CN110676867B - 一种考虑相角跳变的直流输电连续换相失败抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑相角跳变的直流输电连续换相失败抑制方法，通过实时采集受端交流电网母线电压，利用锁相环实时计算其相位信息；然后将当前时刻的母线电压相位信息与前一个周期的母线电压相位信息做差得到差值，再经过低通滤波环节滤去高频抖动，得到相角跳变量；最后将母线电压相角跳变量送入迟滞比较器，判断是否启动相角补偿器，并将母线电压相角跳变量乘上一个比例系数得到相角跳变补偿量，经限幅后叠加到传统控制系统生成的实际越前触发角上，从而有效地抑制连续换相失败，本发明可广泛应用于特高压直流输电控制系统中。

Description

一种考虑相角跳变的直流输电连续换相失败抑制方法

技术领域

本发明涉及电力传输技术领域，涉及高压直流输电技术，特别是一种考虑相角跳变的直流输电连续换相失败抑制方法。

背景技术

我国一次能源与电力需求呈逆向分布，特高压直流输电技术凭借其输电距离远、容量大、控制灵活、调度方便、损耗低、输电走廊占用少等诸多优点得到了广泛的应用。但是，基于电网换相换流器的高压直流输电(Line commutated converter based highvoltage direct current，LCC-HVDC)采用的换流元件为晶闸管，无自关断能力，在受端电网故障下很有可能发生换相失败，进而使得直流电流迅速增大、直流电压迅速下降，传输功率迅速减小，在故障严重时可能导致直流系统闭锁，这将对直流输电系统的高效、安全、稳定运行造成严重影响。

对于单次的换相失败，如果故障清除及时，换流阀在清除故障后都能恢复正常换相。但是当引发换相失败的故障未在短时间内清除时，直流系统在故障恢复的过程中极易出现连续换相失败现象。一般来说，首次换相失败难以避免，但是采取适当的措施可以抑制连续换相失败。

换流母线电压的减小，直流电流的增大，超前的相角跳变，都会导致关断角的减小，严重时导致换相失败发生。通常直流控制系统中都配备有低压限流控制器，可以抑制故障期间直流电流的增大，促进换相过程。但目前考虑相角跳变对换相失败影响的理论研究较少，而相角跳变对换相过程的影响是不可忽略的。因此，研究一种考虑相角跳变的直流输电连续换相失败抑制方法意义重大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种考虑相角跳变的直流输电连续换相失败抑制方法。该方法能够有效的减少连续换相失败，保证高压直流输电系统的安全稳定运行。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种考虑相角跳变的直流输电连续换相失败抑制方法，适用高压直流输电系统；包括以下步骤：

1)高压直流输电系统的控制保护装置实时采集受端交流母线三相电压u_a、u_b、u_c，通过锁相环计算电压相位信息θ；

2)将通过步骤1计算的当前时刻相位信息θ_now与上一个周期计算的相位信息θ_last做差，经过低通滤波环节后，滤去高频抖动，得到相角跳变量θ_det；

3)将相角跳变量θ_det送入迟滞比较器判断是否启动相角补偿器，即：若相角跳变量θ_det大于迟滞比较器上门槛th_h，说明相角跳变较大，迟滞比较器的输出置1，立即启动相角补偿器；若相角跳变量θ_det小于迟滞比较器下门槛th_l，迟滞比较器的输出置0，不启动相角补偿器或者退出正在运行的相角补偿器；若th_l＜θ_det＜th_h，则迟滞比较器的输出保持不变，避免相角补偿器频繁启停；

4)若相角补偿器启动后，将相角跳变量θ_det乘上比例系数K，限幅后，得到相角跳变补偿量θ_com；

5)将相角跳变补偿量θ_com与传统控制系统生成的实际越前触发角指令β_inv叠加，得到补偿后的越前触发角指令β。

6)由迟滞比较器判断是否退出相角补偿器；若迟滞比较器输出为1，则重复步骤(4)-(5)；若迟滞比较器输出为0，则相角补偿器退出运行。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

1)本发明方法的启动判据与补偿器运行均采用受端换流站母线电压的数据，方法实现无需送端数据，因此方法响应速度较快；

2)本发明方法无需在直流系统中添加额外的测量装置，也无需改变现有直流控制系统中的各控制器的结构和参数，方法实现较易，成本较低。

3)本发明方法能够有效抑制连续换相失败的发生，且有利于直流系统快速恢复稳定运行。

附图说明

图1为本发明一实施例高压直流输电系统模型主电路图；

图2为本发明一实施例迟滞比较器；

图3为本发明一实施例考虑相角跳变补偿的高压直流输电系统连续换相失败抑制方法控制框图；

图4(a)为采用传统低压限流控制时故障情况下关断角仿真波形图；图4(b)为采用考虑相角跳变补偿的高压直流输电系统连续换相失败抑制方法时故障情况下关断角仿真波形图。

具体实施方式

图1为本发明一实施例高压直流输电系统模型主电路图，包括交流电网、换流站、换流变压器、直流线路、无功补偿装置。电阻、电感、电容的单位分别为Ω、H、μF；U_LL为测量的受端换流母线线电压；γ₀为受端额定关断角；U_dN，I_dN分别为额定直流电压和额定直流电流。

图2为本发明一实施例迟滞比较器，相角跳变量θ_det为迟滞比较器的输入量；T为迟滞比较器的输出量，T等0或1，分别对应相角补偿器退出、启动状态信号；th_h、th_l分别为迟滞比较器的上、下门槛，当θ_det<th_l时，相角补偿器退出，当θ_det>th_h时，相角补偿器启动，当th_l≤θ_det≤th_h时，相角补偿器状态保持不变。

图3为本发明一实施例考虑相角跳变补偿的高压直流输电系统连续换相失败抑制方法控制框图，主要由传统控制和相角补偿器组成。其中，相角补偿器主要由低通滤波模块、迟滞比较器模块、比例控制模块、限幅模块组成，具体的考虑相角跳变补偿的高压直流输电系统连续换相失败抑制方法，步骤如下：

1)高压直流输电系统的控制保护装置实时采集受端交流母线三相电压u_a、u_b、u_c，通过锁相环计算电压相位信息θ；

2)将通过步骤1计算的当前时刻相位信息θ_now与上一个周期计算的相位信息θ_last做差，经过低通滤波环节后，滤去高频抖动，得到相角跳变量θ_det；

3)将相角跳变量θ_det送入迟滞比较器判断是否启动相角补偿器，即：若相角跳变量θ_det大于迟滞比较器上门槛th_h，说明相角跳变较大，迟滞比较器的输出置1，立即启动相角补偿器；若相角跳变量θ_det小于迟滞比较器下门槛th_l，迟滞比较器的输出置0，不启动相角补偿器或者退出正在运行的相角补偿器；若th_l＜θ_det＜th_h，则迟滞比较器的输出保持不变，避免相角补偿器频繁启停；

4)若相角补偿器启动后，将相角跳变量θ_det乘上比例系数K，限幅后，得到相角跳变补偿量θ_com；

5)将相角跳变补偿量θ_com与传统控制系统生成的实际越前触发角指令β_inv叠加，得到补偿后的越前触发角指令β。

6)由迟滞比较器判断是否退出相角补偿器；若迟滞比较器输出为1，则重复步骤(4)-(5)；若迟滞比较器输出为0，则相角补偿器退出运行。

图4(a)为采用传统控制时故障情况下关断角仿真波形图；图4(b)为采用考虑相角跳变补偿的高压直流输电系统连续换相失败抑制方法时故障情况下关断角仿真波形图。在图1的高压直流输电系统模型中，在受端交流电网A相设置0.4H的感性接地故障，持续时间为0.5s。从图4(a)可以看出，当采用传统控制时高压直流系统经历了三次换相失败；从图4(b)可以看出，当采用考虑相角跳变补偿的高压直流输电系统连续换相失败抑制方法时高压直流系统只经历了一次换相失败。

Claims (1)

1.一种考虑相角跳变的直流输电连续换相失败抑制方法，其特征在于，该方法主要实现过程为：通过检测受端交流母线电压相角的变化，再依据相角的跳变情况，在换相失败恢复过程中增大受端换流站的越前触发角指令，从而增大受端换流站的关断角，避免连续换相失败的发生；

该方法具体包括以下步骤：

1)高压直流输电系统的控制保护装置实时采集受端交流母线三相电压u_a、u_b、u_c，通过锁相环计算电压相位信息θ；

2)将通过步骤1计算的当前时刻相位信息θ_now与上一个周期计算的相位信息θ_last做差，经过低通滤波环节后，滤去高频抖动，得到相角跳变量θ_det；

3)将相角跳变量θ_det送入迟滞比较器判断是否启动相角补偿器，即：若相角跳变量θ_det大于迟滞比较器上门槛th_h，说明相角跳变较大，迟滞比较器的输出置1，立即启动相角补偿器；若相角跳变量θ_det小于迟滞比较器下门槛th_l，迟滞比较器的输出置0，不启动相角补偿器或者退出正在运行的相角补偿器；若th_l＜θ_det＜th_h，则迟滞比较器的输出保持不变，避免相角补偿器频繁启停；

4)若相角补偿器启动后，将相角跳变量θ_det乘上比例系数K，限幅后，得到相角跳变补偿量θ_com；

5)将相角跳变补偿量θ_com与传统控制系统生成的实际越前触发角指令β_inv叠加，得到补偿后的越前触发角指令β；

6)由迟滞比较器判断是否退出相角补偿器；若迟滞比较器输出为1，则重复步骤4)～5)；若迟滞比较器输出为0，则相角补偿器退出运行。

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