CN111650422B - 高压直流系统的同步触发方法、系统及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压直流系统的同步触发方法，包括：获取所述高压直流输电系统中的换流母线的三相电压，通过级联信号消去锁相环得到的上一个触发阀的同步触发角；根据所述三相电压计算交流故障检测的控制信号；根据所述同步触发角、所述控制信号以及第一相位间隔确定相控振荡器的输出量；其中，所述第一相位间隔为当前时刻的前两个触发脉之间的相位间隔；通过所述输出量和直流控制系统输出的指令值确定下一个换流阀的触发时间，生成触发脉冲。本发明能够在交流故障下对换流阀实现精准触发，实现直流控系统的精准调节，降低高压直流系统发生后续换相失败的概率。本发明还公开了一种高压直流系统的同步触发系统和存储介质。

Description

高压直流系统的同步触发方法、系统及存储介质

技术领域

本发明涉及高压直流输电技术领域，尤其涉及一种高压直流系统的同步触发方法、系统及存储介质。

背景技术

在目前的高压直流输电系统中，极控系统是高压直流输电系统的核心，但是极控系统需要同步触发控制作为基础，用于改变换流阀触发脉冲时刻，以实现对整个直流系统运行状态进行调节。同步触发控制可分为分相触发控制和等相位间隔触发控制两种控制方式；其中，早期以过零点检测为基础的分相触发控制，由于各相控制元件的分散性以及故障期间的三相电压畸变引起触发脉冲相位不等间隔，使得系统产生非特征谐波，容易引起谐波不稳定，因此在现代高压直流输电工程中早已不使用，取而代之的则是等相位间隔触发控制。

然而，换相失败是高压直流逆变器最常见的故障之一，大量研究和运行经验表明，绝大多数的换相失败都是由交流故障引起，且从交流故障到直流发生换相失败一般仅需几毫秒，通常首次换相失败很难避免。首次换相失败后如果控制系统调节不当可能引起后续换相失败，严重威胁电网的安全稳定运行。近年来随着世界上多个多直流馈入系统的形成，如我国的广东电网、华东电网是典型的多直流馈入系统、华中电网和华北电网也逐步成为多直流馈入系统，印度和巴西正在形成多直流馈入电网，换相失败对大电网安全稳定影响越来越大，如何抑制后续换相失败问题被提到了一个新的高度。

本发明人在实施本发明的过程中发现，现有实际高压直流工程中采用的同步触发控制至少存在如下问题：1)交流故障下锁相速度较慢；2)交流故障暂态过程中锁相环输出相位和频率剧烈跳变；3)同步触发控制不能快速地按照锁相环的输出相位生成触发脉冲。因此，需要一种新的高压直流系统的同步触发方法，能够在交流故障下对换流阀实现精准触发，实现直流控制系统的精准调节，降低高压直流系统发生后续换相失败的概率。

发明内容

本发明实施例提供一种新的高压直流系统的同步触发方法，能够在交流故障下对换流阀实现精准触发，实现直流控制系统的精准调节，降低高压直流系统发生后续换相失败的概率。

本发明实施例一提供一种高压直流系统的同步触发方法，应用于高压直流系统，包括：

获取所述高压直流输电系统中的换流母线的三相电压，通过级联信号消去锁相环得到的上一个触发阀的同步触发角；

根据所述三相电压计算交流故障检测的控制信号；

根据所述同步触发角、所述控制信号以及第一相位间隔确定相控振荡器的输出量；其中，所述第一相位间隔为当前时刻的前两个触发脉之间的相位间隔；

通过所述输出量和直流控制系统输出的指令值确定下一个换流阀的触发时间，生成触发脉冲。

作为上述方案的改进，所述获取所述高压直流输电系统中的换流母线的三相电压，通过级联信号消去锁相环得到的上一个触发阀的同步触发角，具体包括：

获取所述高压直流输电系统中的换流母线的三相电压，所述三相电压包括a相电压、b相电压和c相电压；

对所述a相电压、b相电压和c相电压进行Clark变换，得到所述三相电压在αβ静止坐标系中的第一电压分量和第二电压分量；

滤除所述第一电压分量和所述第二电压分量中的谐波，得到所述αβ静止坐标系中的第一电压基波正序分量和第二电压基波正序分量；

根据所述αβ静止坐标系中的第一电压基波正序分量和第二电压基波正序分量确定所述第一电压基波正序分量和所述第二电压基波正序分量的第一标量电压分量和第二标量电压分量；

根据所述第一标量电压分量和所述第二标量电压分量进行锁相，得到电网基波正序电压相位；

将所述的相位依次延迟30°，得到与各个换流阀的换相电压对应的同步相位；

根据上一触发的触发阀的编号选出对应的换相电压同步相位的正向过零点时间；

利用所述正向过零点时间、上一个触发阀的触发时间以及实际电网频率计算得到上一个触发阀的同步触发角。

作为上述方案的改进，所述根据所述三相电压计算交流故障检测的控制信号，具体包括：

根据所述αβ静止坐标系中的第一电压分量和所述第二电压分量计算所述三相电压的电压幅值，将所述电压幅值与第一阈值进行比较，得到第一控制信号；

根据a相电压、所述b相电压和所述c相电压计算零序电压，将所述零序电压与第二阈值进行比较，得到第二控制信号；

根据所述第一控制信号和所述第二控制信号确定所述交流故障检测的控制信号。

作为上述方案的改进，所述根据所述同步触发角、所述控制信号以及相位间隔确定相控振荡器的输出量，具体包括：

根据所述同步触发角和所述第一相位间隔得到下一个换流阀的相控触发角；

若所述控制信号非所述目标信号，则将所述相控触发角作为所述相控振荡器的输出量；

若所述控制信号为目标信号，则将所述同步触发角和所述相控触发角的最大值作为所述相控振荡器的输出量。

作为上述方案的改进，所述通过所述输出量和直流控制系统输出的指令值确定下一个换流阀的触发时间，生成触发脉冲，具体包括：

将所述输出量和直流控制系统输出的指令值进行比较，得到触发角变化量；

经过限幅环节后，在等间距为30°的基础上，得到下一个触发脉冲与前一个触发脉冲间的时间间隔；

将所述时间间隔与一个斜坡信号进行比较，当所述斜坡信号上升到与所述时间间隔相等时，发出一个触发脉冲，并将所述斜坡信号清零；

将生成的所述触发脉冲分配给各个换流阀。

作为上述方案的改进，所述对所述a相电压、b相电压和c相电压进行Clark变换，得到所述三相电压在αβ静止坐标系中的第一电压分量和第二电压分量，具体包括：

根据下式计算所述第一电压分量和所述第二电压分量：

式中，v_α为第一电压分量，v_β为第二电压分量，v_a、v_b和v_c分别为a相电压、b相电压和c相电压；

所述滤除所述第一电压分量和所述第二电压分量中的谐波，得到所述αβ静止坐标系中的第一电压基波正序分量和第二电压基波正序分量，具体包括：

经过级联延迟信号消除的滤波环节进行滤波，得到αβ坐标系中第一电压基波正序分量和第二电压基波正序分量；

其中，级联延迟信号消除的滤波环节，具体如下式所示：

式中，T₀为基波周期，s为拉普拉斯算子，j为虚数单位；

所述根据所述αβ静止坐标系第一电压基波正序分量和第二电压基波正序分量确定所述第一电压基波正序分量和所述第二电压基波正序分量的第一标量电压分量和第二标量电压分量，具体包括：

计算αβ坐标系中第一电压基波正序分量和第二电压基波正序分量的电压幅值，具体如下式所示：

式中，

为第一电压基波正序分量，

为第二电压基波正序分量，V_m为电压幅值；

计算所述第一电压基波正序分量、所述第二电压基波正序分量和所述电压幅值的比值以得到所述第一标量电压分量和所述第二标量电压分量的标量值，具体如下式所示：

式中，v'_α为第一标量电压分量，v'_β为第二标量电压分量；

所述利用所述正向过零点时间、上一个触发阀的触发时间以及实际电网频率计算得到上一个触发阀的同步触发角，具体包括：

利用所述的正向过零点时间、上一个触发阀的触发时间以及实际电网频率计算得到上一个触发阀的同步触发角，具体如下式所示：

α_PLL(n)＝2πf_meas×(t_pulse(n)-t_PLL(n)))

式中，α_PLL(n)为上一个触发阀的同步触发角，t_pulse(n)为上一个触发阀的触发时间，t_PLL(n)为正向过零点时间，f_meas为测量得到的电网频率；n取1～N，N为正整数，对应N个换流阀的编号。

作为上述方案的改进，所述根据所述同步触发角和所述第一相位间隔得到下一个换流阀的相控触发角，具体如下式所示：

式中，α_PCO(n+1)为下一个阀的相控触发角，α_PLL(n)为同步触发角，

为前两个触发脉冲的触发脉冲相位间隔，k为换相电压同步修正系数。

作为上述方案的改进，所述经过限幅环节后，在等间距为30°的基础上，得到下一个触发脉冲与前一个触发脉冲间的时间间隔，具体包括：

式中，t_pulse(n)为上一个触发阀的触发时间，t_pulse(n+1)为下一个触发阀的触发时间，Δt(n)为前一个触发脉冲间的时间间隔，α_output为输出量，α_ord为直流控制系统输出的指令值。

本发明实施例二对应提供了一种高压直流系统的同步触发系统，包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明实施例一所述的一种高压直流系统的同步触发方法。

本发明实施例三对应提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如本发明实施例一所述的一种高压直流系统的同步触发方法。

本发明实施例提供的一种高压直流系统的同步触发方法，具有如下有益效果：

能够在交流故障下对换流阀实现精准触发，实现直流控系统的精准调节，降低高压直流系统发生后续换相失败的概率。避免了现有同步触发控制在交流故障下锁相速度慢，且触发控制不能快速准确地按照锁相环的输出相位进行触发的问题；采用级联消去信号锁相环快速跟踪换相电压相位，同时对触发方式进行改进，使得其能够快速地按照锁相环的输出相位准确触发，有利于高压直流控制系统的精准调节，进而提高高压直流输电系统对后续换相失败的免疫能力。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种高压直流系统的同步触发方法的流程示意图。

图2是本发明实施例一提供的一种高压直流系统的同步触发方法的控制结构框图。

图3是本发明实施例一提供的一种高压直流系统的同步触发方法的基于延迟信号消去锁相环的结构框图。

图4是本发明一具体实施方式提供的交流故障检测的结构框图。

图5是本发明实施例提供的CIGRE直流输电标准测试系统逆变侧三相故障性能测试示意图。

图6是本发明实施例提供的CIGRE直流输电标准测试系统逆变侧单相接地故障性能测试示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明实施例一提供的一种高压直流系统的同步触发方法的流程示意图。参见图2，是本发明实施例一提供的一种高压直流系统的同步触发方法的框图。

本发明实施例一提供的一种高压直流系统的同步触发方法，应用于高压直流系统，包括：

S101、获取高压直流输电系统中的换流母线的三相电压，通过级联信号消去锁相环得到的上一个触发阀的同步触发角；

进一步地，获取高压直流输电系统中的换流母线的三相电压，通过级联信号消去锁相环得到的上一个触发阀的同步触发角，具体包括：

获取高压直流输电系统中的换流母线的三相电压，三相电压包括a相电压、b相电压和c相电压；

对a相电压、b相电压和c相电压进行Clark变换，得到三相电压在αβ静止坐标系中的第一电压分量和第二电压分量；

滤除第一电压分量和第二电压分量中的谐波，得到αβ静止坐标系中的第一电压基波正序分量和第二电压基波正序分量；

根据αβ静止坐标系中的第一电压基波正序分量和第二电压基波正序分量确定第一电压基波正序分量和第二电压基波正序分量的第一标量电压分量和第二标量电压分量；

对第一标量电压分量和第二标量电压分量进行锁相，得到电网基波正序电压相位；

将的相位依次延迟30°，得到与各个换流阀的换相电压对应的同步相位；

根据上一已触发的触发阀的阀号选出对应的换相电压同步相位的正向过零点时间；

利用正向过零点时间、上一个触发阀的触发时间以及实际电网频率计算得到上一个触发阀的同步触发角。

进一步地，对a相电压、b相电压和c相电压进行Clark变换，得到三相电压在αβ静止坐标系中的第一电压分量和第二电压分量，具体包括：

根据下式计算第一电压分量和第二电压分量：

式中，v_α为第一电压分量，v_β为第二电压分量，v_a、v_b和v_c分别为a相电压、b相电压和c相电压；

滤除第一电压分量和第二电压分量中的谐波，得到αβ静止坐标系中的第一电压基波正序分量和第二电压基波正序分量，具体包括：

经过级联延迟信号消除的滤波环节进行滤波，得到αβ坐标系中第一电压基波正序分量和第二电压基波正序分量；

其中，级联延迟信号消除的滤波环节，具体如下式所示：

式中，T₀为基波周期，s为拉普拉斯算子，j为虚数单位；

根据αβ静止坐标系确定第一电压基波正序分量和第二电压基波正序分量的第一标量电压分量和第二标量电压分量，具体包括：

计算αβ坐标系中第一电压基波正序分量和第二电压基波正序分量的电压幅值，具体如下式所示：

式中，

为第一电压基波正序分量，

为第二电压基波正序分量，V_m为电压幅值；

计算第一电压基波正序分量、第二电压基波正序分量和电压幅值的比值以得到第一标量电压分量和第二标量电压分量的标量值，具体如下式所示：

式中，v'_α为第一标量电压分量，v'_β为第二标量电压分量；

利用正向过零点时间、上一个触发阀的触发时间以及实际电网频率计算得到上一个触发阀的同步触发角，具体包括：

利用的正向过零点时间、上一个触发阀的触发时间以及实际电网频率计算得到上一个触发阀的同步触发角，具体如下式所示：

α_PLL(n)＝2πf_meas×(t_pulse(n)-t_PLL(n)))

式中，α_PLL(n)为上一个触发阀的同步触发角，t_pulse(n)为上一个触发阀的触发时间，t_PLL(n)为正向过零点时间，f_meas为测量得到的电网频率；n取1～N，N为正整数，对应N个换流阀的编号。

在一个具体地实施方式中，获取高压直流输电系统中的换流母线的三相电压，三相电压包括a相电压v_a、b相电压v_b和c相电压v_c；

将三相电压v_a、v_b和v_c进行Clark变换，得到三相电压v_a、v_b和v_c在αβ静止坐标系中的第一电压分量v_α和第二电压分量v_β，具体采用下式表示：

得到第一电压分量v_α和第二电压分量v_β之后，先经过级联延迟信号消除的滤波环节进行滤波，得到αβ坐标系中第一电压基波正序分量

和第二电压基波正序分量

其中，级联延迟信号消除的滤波环节具体可以采用下式表示：

式中，T₀为基波周期，s为拉普拉斯算子，j为虚数单位。

在进行滤波后，计算αβ坐标系中第一电压基波正序分量

和第二电压基波正序分量

的电压幅值(本发明实施例中采用V_m表示)，电压幅值V_m具体采用下式表示：

其次，计算第一电压基波正序分量

和第二电压基波正序分量

和电压幅值V_m的比值以得到第一标量电压分量v'_α和第二标量电压分量v'_β的标量值，具体可以采用以下公式计算：

对第一标量电压分量v'_α和第二标量电压分量v'_β进行锁相，得到电网基波正序电压相位

参见图3，是本发明实施例一提供的一种高压直流系统的同步触发方法的基于延迟信号消去锁相环的结构框图。

将的相位

依次延迟30°，得到与Y/Y换流桥对应的6个换相电压同步相位Theta_YY(6)以及Y/D换流桥对应的6个换相电压同步相位Theta_YD(6)；

利用上一以触发的阀号选出对应的换相电压同步相位的正向过零点时间t_PLL(n)；

利用的正向过零点时间和上一个触发阀的触发时间t_pulse(n),以及实际电网频率f_meas计算得到上一个触发阀的同步触发角α_PLL(n)。具体计算公式为：

α_PLL(n)＝2πf_meas×(t_pulse(n)-t_PLL(n)))

式中，n取1～12，对应12个阀的编号。

S102、根据三相电压计算交流故障检测的控制信号；

进一步地，根据三相电压计算交流故障检测的控制信号，具体包括：

根据第一电压分量和第二电压分量计算三相电压的电压幅值，将电压幅值与第一阈值进行比较，得到第一控制信号；

根据a相电压、b相电压和c相电压计算零序电压，将零序电压与第二阈值进行比较，得到第二控制信号；

根据第一控制信号和第二控制信号确定交流故障检测的控制信号。

在一个具体的实施方式中，利用a相电压v_a、b相电压v_b和c相电压v_c计算零序电压v₀，将零序电压v₀与第二阈值进行比较，则得到第三控制信号Ctrl2；

依据第一控制信号Ctrl1、第二控制信号Ctrl2确定控制信号Ctrl。

具体地，第一阈值采用H1表示，第二阈值采用H2表示。当高压直流交流侧系统发生三相故障时，换流母线的电压幅值会下降，当电压幅值小于等于第一阈值H1时，则认为发生三相故障；当高压直流控制系统的交流侧发生单相接地故障时，换流母线中将出现大量的零序分量，若零序分量超过第三阈值H2时，则认为高压直流控制系统发生单相接地故障。此时，当任意一个控制信号为高电平时，则认为交流侧系统发生故障。需要说明的是，此处的第一阈值H1、第二阈值H2是根据经验预先设定的值，对于第一阈值H1、第二阈值H2具体大小，本发明实施例在此并不作限定。

参见图4，是本发明一具体实施方式提供的交流故障检测的结构框图，下面结合图4对控制信号进行详细的说明：

首先对于第一控制信号Ctrl1、第二控制信号Ctrl2进行说明：

第一控制信号Ctrl1具体可以采用下式直观表示：

第二控制信号Ctrl2具体可以采用下式直观表示：

其次，依据第一控制信号Ctrl1和第二控制信号Ctrl2得到控制信号Ctrl的具体过程如下：

由此可实现根据三相电压计算交流故障检测的控制信号。

S103、根据同步触发角、控制信号以及第一相位间隔确定相控振荡器的输出量；其中，第一相位间隔为当前时刻的前两个触发脉之间的相位间隔；

进一步地，根据同步触发角、控制信号以及相位间隔确定相控振荡器的输出量，具体包括：

根据同步触发角和第一相位间隔得到下一个换流阀的相控触发角；

若控制信号非目标信号，则将相控触发角作为相控振荡器的输出量；

若控制信号为目标信号，则将同步触发角和相控触发角的最大值作为相控振荡器的输出量。

进一步地，根据同步触发角和第一相位间隔得到下一个换流阀的相控触发角，具体如下式所示：

式中，α_PCO(n+1)为下一个阀的相控触发角，α_PLL(n)为同步触发角，

为前两个触发脉冲的触发脉冲相位间隔，k为换相电压同步修正系数，通常取0.05。

在一个具体的实施方式中，相控振荡器的作用是提供初始同步化功能，此外还能够对触发脉冲相位间隔、交流电压相位偏移进行修正，使得系统在长期运行中保证触发脉冲等相位间隔。

利用同步触发角α_PLL(n)和前两个触发脉冲的触发脉冲相位间隔

得到下一个阀的相控触发角α_PCO(n+1)，具体过程如下：

若控制信号Ctrl非目标信号，则确定相控振荡器的输出量α_output为相控触发角α_PCO(n+1)；

若控制信号Ctrl为目标信号，则确定相控振荡器的输出量α_output为同步触发角α_PLL(n)和相控触发角α_PCO(n+1)的最大值。具体地，目标信号优选为高电平信号，即目标信号采用“1”表示，非目标信号采用“0”表示。可以采用下式表示：

S104、通过输出量和直流控制系统输出的指令值确定下一个换流阀的触发时间，生成触发脉冲。

进一步地，通过输出量和直流控制系统输出的指令值确定下一个换流阀的触发时间，生成触发脉冲，具体包括：

将输出量和直流控制系统输出的指令值进行比较，得到触发角变化量；

经过限幅环节后，在等间距为30°的基础上，得到下一个触发脉冲与前一个触发脉冲间的时间间隔；

将时间间隔与一个斜坡信号进行比较，当斜坡信号上升到与时间间隔相等时，发出一个触发脉冲，并将斜坡信号清零；

将生成的触发脉冲分配给各个换流阀。

进一步地，经过限幅环节后，在等间距为30°的基础上，得到下一个触发脉冲与前一个触发脉冲间的时间间隔，具体包括：

式中，t_pulse(n)为上一个触发阀的触发时间，t_pulse(n+1)为下一个触发阀的触发时间，Δt(n)为前一个触发脉冲间的时间间隔，α_output为输出量，α_ord为直流控制系统输出的指令值。

以上是对本发明实施例一提供的一种高压直流系统的同步触发方法作出的较为详细的介绍，基于上述理论，本发明实施例通过具体的实际应用场景对上述实施例所公开的内容进行验证。

为验证本发明实施例所提出的高压直流系统的同步触发方法的有效性，在PSCAD/EMTDC环境下基于CIGRE HVDC标准测试模型，实现所提出的控制方法。并对以下两种控制策略进行测试：

控制策略I：原同步触发控制，锁相环采用SRF-PLL(k_p＝10，k_i＝50)，换相电压同步修正系数k＝0.05。

控制策略II：本文所提的本发明实施例提供的一种高压直流系统的同步触发方法，锁相环采用CDSC-PLL(k_p＝157，k_i＝12324.5)，换相电压同步修正系数k＝0.05。

利用控制策略I与控制策略II进行对比，以验证本发明实施例所提本发明实施例提供的一种高压直流系统的同步触发方法在抑制直流系统发生后续换相失败的作用。

算例1：设逆变侧换流母线在3s时发生三相故障，故障电阻Rf＝75Ω，故障持续时间为0.1s，三种控制策略下系统的仿真结果如图5所示；其中，图5a是原同步触发控制时CIGRE直流输电标准测试系统逆变侧三相故障性能测试示意图，图5b是本发明实施例提供的一种高压直流系统的同步触发方法的CIGRE直流输电标准测试系统逆变侧三相故障性能测试示意图。

参见图5，由换流变阀侧电流曲线可知，三种控制策略下系统均不可避免发生了首次换相失败，而在故障恢复阶段，控制策略I下直流系统发生了后续换相失败，而控制策略II下系统未发生后续换相失败。从直流电流和直流电压曲线可知，由于在切除故障后发生了换相失败，控制策略I下直流系统的故障恢复时间最长，约为0.35s；而对于控制策略III下直流系统，在故障切除后能够平稳恢复，约0.1s后进入稳态。

观察各触发角特性曲线，对于控制策略I，触发角指令曲线与同步触发角曲线基本重合，这表明当采用低带宽的锁相环时，同步触发控制对交流电压相位的跟踪性能由锁相环的带宽主导，这与前面分析一致。然而由于SRF-PLL不能快速跟踪交流电压相位，使得实际触发角和触发角指令存在较大的误差，而且实际触发角在恢复过程逐渐增大，换流阀的关断裕度也相应地逐渐减小，进而导致系统发生后续换相失败。对于控制策略II，对于控制策略III，在故障恢复阶段，触发角指令与同步触发角基本重合，且与实际触发角曲线的差距不大，这是因为CDSC-PLL能够快速地跟踪交流电压相位，而且同步触发控制能够准确地按照锁相环的输出相位生成触发脉冲，有利于直流控制系统精准调节，进而使得直流系统能够平稳地恢复。

算例2：设逆变侧换流母线在3s时发生单相接地故障，接地电阻Rf＝65Ω，故障持续时间为0.2s，三种控制策略下系统仿真结果如图6所示；其中，图6a是原同步触发控制时CIGRE直流输电标准测试系统逆变侧单相接地故障性能测试示意图，图6b是本发明实施例提供的一种高压直流系统的同步触发方法的CIGRE直流输电标准测试系统逆变侧单相接地故障性能测试示意图。

由图6可知，单相接地故障导致交流系统出现电压基波负序分量，进而引起直流电压、直流电流、触发角指令值、实际触发角发生二倍频波动。类似于算例1的仿真结果，控制策略I下直流系统发生两次换相失败，其锁相环动态响应速度较慢且相位误差较大，导致直流控制系统调节不当，使得实际触发角在故障过程中逐渐增大，换流阀的关断裕度过小，这是造成直流系统发生后续换相失败的主要原因。而对于控制策略II，前置滤波环节使得改进锁相环的谐波抑制能力加强，且改进锁相环能够快速跟踪换流母线电压的相位，有利于直流系统的精确调节，从而有效抑制后续换相失败。此外，控制策略II的触发角指令、实际触发角以及同步触发角曲线基本重合，表明本发明实施例提供的一种高压直流系统的同步触发方法能够快速准确地按照锁相环地输出相位进行触发，进而缩短直流系统的恢复时间。

为进一步验证本发明实施例所提控制策略对后续换相失败的免疫能力，比较在同一严重程度故障下三种控制策略下的直流系统发生换相失败的次数。3.0s时在逆变侧换流母线处设置了不同的三相和单相阻性接地故障，故障电阻从20～60Ω之间变化，三相故障持续时间为0.1s，单相故障持续时间为0.2s，结果分别如表1和表2所示：

表1不同控制策略下换相失败次数(三相故障)

表2不同控制策略下换相失败次数(单相接地故障)

表1中的Urms为三相故障后母线电压的有效值，表2中的Ua为A相接地故障后的相电压有效值。由表1、表2可知：在上述工况下，对于控制策略I下的直流系统均发生了2次换相失败；而采用控制策略II时，除三相故障(Rf＝20Ω)外，直流系统均只发生一次换相失败。这进一步证明了本发明实施例提供的一种高压直流系统的同步触发方法能够有效降低发生后续换相失败的几率。

本发明实施例提供的一种高压直流系统的同步触发方法，具有如下有益效果：

能够在交流故障下对换流阀实现精准触发，实现直流控系统的精准调节，降低高压直流系统发生后续换相失败的概率。避免了现有同步触发控制在交流故障下锁相速度慢，且触发控制不能快速准确地按照锁相环的输出相位进行触发的问题；采用级联消去信号锁相环快速跟踪换相电压相位，同时对触发方式进行改进，使得其能够快速地按照锁相环的输出相位准确触发，有利于高压直流控制系统的精准调节，进而提高高压直流输电系统对后续换相失败的免疫能力。

本发明实施例二对应提供了一种高压直流系统的同步触发系统，包括处理器、存储器以及存储在存储器中且被配置为由处理器执行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如本发明实施例一的高压直流系统的同步触发方法。高压直流系统的同步触发系统可包括，但不仅限于，FPGA、DSP和/或单片机等工业级处理设备。

本发明实施例三对应提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在计算机程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行如本发明实施例一所述的高压直流系统的同步触发方法。

所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述高压直流系统的同步触发系统的控制中心，利用各种接口和线路连接整个高压直流系统的同步触发系统的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述高压直流系统的同步触发系统的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，当本发明实施例二提供的高压直流系统的同步触发系统需要操作系统时，存储程序区可存储操作系统；存储程序区还存储本发明实施例一提供的高压直流系统的同步触发方法所需的应用程序；存储数据区可存储根据FPGA、DSP和/或单片机等工业级处理设备的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

其中，所述高压直流系统的同步触发系统集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括，但不限于：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或系统、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

需说明的是，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的系统实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高压直流系统的同步触发方法，其特征在于，应用于高压直流系统，包括：

获取所述高压直流输电系统中的换流母线的三相电压，通过级联信号消去锁相环得到的上一个触发阀的同步触发角；

根据所述三相电压计算交流故障检测的控制信号；

根据所述同步触发角、所述控制信号以及第一相位间隔确定相控振荡器的输出量；其中，所述第一相位间隔为当前时刻的前两个触发脉之间的相位间隔；

通过所述输出量和直流控制系统输出的指令值确定下一个换流阀的触发时间，生成触发脉冲。

2.如权利要求1所述的一种高压直流系统的同步触发方法，其特征在于，所述获取所述高压直流输电系统中的换流母线的三相电压，通过级联信号消去锁相环得到的上一个触发阀的同步触发角，具体包括：

获取所述高压直流输电系统中的换流母线的三相电压，所述三相电压包括a相电压、b相 电压和c相电压；

对所述a相电压、b相电压和c相电压进行Clark变换，得到所述三相电压在αβ静止坐标系中的第一电压分量和第二电压分量；

滤除所述第一电压分量和所述第二电压分量中的谐波，得到所述αβ静止坐标系中的第一电压基波正序分量和第二电压基波正序分量；

根据所述αβ静止坐标系确定所述第一电压基波正序分量和所述第二电压基波正序分量的第一标量电压分量和第二标量电压分量；

对所述第一标量电压分量和所述第二标量电压分量进行锁相，得到电网基波正序电压相位；

将所述的相位依次延迟30°，得到与各个换流阀的换相电压对应的同步相位；

根据上一已触发的触发阀的阀号选出对应的换相电压同步相位的正向过零点时间；

利用所述正向过零点时间、上一个触发阀的触发时间以及实际电网频率计算得到上一个触发阀的同步触发角。

3.如权利要求2所述的一种高压直流系统的同步触发方法，其特征在于，所述根据所述三相电压计算交流故障检测的控制信号，具体包括：

根据所述第一电压分量和所述第二电压分量计算所述三相电压的电压幅值，将所述电压幅值与第一阈值进行比较，得到第一控制信号；

根据a相电压、所述b相电压和所述c相电压计算零序电压，将所述零序电压与第二阈值进行比较，得到第二控制信号；

根据所述第一控制信号和所述第二控制信号确定所述交流故障检测的控制信号。

4.如权利要求3所述的一种高压直流系统的同步触发方法，其特征在于，所述根据所述同步触发角、所述控制信号以及相位间隔确定相控振荡器的输出量，具体包括：

根据所述同步触发角和所述第一相位间隔得到下一个换流阀的相控触发角；

若所述控制信号非目标信号，则将所述相控触发角作为所述相控振荡器的输出量；

若所述控制信号为目标信号，则将所述同步触发角和所述相控触发角的最大值作为所述相控振荡器的输出量。

5.如权利要求4所述的一种高压直流系统的同步触发方法，其特征在于，所述通过所述输出量和直流控制系统输出的指令值确定下一个换流阀的触发时间，生成触发脉冲，具体包括：

将所述输出量和直流控制系统输出的指令值进行比较，得到触发角变化量；

经过限幅环节后，在等间距为30°的基础上，得到下一个触发脉冲与前一个触发脉冲间的时间间隔；

将所述时间间隔与一个斜坡信号进行比较，当所述斜坡信号上升到与所述时间间隔相等时，发出一个触发脉冲，并将所述斜坡信号清零；

将生成的所述触发脉冲分配给各个换流阀。

6.如权利要求5所述的一种高压直流系统的同步触发方法，其特征在于，所述对所述a相电压、b相电压和c相电压进行Clark变换，得到所述三相电压在αβ静止坐标系中的第一电压分量和第二电压分量，具体包括：

根据下式计算所述第一电压分量和所述第二电压分量：

式中，v_α为第一电压分量，v_β为第二电压分量，v_a、v_b和v_c分别为a相电压、b相电压和c相电压；

所述滤除所述第一电压分量和所述第二电压分量中的谐波，得到所述αβ静止坐标系中的第一电压基波正序分量和第二电压基波正序分量，具体包括：

经过级联延迟信号消除的滤波环节进行滤波，得到αβ坐标系中第一电压基波正序分量和第二电压基波正序分量；

其中，级联延迟信号消除的滤波环节，具体如下式所示：

式中，T₀为基波周期，s为拉普拉斯算子，j为虚数单位；

所述根据所述αβ静止坐标系确定所述第一电压基波正序分量和所述第二电压基波正序分量的第一标量电压分量和第二标量电压分量，具体包括：

计算αβ坐标系中第一电压基波正序分量和第二电压基波正序分量的电压幅值，具体如下式所示：

式中，

为第一电压基波正序分量，

为第二电压基波正序分量，V_m为电压幅值；

计算所述第一电压基波正序分量、所述第二电压基波正序分量和所述电压幅值的比值以得到所述第一标量电压分量和所述第二标量电压分量的标量值，具体如下式所示：

式中，v'_α为第一标量电压分量，v'_β为第二标量电压分量；

所述利用所述正向过零点时间、上一个触发阀的触发时间以及实际电网频率计算得到上一个触发阀的同步触发角，具体包括：

利用所述的正向过零点时间、上一个触发阀的触发时间以及实际电网频率计算得到上一个触发阀的同步触发角，具体如下式所示：

α_PLL(n)＝2πf_meas×(t_pulse(n)-t_PLL(n)))

式中，α_PLL(n)为上一个触发阀的同步触发角，t_pulse(n)为上一个触发阀的触发时间，t_PLL(n)为正向过零点时间，f_meas为测量得到的电网频率；n取1～N，N为正整数，对应N个换流阀的编号。

7.如权利要求6所述的一种高压直流系统的同步触发方法，其特征在于，所述根据所述同步触发角和所述第一相位间隔得到下一个换流阀的相控触发角，具体如下式所示：

式中，α_PCO(n+1)为下一个阀的相控触发角，α_PLL(n)为同步触发角，

为前两个触发脉冲的触发脉冲相位间隔，k为换相电压同步修正系数。

8.如权利要求7所述的一种高压直流系统的同步触发方法，其特征在于，所述经过限幅环节后，在等间距为30°的基础上，得到下一个触发脉冲与前一个触发脉冲间的时间间隔，具体包括：

式中，t_pulse(n)为上一个触发阀的触发时间，t_pulse(n+1)为下一个触发阀的触发时间，Δt(n)为前一个触发脉冲间的时间间隔，α_output为输出量，α_ord为直流控制系统输出的指令值。

9.一种高压直流系统的同步触发系统，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8中任意一项所述的一种高压直流系统的同步触发方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至8中任意一项所述的一种高压直流系统的同步触发方法。

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