为逆变阀组直流电流 参考值，Δγ为熄弧角偏差量，Δγ_max为熄弧角偏差量的最大值。

逆变阀组控制策略中直流电流控制、直流电压控制以及熄弧角控制共用一个 PI控制器，但是PI控制器分别有对应直流电流控制、直流电压控制以及熄弧角 控制的三套PI控制参数。直流电流偏差、直流电压偏差以及熄弧角偏差的最大 值被输入到PI控制器，PI控制器的参数选择为最大偏差量对应的PI控制参数。

如图4所示为本发明所针对的换相失败预防控制，图中U_a、U_b、U_c为换流 母线处的交流电压瞬时值；DIFF_LEVEL和ABZ_LEVEL分别为不对称故障检 测与对称故障检测的阈值；k₁、k₂为换相失败预防控制输出与故障严重程度的比 例系数；AMIN_CFPREV为换相失败预防控制的输出，该输出可以确定逆变阀组 触发角相移大小。换相失败预防控制通过检测交流系统故障，对逆变阀组进行预 防性提前触发角控制。故障检测分为不对称故障检测和对称故障检测两个部分， 其中不对称故障检测是将三相电压瞬时值之和输入到不对称检测部分，由三相零 序电压判断交流系统是否发生不对称故障。

所述不对称故障检测，可以具体为：

第一换相失败预防控制器或第二换相失败预防控制器将三相电压瞬时值之 和输入到不对称检测单元；不对称检测单元通过三相电压瞬时值的零序电压判断 交流系统是否发生不对称故障：

根据3U₀＝U_a+U_b+U_c，求出U₀；

如果U₀>不对称故障阈值，则判定发生不对称故障；

否则判定没有发生不对称故障；

式中，3U₀为三相电压瞬时值的零序电压，U_a、U_b、U_c为换流母线三相电压 瞬时值。

所述对称故障检测，可以具体为：

第一换相失败预防控制器或第二换相失败预防控制器将三相电压瞬时值输 入到对称检测单元；对称检测单元将三相电压瞬时值变换至U_αβ两相静止坐标系 下，根据U_αβ两相静止坐标的均方根判断交流故障：

根据

求出U_αβ；

如果U_αβ<对称故障阈值，则判定发生对称故障；

否则判定没有发生对称故障；

式中，U_α为两相静止坐标系下α相坐标，U_β为两相静止坐标系下β相坐标， U_αβ为U_α和U_β的均方根。

每一极高低压阀组的控制均独立配置，对于换相失败预防控制也是这样。高 压阀组接入500kV换流母线，高压阀组的换相失败预防控制的输入为500kV换 流母线的三相电压瞬时值；低压阀组接入1000kV换流母线，低压阀组换相失败 预防控制的输入为1000kV换流母线三相电压瞬时值。

所述低压协调控制器和高压协调控制器可以均采用CO_able的使能控制信 号；所述步骤D，可以具体为：

在监测到第一换相失败预防控制器或第二换相失败预防控制器启动之后，低 压协调控制器和高压协调控制器分别产生一个阶跃信号，所产生的两个阶跃信号 接入异或逻辑原件，异或逻辑原件输出第一使能信号和第二使能信号，且满足：

第一使能信号在第一换相失败预防控制器的启动时间和第二换相失败预防 控制器的启动时间之间为1，其余时刻均为0；

第二使能信号在第一换相失败预防控制器的启动时间和第二换相失败预防 控制器的启动时间之间为1，其余时刻均为0。

如图5所示为本发明中所针对的特高压直流分层接入下高低压阀组换相失 败预防控制的协调控制框图。图中CO_able为协调控制有效的使能信号，k_a1与 k_a2是高压阀组与低压阀组换相失败预防控制之间的协调控制系数，k_a1为高压协 调控制系数，k_a2为低压协调控制系数；CO_CFPREV1与CO_CFPREV2分别是 协调控制中高压阀组与低压阀组换相失败预防控制的输出。

高压阀组与低压阀组的换相失败预防控制的启动时间是不同的，为了尽量保 持高低压阀组换相失败预防控制的独立性，协调控制仅仅在高压阀组与低压阀组 的换相失败预防控制的启动时刻之间有效。使能信号的电路实现为：在监测到高 压阀组与低压阀组的换相失败预防控制启动之后，产生两个阶跃信号，并将两个 阶跃信号接入异或门，异或门的输出即为使能信号，且使能信号将在两类换相失 败预防控制启动时刻之间为1，其余时刻均为0。协调控制的输出为本层换相失 败预防控制的输出与另一层换相失败预防控制输出乘于协调系数这两者中的最 大值。协调控制可提前非故障层逆变阀组的换相失败预防控制的启动时间，从而 提升其换相失败的抑制效果。

本发明实施例的一个应用场景可以是：

基于规划中的特高压直流分层接入工程，在PSCAD/EMTDC中搭建了相应 仿真模型。特高压直流输电的电压等级为±1100kV，传输的直流功率为 12000MW。为了衡量特高压直流分层接入模式下逆变侧交流系统的强度，引入 特高压直流分层接入短路比。1000kV交流系统的分层接入短路比为6.04，500kV 交流系统的分层接入短路比为3.02。

验证协调控制器对非故障层逆变阀组换相失败的抑制效果提升，首先在 500kV交流系统层设置了一系列不同的三相接地故障。故障接地电抗从0H至 0.4H，考虑到故障时刻对换相失败的影响，故障发生的时刻设置为1s至1.009s。

图6(a)为无协调控制情况下高压阀组与低压阀组均发生或不发生换相失败， 深蓝色方框表示在该三相接地故障下，高低压阀组均发生换相失败，白色方框表 示在该三相接地故障下，高低压阀组均不发生换相失败。图6(b)为低压阀组在协 调控制与非协调控制下换相失败情况的对比，图中深蓝色方框表示在该三相接地 故障下，有无协调控制低压阀组均发生换相失败；淡蓝色方框表示在该三相接地 故障下，无协调控制发生了换相失败而协调控制避免了换相失败；白色方框表示 在该三相接地故障下，有无协调控制低压阀组均不发生换相失败。

由图6(a)可以发现高压阀组与低压阀组某些故障情况下均换相失败，这可以 解释为高压阀组由于交流电压跌落发生了换相失败，而换相失败使直流电流快速 升高，从而使低压阀组也发生了换相失败。图6(b)中淡蓝色部分为协调控制在无 协调控制基础上对换相失败抑制效果的提升。

考虑到高压阀组与低压阀组协调控制的不对称性，下面在1000kV交流系统 层设置不同的三相接地故障，故障接地电抗范围是1.3H-1.7H，故障开始时刻范 围1.000s-1.009s。图6为1000kV交流系统层发生三相接地故障后，在不同故障 情况下高压阀组与低压阀组的换相失败情况，图7(a)与图7(a)类似，在此不赘述， 图7(b)为1000kV交流系统发生三相接地故障后，高压阀组在有无协调控制情况 下的换相失败情况对比。由图7(b)可知，在1000kV层交流系统故障情况下，协 调控制对高压阀组的换相失败抑制效果有明显的提升效果，图中淡蓝色部分均为 协调控制有提升效果的故障情况。

之前在三相接地故障情况下，对控制器效果进行了验证，下面验证协调控制 器在不对称故障情况下是否也有提升非故障逆变阀组换相失败抑制效果的能力。 与之前三相接地故障的仿真算例相比，协调控制的参数不变，仅将故障设置修改 为A相接地故障。

在500kV交流系统层设置的A相接地故障的接地电抗范围为0-0.4H，在 1000kV交流系统层设置的A相接地故障的接地电抗范围为0.1-1.4H，故障时刻 的范围均为1.000-1.009s，故障持续时间均为0.1s。图8为不对称故障情况下， 协调控制对高低压阀组换相失败抑制效果提升的结果图；图8(a)为500kV交流 系统层发生A相接地故障后，低压阀组在协调控制与非协调控制情况下换相失 败情况；图8(b)为1000kV交流系统层发生A相接地故障后，高压阀组在协调控 制与非协调控制情况下换相失败情况。

在上述的具体实施例一中，提供了特高压分层接入下的换相失败预防协调控 制方法，与之相对应的，本申请还提供特高压分层接入下的换相失败预防协调控 制系统。由于系统实施例基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之 处参见方法实施例的部分说明即可。下述描述的系统实施例仅仅是示意性的。

具体实施例二

如图2所示，本发明实施例提供了一种特高压分层接入下的换相失败预防协 调控制系统，包括电压接入模块、低压逆变阀组的第一换相失败预防控制器、高 压逆变阀组的第二换相失败预防控制器、低压协调控制器、高压协调控制器、异 或逻辑原件、低压触发控制系统、高压触发控制系统，其中：

电压接入模块与第一换相失败预防控制器、第二换相失败预防控制器分别连 接；

第一换相失败预防控制器与第二换相失败预防控制器、低压协调控制器、异 或逻辑原件、低压触发控制系统分别连接；

第二换相失败预防控制器还与高压协调控制器、异或逻辑原件、高压触发控 制系统分别连接；

异或逻辑原件还与低压协调控制器、高压协调控制器分别连接；

低压协调控制器还与低压触发控制系统连接；

高压协调控制器还与高压触发控制系统连接；

电压接入模块获取低压换流母线处的交流电压瞬时值，并传递给第一换相失 败预防控制器；

电压接入模块获取高压换流母线处的交流电压瞬时值，并传递给第二换相失 败预防控制器；

第一换相失败预防控制器进行实时计算，对低压交流系统进行故障检测，并 根据故障严重程度计算出低压逆变阀组独立的第一触发角相移量；

第二换相失败预防控制器进行实时计算，对高压交流系统进行故障检测，并 根据故障严重程度计算出高压逆变阀组独立的第二触发角相移量；

第一换相失败预防控制器将第一触发角相移量输入到第二换相失败预防控 制器、低压协调控制器、异或逻辑原件；

第二换相失败预防控制器将第二触发角相移量输入到第一换相失败预防控 制器、高压协调控制器、异或逻辑原件；

异或逻辑原件根据第一触发角相移量、第二触发角相移量得到第一使能信号 和第二使能信号；异或逻辑原件将第一使能信号发送到低压协调控制器，异或逻 辑原件将第二使能信号发送到高压协调控制器；

所述第一使能信号用以保证低压协调控制器的协调控制仅在第一换相失败 预防控制器的启动时间和第二换相失败预防控制器的启动时间之间有效；

所述第二使能信号用以保证高压协调控制器的协调控制仅在第一换相失败 预防控制器的启动时间和第二换相失败预防控制器的启动时间之间有效；

第一换相失败预防控制器将第二触发角相移量传输至低压协调控制器；低压 协调控制器将第一触发角相移量与第二触发角相移量和低压协调控制系数之积 的最大值作为低压协调控制器的拟输出量；

第二换相失败预防控制器将第一触发角相移量传输至高压协调控制器；高压 协调控制器将第二触发角相移量与第一触发角相移量和高压协调控制系数之积 的最大值作为高压协调控制器的拟输出量；

低压协调控制器将低压协调控制器的拟输出量与第一使能信号相乘，得到低 压协调控制器的输出量并传输至低压触发控制系统以实现第一换相失败预防控 制器的提前触发；

高压协调控制器将高压协调控制器的拟输出量与第二使能信号相乘，得到高 压协调控制器的输出量并传输至高压触发控制系统以实现第二换相失败预防控 制器的提前触发。

在上述实施例的基础上，优选的，在第二换相失败预防控制器检测到高压交 流系统发生故障后，低压触发控制系统控制第一换相失败预防控制器的启动时间 同步于第二换相失败预防控制器；

在第一换相失败预防控制器检测到低压交流系统发生故障后，高压触发控制 系统控制第二换相失败预防控制器的启动时间同步于第一换相失败预防控制器。

在上述实施例的基础上，优选的，所述低压协调控制器和高压协调控制器均 采用CO_able的使能控制信号；

在监测到第一换相失败预防控制器或第二换相失败预防控制器启动之后，低 压协调控制器和高压协调控制器分别产生一个阶跃信号，所产生的两个阶跃信号 接入异或逻辑原件，异或逻辑原件输出第一使能信号和第二使能信号，且满足：

第一使能信号在第一换相失败预防控制器的启动时间和第二换相失败预防 控制器的启动时间之间为1，其余时刻均为0；

第二使能信号在第一换相失败预防控制器的启动时间和第二换相失败预防 控制器的启动时间之间为1，其余时刻均为0。

本发明实施例采用协调控制，当一层系统发生故障后，将非故障层逆变阀组 换相失败预防控制器的启动时间提前到与故障层逆变阀组换相失败预防控制器 的启动时间相同，实现二者的同时触发，在对称故障及不对称故障情况下均可以 有效提升非故障层逆变阀组的换相失败抑制效果。

本发明从使用目的上，效能上，进步及新颖性等观点进行阐述，其具有的实 用进步性，己符合专利法所强调的功能增进及使用要件，本发明以上的说明及附 图，仅为本发明的较佳实施例而己，并非以此局限本发明，因此，凡一切与本发 明构造，装置，待征等近似、雷同的，即凡依本发明专利申请范围所作的等同替 换或修饰等，皆应属本发明的专利申请保护的范围之内。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可 以相互组合。尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的 精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所 述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。对本领 域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的 改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范 围之内。

Claims (10)

1.一种特高压分层接入下的换相失败预防协调控制方法，其特征在于，包括：

步骤A：

电压接入模块获取低压换流母线处的交流电压瞬时值，并传递给低压逆变阀组的第一换相失败预防控制器；

电压接入模块获取高压换流母线处的交流电压瞬时值，并传递给高压逆变阀组的第二换相失败预防控制器；

步骤B：

第一换相失败预防控制器进行实时计算，对低压交流系统进行故障检测，并根据故障严重程度计算出低压逆变阀组独立的第一触发角相移量；

第二换相失败预防控制器进行实时计算，对高压交流系统进行故障检测，并根据故障严重程度计算出高压逆变阀组独立的第二触发角相移量；

步骤C：

第一换相失败预防控制器将第一触发角相移量输入到第二换相失败预防控制器、低压协调控制器、异或逻辑原件；

第二换相失败预防控制器将第二触发角相移量输入到第一换相失败预防控制器、高压协调控制器、异或逻辑原件；

步骤D：

异或逻辑原件根据第一触发角相移量、第二触发角相移量得到第一使能信号和第二使能信号；异或逻辑原件将第一使能信号发送到低压协调控制器，异或逻辑原件将第二使能信号发送到高压协调控制器；

所述第一使能信号用以保证低压协调控制器的协调控制仅在第一换相失败预防控制器的启动时间和第二换相失败预防控制器的启动时间之间有效；

所述第二使能信号用以保证高压协调控制器的协调控制仅在第一换相失败预防控制器的启动时间和第二换相失败预防控制器的启动时间之间有效；

步骤E：

第一换相失败预防控制器将第二触发角相移量传输至低压协调控制器；低压协调控制器将第一触发角相移量与第二触发角相移量和低压协调控制系数之积的最大值作为低压协调控制器的拟输出量；

第二换相失败预防控制器将第一触发角相移量传输至高压协调控制器；高压协调控制器将第二触发角相移量与第一触发角相移量和高压协调控制系数之积的最大值作为高压协调控制器的拟输出量；

步骤F：

低压协调控制器将低压协调控制器的拟输出量与第一使能信号相乘，得到低压协调控制器的输出量并传输至低压触发控制系统以实现第一换相失败预防控制器的提前触发；

高压协调控制器将高压协调控制器的拟输出量与第二使能信号相乘，得到高压协调控制器的输出量并传输至高压触发控制系统以实现第二换相失败预防控制器的提前触发。

2.根据权利要求1所述的特高压分层接入下的换相失败预防协调控制方法，其特征在于，所述步骤F，还包括：

在第二换相失败预防控制器检测到高压交流系统发生故障后，低压触发控制系统控制第一换相失败预防控制器的启动时间同步于第二换相失败预防控制器；

在第一换相失败预防控制器检测到低压交流系统发生故障后，高压触发控制系统控制第二换相失败预防控制器的启动时间同步于第一换相失败预防控制器。

3.根据权利要求2所述的特高压分层接入下的换相失败预防协调控制方法，其特征在于，所述低压协调控制器和高压协调控制器均采用CO_able的使能控制信号；

所述步骤D，具体为：

在监测到第一换相失败预防控制器或第二换相失败预防控制器启动之后，低压协调控制器和高压协调控制器分别产生一个阶跃信号，所产生的两个阶跃信号接入异或逻辑原件，异或逻辑原件输出第一使能信号和第二使能信号，且满足：

第一使能信号在第一换相失败预防控制器的启动时间和第二换相失败预防控制器的启动时间之间为1，其余时刻均为0；

第二使能信号在第一换相失败预防控制器的启动时间和第二换相失败预防控制器的启动时间之间为1，其余时刻均为0。

4.根据权利要求1-3任一项所述的特高压分层接入下的换相失败预防协调控制方法，其特征在于，所述故障检测包括不对称故障检测和对称故障检测。

5.根据权利要求4所述的特高压分层接入下的换相失败预防协调控制方法，其特征在于，所述不对称故障检测，具体为：

第一换相失败预防控制器或第二换相失败预防控制器将三相电压瞬时值之和输入到不对称检测单元；不对称检测单元通过三相电压瞬时值的零序电压判断交流系统是否发生不对称故障：

根据3U₀＝U_a+U_b+U_c，求出U₀；

如果U₀>不对称故障阈值，则判定发生不对称故障；

否则判定没有发生不对称故障；

式中，3U₀为三相电压瞬时值的零序电压，U_a、U_b、U_c为换流母线三相电压瞬时值。

6.根据权利要求5所述的特高压分层接入下的换相失败预防协调控制方法，其特征在于，所述对称故障检测，具体为：

第一换相失败预防控制器或第二换相失败预防控制器将三相电压瞬时值输入到对称检测单元；对称检测单元将三相电压瞬时值变换至U_αβ两相静止坐标系下，并根据U_αβ两相静止坐标的均方根判断交流故障：

根据

求出U_αβ；

如果U_αβ<对称故障阈值，则判定发生对称故障；

否则判定没有发生对称故障；

式中，U_α为两相静止坐标系下α相坐标，U_β为两相静止坐标系下β相坐标，U_αβ为U_α和U_β的均方根。

7.根据权利要求1所述的特高压分层接入下的换相失败预防协调控制方法，其特征在于，所述低压换流母线为500kV换流母线；所述高压换流母线为1000kV换流母线。

8.一种特高压分层接入下的换相失败预防协调控制系统，其特征在于，包括电压接入模块、低压逆变阀组的第一换相失败预防控制器、高压逆变阀组的第二换相失败预防控制器、低压协调控制器、高压协调控制器、异或逻辑原件、低压触发控制系统、高压触发控制系统，其中：

电压接入模块与第一换相失败预防控制器、第二换相失败预防控制器分别连接；

第一换相失败预防控制器与第二换相失败预防控制器、低压协调控制器、异或逻辑原件、低压触发控制系统分别连接；

第二换相失败预防控制器还与高压协调控制器、异或逻辑原件、高压触发控制系统分别连接；

异或逻辑原件还与低压协调控制器、高压协调控制器分别连接；

低压协调控制器还与低压触发控制系统连接；

高压协调控制器还与高压触发控制系统连接；

电压接入模块获取低压换流母线处的交流电压瞬时值，并传递给第一换相失败预防控制器；

电压接入模块获取高压换流母线处的交流电压瞬时值，并传递给第二换相失败预防控制器；

第一换相失败预防控制器进行实时计算，对低压交流系统进行故障检测，并根据故障严重程度计算出低压逆变阀组独立的第一触发角相移量；

第二换相失败预防控制器进行实时计算，对高压交流系统进行故障检测，并根据故障严重程度计算出高压逆变阀组独立的第二触发角相移量；

第一换相失败预防控制器将第一触发角相移量输入到第二换相失败预防控制器、低压协调控制器、异或逻辑原件；

第二换相失败预防控制器将第二触发角相移量输入到第一换相失败预防控制器、高压协调控制器、异或逻辑原件；

异或逻辑原件根据第一触发角相移量、第二触发角相移量得到第一使能信号和第二使能信号；异或逻辑原件将第一使能信号发送到低压协调控制器，异或逻辑原件将第二使能信号发送到高压协调控制器；

所述第一使能信号用以保证低压协调控制器的协调控制仅在第一换相失败预防控制器的启动时间和第二换相失败预防控制器的启动时间之间有效；

所述第二使能信号用以保证高压协调控制器的协调控制仅在第一换相失败预防控制器的启动时间和第二换相失败预防控制器的启动时间之间有效；

第一换相失败预防控制器将第二触发角相移量传输至低压协调控制器；低压协调控制器将第一触发角相移量与第二触发角相移量和低压协调控制系数之积的最大值作为低压协调控制器的拟输出量；

第二换相失败预防控制器将第一触发角相移量传输至高压协调控制器；高压协调控制器将第二触发角相移量与第一触发角相移量和高压协调控制系数之积的最大值作为高压协调控制器的拟输出量；

低压协调控制器将低压协调控制器的拟输出量与第一使能信号相乘，得到低压协调控制器的输出量并传输至低压触发控制系统以实现第一换相失败预防控制器的提前触发；

高压协调控制器将高压协调控制器的拟输出量与第二使能信号相乘，得到高压协调控制器的输出量并传输至高压触发控制系统以实现第二换相失败预防控制器的提前触发。

9.根据权利要求8所述的特高压分层接入下的换相失败预防协调控制系统，其特征在于，在第二换相失败预防控制器检测到高压交流系统发生故障后，低压触发控制系统控制第一换相失败预防控制器的启动时间同步于第二换相失败预防控制器；

在第一换相失败预防控制器检测到低压交流系统发生故障后，高压触发控制系统控制第二换相失败预防控制器的启动时间同步于第一换相失败预防控制器。

10.根据权利要求9所述的特高压分层接入下的换相失败预防协调控制系统，其特征在于，所述低压协调控制器和高压协调控制器均采用CO_able的使能控制信号；

在监测到第一换相失败预防控制器或第二换相失败预防控制器启动之后，低压协调控制器和高压协调控制器分别产生一个阶跃信号，所产生的两个阶跃信号接入异或逻辑原件，异或逻辑原件输出第一使能信号和第二使能信号，且满足：

第一使能信号在第一换相失败预防控制器的启动时间和第二换相失败预防控制器的启动时间之间为1，其余时刻均为0；

第二使能信号在第一换相失败预防控制器的启动时间和第二换相失败预防控制器的启动时间之间为1，其余时刻均为0。