CN111562462B - 基于换流阀电流特征的直流换相失败识别方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于换流阀电流特征的直流换相失败识别方法和装置，包括步骤：对直流换流阀的电气量进行采样，计算直流换流阀有功功率；若检测到直流换流阀任一相电流变化量大于电流变化量定值，且超过启动延时，则稳控装置启动；在启动周期内，重复判断是否满足换相失败条件，若满足则判断发生直流单次换相失败故障，若换相失败次数大于等于连续换相失败次数定值，则判断发生直流连续换相失败故障。本发明基于换流阀桥臂电流特征准确识别直流换相是否失败，为稳控装置正确执行稳控策略提供基础条件，保障电网的安全稳定运行。

Description

基于换流阀电流特征的直流换相失败识别方法和装置
技术领域
本发明涉及电力系统及其自动化技术领域，具体涉及一种基于换流阀电流特征的直流换相失败识别方法和装置。
背景技术
电力系统安全稳定控制判据直接影响电网的安全运行，其中交流输电线路及变压器跳闸是电力系统最重要、最常见的一种扰动形式，正确判断跳闸是执行稳定控制的先决条件。长期以来，区域稳定控制技术在保障中国电网安全稳定运行中发挥了重要作用。面向解决一个区域电网内的稳定问题，区域稳定控制系统根据区域电网当时的运行方式、故障元件、故障类型作出紧急控制决策，一般需要多个站协调配合，站间要实现数据传输及命令传输。事实上，无论电网覆盖的地理区域有多大，只要针对特定的运行方式和故障形态，有明确的控制策略，都可以采用区域稳定控制技术实现紧急控制。
作为高压直流输电系统最为常见的典型系统故障，换相失败会引起直流电压下降和直流电流增大，导致直流功率跌落，连续的换相失败甚至会造成阀组闭锁，功率传输中断。随着直流输电规模的增大及直流落点间电气距离的减小，受端交流系统故障时可能引起多回直流同时或相继换相失败，其对交直流系统的安全稳定运行影响更加严重。
直流换相失败的定义为：在换流器中，退出导通的阀在反向电压作用的一段时间内，如未能恢复阻断能力，或者在反向电压期间换相过程未进行完毕，则在阀电压变为正向时，被换相的阀都将向原来预定退出导通的阀倒换相，这种情况称为换相失败。
稳定控制对直流换相失败次数的定义指功率波动的次数，而非直流换流阀换相失败的次数。直流换流阀一次换相失败可能导致一次功率波动过程，多次换相失败也可能导致一次功率波动过程。直流发生1次因换相失败引起的功率波动过程的持续时间一般为160-200ms。目前稳控直流换相失败判断均基于直流控保系统发出的换相失败的命令，未考虑功率波动的过程；同时也未结合直流本体的发生换相失败的电气特征，因此现有稳定控制故障判据不准确，导致识别直流换相失败不准确。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种基于换流阀电流特征的直流换相失败识别方法和装置，解决了现有技术中识别直流换相失败不准确的问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：一种基于换流阀电流特征的直流换相失败识别方法，包括步骤：
对直流换流阀的电气量进行采样，计算直流换流阀有功功率；
若检测到直流换流阀任一相电流变化量大于电流变化量定值，且超过启动延时，则启动稳控装置；
在启动周期内，判断是否满足换相失败条件，若满足则判断发生直流单次换相失败故障，且换相失败次数加1，若换相失败次数大于等于连续换相失败次数定值，则判断发生直流连续换相失败故障。
进一步的，所述换相失败条件包括：
1)稳控装置启动时刻Tw前设定时间内的直流换流阀有功功率大于事故前功率门槛定值；
2)稳控装置启动后，任一相上桥臂电流减去下桥臂电流大于换相失败动作定值，同时下桥臂电流大于换相失败门槛定值，下桥臂电流与对应相阀侧电流同向；且持续时间均超过设定值t1，超过设定值t1的时刻记为上下桥臂同时有电流时刻，设定为Td；
3)稳控装置启动后在设定时间窗口内功率下降幅度超过功率波动门槛定值。
进一步的，所述直流换流阀的电气量包括：换流阀侧三相电压、三相电流以及换流阀上桥臂电流与下桥臂电流。
进一步的，所述稳控装置启动后在设定时间窗口内功率下降幅度超过功率波动门槛定值，包括：采用上下桥臂同时有流时刻Td前设定时间内直流换流阀有功功率最大值减去上下桥臂同时有流时刻Td后设定时间内功率最小值的差值大于功率波动门槛定值。
进一步的，所述电流变化量定值设为直流换流阀投运电流的15％。
一种基于换流阀电流特征的直流换相失败识别装置，包括：
电气量采样和计算模块，用于对直流换流阀的电气量进行采样，计算直流换流阀有功功率；
稳控装置启动模块，用于若检测到直流换流阀任一相电流变化量大于电流变化量定值，且超过启动延时，则启动稳控装置；
换相失败判断模块，用于在启动周期内，按照设定间隔重复判断是否满足换相失败条件，若满足则判断发生直流单次换相失败故障，且换相失败次数加1，若换相失败次数大于等于连续换相失败次数定值，则判断发生直流连续换相失败故障。
进一步的，所述换相失败条件包括：
1)稳控装置启动时刻Tw前设定时间内的直流换流阀有功功率大于事故前功率门槛定值；
2)稳控装置启动后，任一相上桥臂电流减去下桥臂电流大于换相失败动作定值，同时下桥臂电流大于换相失败门槛定值，下桥臂电流与对应相阀侧电流同向；且持续时间均超过设定值t1，超过设定值t1的时刻记为上下桥臂同时有电流时刻，设定为Td；
3)稳控装置启动后在设定时间窗口内功率下降幅度超过功率波动门槛定值。
进一步的，所述直流换流阀的电气量包括：换流阀侧三相电压、三相电流以及换流阀上桥臂电流与下桥臂电流。
进一步的，所述稳控装置启动后在设定时间窗口内功率下降幅度超过功率波动门槛定值，包括：采用上下桥臂同时有流时刻Td前设定时间内直流换流阀有功功率最大值减去上下桥臂同时有流时刻Td后设定时间内功率最小值的差值大于功率波动门槛定值。
进一步的，所述电流变化量定值设为直流换流阀投运电流的15％。
本发明所达到的有益效果：本发明基于换流阀桥臂电流特征准确识别直流换相是否失败，为稳控装置正确执行稳控策略提供基础条件，保障电网的安全稳定运行。
附图说明
图1是典型特高压直流换流阀测量点示意图；
图2是本发明具体实施方式中的换相失败识别方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
如图2所示，一种基于换流阀电流特征的直流换相失败识别方法，包括以下步骤：
步骤1，对直流换流阀的电气量进行采样，计算直流换流阀有功功率；
直流换流阀的电气量包括：换流阀侧三相电压、三相电流以及换流阀上桥臂电流与下桥臂电流；
如图1所示，安全稳定控制装置(简称稳控装置)采样直流换流阀上桥臂电流i4、i6、i2；下桥臂电流i1、i3、i5，换流阀侧三相电压ua、ub、uc，三相电流ia、ib、ic；计算直流换流阀有功功率P,P＝ua·ia+ub·ib+uc·ic；
步骤2，若稳控装置检测到直流换流阀任一相电流变化量ΔI大于电流变化量定值ΔIs(设为直流换流阀投运电流的15％)，且超过启动延时tqd(例如，设为5毫秒)，则稳控装置启动，启动时刻设为Tw；
稳控装置一直处于运行状态，当检测电气量发生突变时启动后续判断流程。
步骤3，在启动周期内(一般设为5秒)，稳控装置重复判断是否满足换相失败条件，若满足则判断发生直流单次换相失败故障，且换相次数加1，若换相失败次数大于等于连续换相失败次数定值，则判断发生直流连续换相失败故障，启动周期结束后换相失败次数置零。
换相失败条件包括：
1)稳控装置启动时刻Tw前200ms的直流换流阀有功功率大于事故前功率门槛定值(例如，设定为引起电网稳定破坏的直流功率门槛值乘以一定比例系数0.9)；
即：稳控装置启动后，事故前功率P-0.2(即启动时刻前200ms换流阀有功功率)大于事故前功率门槛值PS1。
2)稳控装置启动后，任一相上桥臂电流减去下桥臂电流大于换相失败动作定值，同时下桥臂电流大于换相失败门槛定值，下桥臂电流与对应相阀侧电流同向；且持续时间均超过设定值t1(设为3ms)，表明对应上下桥臂同时有电流，超过设定值t1的时刻记为上下桥臂同时有电流时刻，设定为Td；
任一相上桥臂电流减去下桥臂电流大于换相失败动作定值，同时下桥臂电流大于换相失败门槛定值，下桥臂电流与对应相阀侧电流同向，具体为：
对A相桥臂满足式(1)、(2)和(3)；B相桥臂、C相桥臂的判定条件与A相一致。
i4-i1＞k1 (1)
i1＞k2 (2)
i1*ia＞0 (3)
式中：i4为A相上桥臂电流，i1为A相下桥臂电流，ia为A相阀侧电流；k1为换相失败动作定值，k2为换相失败门槛定值，k1一般取0.6，k2一般取0.1；
3)稳控装置启动后在设定时间窗口内功率下降幅度超过功率波动门槛定值；
采用上下桥臂同时有流时刻Td前100ms内直流换流阀有功功率最大值(Pmax)减去上下桥臂同时有流时刻Td后200ms内功率最小值(Pmin)的差值(Pmax-Pmin)大于功率波动门槛定值Pset；
满足以上条件1)-3)，即判为相应换流阀换相失败。
实施例2：
一种基于换流阀电流特征的直流换相失败识别装置，包括：
电气量采样和计算模块，用于对直流换流阀的电气量进行采样，计算直流换流阀有功功率；
稳控装置启动模块，用于若检测到直流换流阀任一相电流变化量大于电流变化量定值，且超过启动延时，则稳控装置启动，启动时刻设为Tw；
换相失败判断模块，用于在启动周期内，按照设定间隔重复判断是否满足换相失败条件，若满足则判断发生直流单次换相失败故障，且换相失败次数加1，若换相失败次数大于等于连续换相失败次数定值，则判断发生直流连续换相失败故障；
所述换相失败条件包括：
1)稳控装置启动时刻Tw前设定时间内的直流换流阀有功功率大于事故前功率门槛定值；
2)稳控装置启动后，任一相上桥臂电流减去下桥臂电流大于换相失败动作定值，同时下桥臂电流大于换相失败门槛定值，下桥臂电流与对应相阀侧电流同向；且持续时间均超过设定值t1，超过设定值t1的时刻记为上下桥臂同时有电流时刻，设定为Td；
3)稳控装置启动后在设定时间窗口内功率下降幅度超过功率波动门槛定值。
进一步的，所述直流换流阀的电气量包括：换流阀侧三相电压、三相电流以及换流阀上桥臂电流与下桥臂电流。
进一步的，所述稳控装置启动后在设定时间窗口内功率下降幅度超过功率波动门槛定值，包括：采用上下桥臂同时有流时刻Td前设定时间内直流换流阀有功功率最大值减去上下桥臂同时有流时刻Td后设定时间内功率最小值的差值大于功率波动门槛定值。
进一步的，所述电流变化量定值设为直流换流阀投运电流的15％。
本发明基于换流阀桥臂电流特征准确识别直流换相是否失败，为稳控装置正确执行稳控策略提供基础条件，保障电网的安全稳定运行。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于换流阀电流特征的直流换相失败识别方法，其特征在于：包括步骤：
对直流换流阀的电气量进行采样，计算直流换流阀有功功率；
若检测到直流换流阀任一相电流变化量
Figure DEST_PATH_IMAGE001
大于电流变化量定值
Figure 78869DEST_PATH_IMAGE002
，且超过启动延时，则启动稳控装置；
在启动周期内，判断是否满足换相失败条件，若满足则判断发生直流单次换相失败故障，且换相失败次数加1，若换相失败次数大于等于连续换相失败次数定值，则判断发生直流连续换相失败故障；
所述换相失败条件包括：
1）稳控装置启动时刻Tw前设定时间内的直流换流阀有功功率大于事故前功率门槛定值；
2）稳控装置启动后，任一相上桥臂电流减去下桥臂电流大于换相失败动作定值，同时下桥臂电流大于换相失败门槛定值，下桥臂电流与对应相阀侧电流同向；且持续时间均超过设定值t1，超过设定值t1的时刻记为上下桥臂同时有电流时刻，设定为Td；
3）稳控装置启动后在设定时间窗口内功率下降幅度超过功率波动门槛定值；
所述稳控装置启动后在设定时间窗口内功率下降幅度超过功率波动门槛定值，包括：采用上下桥臂同时有流时刻Td前设定时间内直流换流阀有功功率最大值减去上下桥臂同时有流时刻Td后设定时间内功率最小值的差值大于功率波动门槛定值。
2.根据权利要求1所述的一种基于换流阀电流特征的直流换相失败识别方法，其特征是：所述直流换流阀的电气量包括：换流阀侧三相电压、三相电流以及换流阀上桥臂电流与下桥臂电流。
3.根据权利要求1所述的一种基于换流阀电流特征的直流换相失败识别方法，其特征是：所述电流变化量定值
Figure 261589DEST_PATH_IMAGE002
设为直流换流阀投运电流的15%。
4.一种基于换流阀电流特征的直流换相失败识别装置，其特征是：包括：
电气量采样和计算模块，用于对直流换流阀的电气量进行采样，计算直流换流阀有功功率；
稳控装置启动模块，用于若检测到直流换流阀任一相电流变化量
Figure 572484DEST_PATH_IMAGE001
大于电流变化量定值
Figure 498852DEST_PATH_IMAGE002
，且超过启动延时，则启动稳控装置；
换相失败判断模块，用于在启动周期内，按照设定间隔重复判断是否满足换相失败条件，若满足则判断发生直流单次换相失败故障，且换相失败次数加1，若换相失败次数大于等于连续换相失败次数定值，则判断发生直流连续换相失败故障；
所述换相失败条件包括：
1）稳控装置启动时刻Tw前设定时间内的直流换流阀有功功率大于事故前功率门槛定值；
2）稳控装置启动后，任一相上桥臂电流减去下桥臂电流大于换相失败动作定值，同时下桥臂电流大于换相失败门槛定值，下桥臂电流与对应相阀侧电流同向；且持续时间均超过设定值t1，超过设定值t1的时刻记为上下桥臂同时有电流时刻，设定为Td；
3）稳控装置启动后在设定时间窗口内功率下降幅度超过功率波动门槛定值；
所述稳控装置启动后在设定时间窗口内功率下降幅度超过功率波动门槛定值，包括：采用上下桥臂同时有流时刻Td前设定时间内直流换流阀有功功率最大值减去上下桥臂同时有流时刻Td后设定时间内功率最小值的差值大于功率波动门槛定值。
5.根据权利要求4所述的一种基于换流阀电流特征的直流换相失败识别装置，其特征是：所述直流换流阀的电气量包括：换流阀侧三相电压、三相电流以及换流阀上桥臂电流与下桥臂电流。
6.根据权利要求4所述的一种基于换流阀电流特征的直流换相失败识别装置，其特征是：所述电流变化量定值
Figure 329536DEST_PATH_IMAGE002
设为直流换流阀投运电流的15%。
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