CN111864738A - 基于自适应触发角补偿的连续换相失败抑制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于自适应触发角补偿的连续换相失败抑制方法及装置，包括检测直流输电系统是否发生换相失败，若发生换相失败，则根据逆变侧直流电流指令值变化量大小，判断是否处于直流电流恢复上升阶段，若是，则实时采集直流功率值，计算直流系统恢复过程中的直流功率恢复速度；根据逆变侧换流母线电压幅值跌落程度大小动态调整触发角转化系数；将直流功率恢复速度乘以转化系数，经过限幅环节后生成逆变侧触发超前角的补偿量；叠加至逆变侧控制器输出环节。本发明提供的连续换相失败抑制方法，能够将直流功率恢复速度和交流电压跌落程度考虑进来，对逆变侧触发角进行自适应动态调整，无需添加额外装置及设备，投资低且易于实现。

Description

基于自适应触发角补偿的连续换相失败抑制方法及装置
技术领域
本发明涉及电气工程领域，更具体地，涉及一种基于自适应触发角补偿的连续换相失败抑制方法及装置。
背景技术
传统电网换相换流器高压直流输电(LCC-HVDC)技术的应用在实现远距离输电，解决我国能源负荷分布不均的同时；也由于其采用半控型的晶闸管作为换流元件，当受端交流系统故障时容易引发连续换相失败甚至导致直流闭锁、引发连锁故障，恶化电力系统的安稳运行。
因此，有必要针对如何抑制连续换相失败的发生进行深入研究，以防止发生直流闭锁，避免对交直流混联电网的安全稳定运行造成严重影响。研究表明，如果首次换相失败发生后故障未及时清除且直流恢复过程中控制作用不当容易引发连续换相失败，因此有必要在故障恢复过程中，采取适当有效的控制策略以抑制连续换相失败的发生，改善直流系统的故障恢复特性。而传统的连续换相失败控制策略的研究均集中于对直流电流、直流功率、换相电压等单一电气量因素进行控制，鲜有文献对故障恢复过程中的触发角等控制量因素抑制连续换相失败的作用进行分析研究。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于自适应触发角补偿的连续换相失败抑制方法及装置，旨在解决交流故障发生后，若故障未及时清除，容易引发连续换相失败，甚至造成直流闭锁和连锁故障的技术问题。
为实现上述目的，本发明一方面提供一种基于自适应触发角补偿的连续换相失败抑制方法，包括以下步骤：
步骤S1、检测逆变侧换流阀的关断角γ；根据关断角过零判断直流系统是否发生换相失败，若关断角γ跌落为0，则判断发生换相失败，进入步骤S2，否则，重复步骤S1；
步骤S2、对直流电流指令值变化量进行计算，若计算得到的直流电流指令值变化量为正值，则处于直流电流恢复上升阶段，进入步骤S3；否则，重复步骤S2；
步骤S3、实时采集直流功率P(t)，计算故障恢复过程中直流功率恢复速度；
步骤S4、采用正余弦分量法检测故障恢复过程中逆变侧换流母线电压大小，得到电压幅值跌落程度，以进行动态计算转化系数k；
步骤S5、将直流功率恢复速度和转化系数k相乘，经过限幅环节后，得到触发超前角的补偿量值Δαinv；
步骤S6、将触发角补偿量值叠加至逆变侧控制器输出环节，得到最终逆变侧输出触发角值，以实时增大故障恢复过程中的换相裕度，避免直流发生连续换相失败。
可选地，所述步骤S2具体包括如下步骤：
步骤S201、采集直流电流指令值Idorder，计算直流电流指令值变化量ΔIdorder；
步骤S202、对ΔIdorder计算值进行判断，若为正，则说明处于直流电流恢复上升阶段，进入步骤S3，否则，返回步骤S201。
可选地，所述步骤S3具体包括如下步骤：
步骤S301、实时采集直流功率值P(t)；
步骤S302、将当前时刻的直流功率值P(t)和Δt之前时刻的直流功率值P(t-Δt)作差，实时计算直流功率恢复速度。
可选地，所述步骤S4具体包括如下步骤：
步骤S401、利用正余弦分量检测法实时计算逆变侧换流母线电压幅值变化；
步骤S402、实时计算电压幅值跌落程度；
步骤S403、根据电压幅值跌落程度乘以系数m，计算得到转化系数k。
可选地，所述步骤S5具体包括如下步骤：
步骤S501、直流功率恢复速度和转化系数k相乘；
步骤S502、经过限幅环节后得到逆变侧输出超前触发角补偿量Δαinv。
本发明另一方面提供了一种基于自适应触发角补偿的连续换相失败抑制装置，包括：
换相失败判断模块，用于检测逆变侧换流阀的关断角γ，根据关断角过零判断直流系统是否发生换相失败，若关断角γ跌落为0，则判断发生换相失败，否则判断未发生换相失败；
直流电流恢复上升判断模块，用于对直流电流指令值变化量进行计算，若计算得到的直流电流指令值变化量为正值，则处于直流电流恢复上升阶段，否则不处于直流电流恢复上升阶段；
直流功率恢复速度计算模块，用于实时采集直流功率P(t)，计算故障恢复过程中直流功率恢复速度；
转化系数计算模块，用于检测故障恢复过程中逆变侧换流母线电压的大小，得到电压幅值跌落程度，以进行动态计算转化系数k；
触发超前角补偿量计算模块，用于将直流功率恢复速度和转化系数k相乘，经过限幅环节后，得到触发超前角的补偿量值Δαinv；
连续换相失败抑制模块，用于将触发超前角的补偿量值Δαinv叠加至逆变侧控制器输出环节，得到最终逆变侧输出触发角值，以实时增大故障恢复过程中的换相裕度，避免直流发生连续换相失败。
可选地，直流电流恢复上升判断模块包括：
直流电流指令值变化量计算单元，用于采集直流电流指令值Idorder，计算直流电流指令值变化量ΔIdorder；
直流电流恢复上升计算单元，用于对ΔIdorder计算值进行判断，若为正，则说明处于直流电流恢复上升阶段，否则不处于直流电流恢复上升阶段。
可选地，直流功率恢复速度计算模块包括：
直流功率值采集单元，用于实时采集直流功率值P(t)；
直流功率恢复速度计算单元，用于将当前时刻的直流功率值P(t)和Δt之前时刻的直流功率值P(t-Δt)作差，实时计算直流功率恢复速度。
可选地，转化系数计算模块包括：
逆变侧换流母线电压幅值变化计算单元，用于利用正余弦分量检测法实时计算逆变侧换流母线电压幅值变化；
电压幅值跌落程度计算单元，用于实时计算电压幅值跌落程度；
转化系数计算单元，用于根据电压幅值跌落程度乘以预设系数m，计算得到转化系数k。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明提供的方法能够对故障期间逆变侧输出触发角进行动态调节，以增大换相裕度，从而提升抑制连续换相失败的能力，根据直流功率恢复速度和交流电压大小动态调整逆变侧输出触发角的大小，降低直流输电系统发生连续换相失败的概率，提升交直流混联电网运行安全性；
(2)本发明提供的方法考虑直流功率恢复速度和交流电压跌落程度，能够在一定程度上抑制LCC-HVDC系统连续换相失败的发生，有效改善高压直流输电系统的运行特性；
(3)本发明提供的方法无需添加额外的装置和设备，投资成本低且易于控制和实现。
附图说明
图1是本发明提供的自适应触发角补偿控制方法的整体流程图；
图2是本发明的整体控制结构框图；
图3(a)是本发明和传统直流控制策略在单相故障时的关断角曲线效果对比图；
图3(b)是本发明和传统直流控制策略在单相故障时的直流功率曲线效果对比图；
图3(c)是本发明和传统直流控制策略在单相故障时的逆变侧输出触发角曲线效果对比图；
图4(a)是本发明和传统直流控制策略在三相故障时的关断角曲线效果对比图；
图4(b)是本发明和传统直流控制策略在三相故障时的直流功率曲线效果对比图；
图4(c)是本发明和传统直流控制策略在三相故障时的逆变侧输出触发角曲线效果对比图；
图5(a)是本发明和传统直流控制策略在单相故障水平下抑制连续换相失败效果的统计图；
图5(b)是本发明和传统直流控制策略在三相故障水平下抑制连续换相失败效果的统计图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种基于自适应触发补偿的连续换相失败抑制方法，其目的在于通过检测首次换相失败是否发生以及是否处于直流电流恢复上升阶段判断该控制器是否投入；考虑故障恢复过程中直流功率恢复速度和交流电压跌落程度，由此计算逆变侧触发超前角补偿量对触发角进行动态调节，有助于增大故障恢复过程中的换相裕度，降低直流连续换相失败发生的概率，提升交直流混联电力系统运行的安全可靠性。
如图1所示，本发明提供的基于自适应触发角补偿的连续换相失败抑制方法包括以下流程：
步骤S1、检测逆变侧换流阀的关断角信号γ；根据关断角过零判断直流系统是否发生换相失败，若关断角跌落为0，则判断发生换相失败，进入步骤S2，否则，重复步骤S1；
步骤S2、对直流电流指令值变化量进行计算，若计算得到的直流电流指令值变化量为正值，则处于直流电流恢复上升阶段，此时可投入该控制器；否则，重复步骤S2；
步骤S201、采集直流电流指令值Idorder，计算直流电流指令值变化量ΔIdorder；
步骤S202、对ΔIdorder计算值进行判断，若为正，则说明处于直流电流恢复上升阶段，进入步骤S3，否则，返回步骤S201；
步骤S3、实时采集直流功率P(t)，计算故障恢复过程中直流功率恢复速度；
步骤S301、实时采集直流功率值P(t)；
步骤S302、将当前时刻的直流功率值P(t)和Δt之前时刻的直流功率值P(t-Δt)作差，实时计算直流功率恢复速度；
步骤S4、采用正余弦分量法检测故障恢复过程中逆变侧换流母线电压大小，得到电压幅值跌落程度，以进行动态计算转化系数k；
步骤S401、利用正余弦分量检测法实时计算逆变侧换流母线电压幅值变化；
步骤S402、实时计算电压幅值跌落程度；
步骤S403、根据电压幅值跌落程度乘以系数m，计算得到转化系数k；
步骤S5、将直流功率恢复速度和转化系数k相乘，经过限幅环节后，得到触发超前角的补偿量值Δαinv；
步骤S501、直流功率恢复速度和转化系数k相乘；
步骤S502、经过限幅环节后得到逆变侧输出超前触发角补偿量Δαinv；
步骤S6、将触发角补偿量值叠加至逆变侧控制器输出环节，得到最终逆变侧输出触发角值，以实时增大故障恢复过程中的换相裕度，避免直流发生连续换相失败。
以下公开详细的示范实施例，此处公开的具体结构和功能细节仅仅是处于描述示范实施例的目的。然后应当理解，本发明不局限于公开的具体示范实施例，而是覆盖落入本公开范围内的所有修改、等同物和替换物。在对全部附图的描述中，相同的附图标记表示相同的元件。
图2为本发明的具体控制逻辑框图。直流系统逆变侧配置有定关断角控制、定电流控制、电流偏差控制和VDCOL控制。其中，Udinv为逆变侧直流电压测量值；Idinv为逆变侧直流电流测量值；αinv为逆变侧输出触发角指令；Idrorder为直流电流指令值；CEC为电流偏差控制；γ为逆变侧关断角测量值；βinv为逆变侧输出触发超前角，直流系统额定关断角为15°。
图3(a)、(b)、(c)和图4(a)、(b)、(c)分别给出了本发明控制方法在单相故障和三相故障时对连续换相失败的抑制能力，证明了该方法的有效性。
图5(a)和(b)示出了本发明控制方法在单相故障和三相故障时采用两种控制策略的换相失败发生次数统计。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于自适应触发角补偿的连续换相失败抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、检测逆变侧换流阀的关断角γ，根据关断角过零判断直流系统是否发生换相失败，若关断角γ跌落为0，则判断发生换相失败，进入步骤S2，否则，重复步骤S1；
步骤S2、对直流电流指令值变化量进行计算，若计算得到的直流电流指令值变化量为正值，则处于直流电流恢复上升阶段，进入步骤S3；否则，重复步骤S2；
步骤S3、实时采集直流功率P(t)，计算故障恢复过程中直流功率恢复速度；
步骤S4、检测故障恢复过程中逆变侧换流母线电压的大小，得到电压幅值跌落程度，以进行动态计算转化系数k；
步骤S5、将直流功率恢复速度和转化系数k相乘，经过限幅环节后，得到触发超前角的补偿量值Δαinv；
步骤S6、将触发超前角的补偿量值Δαinv叠加至逆变侧控制器输出环节，得到最终逆变侧输出触发角值，以实时增大故障恢复过程中的换相裕度，避免直流发生连续换相失败。
2.根据权利要求1所述的基于自适应触发角补偿的连续换相失败抑制方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下步骤：
步骤S201、采集直流电流指令值Idorder，计算直流电流指令值变化量ΔIdorder；
步骤S202、对ΔIdorder计算值进行判断，若为正，则说明处于直流电流恢复上升阶段，进入步骤S3，否则，返回步骤S201。
3.根据权利要求1所述的基于自适应触发角补偿的连续换相失败抑制方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括如下步骤：
步骤S301、实时采集直流功率值P(t)；
步骤S302、将当前时刻的直流功率值P(t)和Δt之前时刻的直流功率值P(t-Δt)作差，实时计算直流功率恢复速度。
4.根据权利要求1所述的基于自适应触发角补偿的连续换相失败抑制方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括如下步骤：
步骤S401、利用正余弦分量检测法实时计算逆变侧换流母线电压幅值变化；
步骤S402、实时计算电压幅值跌落程度；
步骤S403、根据电压幅值跌落程度乘以预设系数m，计算得到转化系数k。
5.一种基于自适应触发角补偿的连续换相失败抑制装置，其特征在于，包括：
换相失败判断模块，用于检测逆变侧换流阀的关断角γ，根据关断角过零判断直流系统是否发生换相失败，若关断角γ跌落为0，则判断发生换相失败，否则判断未发生换相失败；
直流电流恢复上升判断模块，用于对直流电流指令值变化量进行计算，若计算得到的直流电流指令值变化量为正值，则处于直流电流恢复上升阶段，否则不处于直流电流恢复上升阶段；
直流功率恢复速度计算模块，用于实时采集直流功率P(t)，计算故障恢复过程中直流功率恢复速度；
转化系数计算模块，用于检测故障恢复过程中逆变侧换流母线电压的大小，得到电压幅值跌落程度，以进行动态计算转化系数k；
触发超前角补偿量计算模块，用于将直流功率恢复速度和转化系数k相乘，经过限幅环节后，得到触发超前角的补偿量值Δαinv；
连续换相失败抑制模块，用于将触发超前角的补偿量值Δαinv叠加至逆变侧控制器输出环节，得到最终逆变侧输出触发角值，以实时增大故障恢复过程中的换相裕度，避免直流发生连续换相失败。
6.根据权利要求5所述的基于自适应触发角补偿的连续换相失败抑制装置，其特征在于，直流电流恢复上升判断模块包括：
直流电流指令值变化量计算单元，用于采集直流电流指令值Idorder，计算直流电流指令值变化量ΔIdorder；
直流电流恢复上升计算单元，用于对ΔIdorder计算值进行判断，若为正，则说明处于直流电流恢复上升阶段，否则不处于直流电流恢复上升阶段。
7.根据权利要求5所述的基于自适应触发角补偿的连续换相失败抑制装置，其特征在于，直流功率恢复速度计算模块包括：
直流功率值采集单元，用于实时采集直流功率值P(t)；
直流功率恢复速度计算单元，用于将当前时刻的直流功率值P(t)和Δt之前时刻的直流功率值P(t-Δt)作差，实时计算直流功率恢复速度。
8.根据权利要求5所述的基于自适应触发角补偿的连续换相失败抑制装置，其特征在于，转化系数计算模块包括：
逆变侧换流母线电压幅值变化计算单元，用于利用正余弦分量检测法实时计算逆变侧换流母线电压幅值变化；
电压幅值跌落程度计算单元，用于实时计算电压幅值跌落程度；
转化系数计算单元，用于根据电压幅值跌落程度乘以预设系数m，计算得到转化系数k。
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