CN111953004B - 一种基于电压跟随的合闸控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于电压跟随的合闸控制方法及系统，其特征在于，包括以下内容：1)记录断路器上一次的分闸时刻并作为电容器的放电起始时间，记录断路器上一次分闸时刻电容器两端的电压幅值并作为电容器的放电起始电压；2)根据电容器的放电起始时间和电容器的放电起始电压，计算电容器电压和交流相电压的交点；3)以合闸装置接收合闸指令的时刻为起点，考虑合闸装置的开关合闸延时，确定断路器的目标合闸点；4)确定合闸装置的触发时刻；5)合闸装置根据接收合闸指令的时刻、断路器的目标合闸点和合闸装置的触发时刻，对断路器进行合闸控制，实现断路器的两端等压合闸，本发明可以广泛应用于高压直流输电技术领域中。

Description

一种基于电压跟随的合闸控制方法及系统

技术领域

本发明是关于一种基于电压跟随的合闸控制方法及系统，属于高压直流输电技术领域。

背景技术

近年来，高压直流输电飞速发展，直流输电方案以及直流输电设备不断更新，其中，交流滤波器是直流换流站的重要设备，其作用是负责将换流器产生的谐波在直流换流站内滤出，避免谐波进入电力系统。目前，交流滤波器的断路器选相合闸装置主要用于滤波器投入时，控制断路器各相在电压过零点附近合闸，减少合闸涌流，保护滤波回路的设备。

由于直流换流站的交流滤波器容量较大，通常含有大容量电容器，其剩余电荷的释放是一个缓慢的过程，在电荷释放过程中重合闸会导致过电压和过电流，危及设备安全。

目前，换直流换流站交流滤波器的控制过程为：当前滤波器切除后，不作为下一组待投入的滤波器考虑，待剩余电荷释放完毕后，再作为投入目标。这样，在直流换流站的负荷波动较大时，交流滤波器的作用不能充分的发挥。因此，如何在滤波电容器两端具有剩余电压工况下投入滤波器，是目前需要解决的问题，而现有技术缺少有效的技术手段。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够在滤波电容器两端具有剩余电压工况下投入滤波器的基于电压跟随的合闸控制方法及系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于电压跟随的合闸控制方法，包括以下内容：

1)记录断路器上一次的分闸时刻并作为电容器的放电起始时间，记录断路器上一次分闸时刻电容器两端的电压幅值并作为电容器的放电起始电压；

2)根据电容器的放电起始时间和电容器的放电起始电压，计算电容器电压和交流相电压的交点；

3)以合闸装置接收合闸指令的时刻为起点，考虑合闸装置的开关合闸延时，确定断路器的目标合闸点；

4)确定合闸装置的触发时刻；

5)合闸装置根据接收合闸指令的时刻、断路器的目标合闸点和合闸装置的触发时刻，对断路器进行合闸控制，实现断路器的两端等压合闸。

进一步，所述步骤2)的具体过程为：

交流相电压的瞬时值U_p为：

U_p＝U_msin(ωt)

式中，U_m为交流相电压峰值；ω为交流电网角频率；t为时间；

电容器两端电压瞬时值U_C为：

式中，U₀为电容器的放电起始电压；R为放电电阻；C为电容；t₀为电容器的放电起始时间；

根据上述公式，确定电容器电压与交流相电压交点。

进一步，所述步骤3)中取t₁+T_cl后的交流相电压与电容器电压的第一个交点为断路器的目标合闸点t₃，其中，t₁为合闸装置接收合闸指令的时刻，T_cl为合闸装置的开关合闸延时。

进一步，所述步骤4)中根据断路器的目标合闸点t₃和开关合闸延时T_cl，确定合闸装置的触发时刻t₂：

t₂＝t₃-T_cl。

进一步，所述步骤4)中根据合闸装置接收合闸指令的时刻t₁和触发延时T_d，确定合闸装置的触发时刻t₂：

t₂＝t₁-T_d。

进一步，所述步骤5)的具体过程为：

合闸装置控制开关在t₁时刻接收合闸命令后，经触发延时，在触发时刻执行合闸，并在断路器的目标合闸点合闸，实现断路器的两端等压合闸。

进一步，电容器的放电起始时间为从上一次断路器开断到断路器再次合闸成功的时间，断路器上一次分闸时刻电容器两端的电压幅值U₀为分闸时刻交流母线相电压的瞬时值。

一种基于电压跟随的合闸控制系统，包括：

数据记录模块，用于记录断路器上一次的分闸时刻作为电容器的放电起始时间，并记录断路器上一次分闸时刻电容器两端的电压幅值作为电容器的放电起始电压；

交点计算模块，用于根据电容器的放电起始时间和电容器的放电起始电压，计算电容器电压和交流相电压的交点；

目标合闸点确定模块，用于以合闸装置接收合闸指令的时刻为起点，考虑合闸装置的开关合闸延时，确定断路器的目标合闸点；

触发时刻确定模块，用于确定合闸装置的触发时刻；

合闸装置控制模块，用于通过合闸装置根据接收合闸指令的时刻、断路器的目标合闸点和合闸装置的触发时刻，对断路器进行合闸控制，实现断路器的两端等压合闸。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明通过记录断路器分闸时电容器两端的电压幅值，跟随电容器电压，计算电容器两端电压与交流相电压的交点，并结合装置触发补偿延时和开关合闸延时，确定断路器的目标合闸点，使得合闸装置能够控制断路器在开关触发时刻执行合闸动作，实现断路器的两端等压合闸。

2、本发明中断路器合闸时刻断路器的母线侧和电容器侧电压幅值相等，合闸回路不会出现过电压和过电流，能够保障回路设备安全，延长设备使用寿命，可使换流站滤波器在跳闸后，不必等待电容器放电，随时投入使用，而不会在回路设备上产生过电压和过电流，提高利用效率，可以广泛应用于高压直流输电技术领域中。

附图说明

图1是本发明方法的流程图；

图2是本发明中电压跟随断路器合闸装置的动作逻辑时序图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

如图1、图2所示，本发明提供的基于电压跟随的合闸控制方法，用于断路器合闸装置，包括以下步骤：

1)记录断路器上一次的分闸时刻t₀并作为电容器的放电起始时间，记录断路器上一次分闸时刻电容器两端的电压幅值U₀并作为电容器的放电起始电压，其中，电容器的放电起始时间为从上一次断路器开断到断路器再次合闸成功的时间，断路器上一次分闸时刻电容器两端的电压幅值U₀为分闸时刻交流母线相电压的瞬时值。

2)根据电容器的放电起始时间t₀和电容器的放电起始电压U₀，计算电容器电压和交流相电压的交点，具体为：

交流相电压的瞬时值U_p为：

U_p＝U_msin(ωt) (1)

式中，U_m为交流相电压峰值(kV)；ω为交流电网角频率(rad/s)；t为时间(s)。

电容器两端电压瞬时值U_C为：

式中，U₀为电容器的放电起始电压(kV)；R为放电电阻(MΩ)；C为电容(μF)；t₀为电容器的放电起始时间(s)，其中，放电电阻R和电容C为交流滤波器固有参数，由设备制造厂提供。

根据上述公式(1)和(2)，确定电容器电压与交流相电压交点，即上述两公式曲线的交点。

3)合闸装置接收控制系统发送的合闸指令。

4)以合闸装置接收合闸指令的时刻t₁为起点，考虑合闸装置的开关合闸延时T_cl，确定断路器的目标合闸点t₃，即考虑：

t₃＞t₁+T_cl (3)

取t₁+T_cl后的交流相电压与电容器电压的第一个交点为断路器的目标合闸点t₃，其中，开关合闸延时是指开关接到合闸指令到触头接触的时间间隔。

5)确定合闸装置的触发时刻t₂，可以根据断路器的目标合闸点t₃和开关合闸延时T_cl确定：

t₂＝t₃-T_cl (4)

或者，根据合闸装置接收合闸指令的时刻t₁和触发延时T_d确定：

t₂＝t₁-T_d (5)

其中，触发延时是指合闸装置接收合闸指令到发出合闸指令的等待延时，触发延时T_d为：

T_d＝t₃-T_cl (6)

6)合闸装置根据接收合闸指令的时刻t₁、断路器的目标合闸点t₃和合闸装置的触发时刻t₂，对断路器进行合闸控制，实现断路器的两端等压合闸，具体为：

合闸装置控制开关在t₁时刻接收合闸命令后，经触发延时T_d，在触发时刻t₂执行合闸，并在断路器的目标合闸点t₃合闸，实现断路器的两端等压合闸。

基于上述基于电压跟随的合闸控制方法，本发明还提供一种基于电压跟随的合闸控制系统，包括：

数据记录模块，用于记录断路器上一次的分闸时刻作为电容器的放电起始时间，并记录断路器上一次分闸时刻电容器两端的电压幅值作为电容器的放电起始电压；

交点计算模块，用于根据电容器的放电起始时间和电容器的放电起始电压，计算电容器电压和交流相电压的交点；

目标合闸点确定模块，用于以合闸装置接收合闸指令的时刻为起点，考虑合闸装置的开关合闸延时，确定断路器的目标合闸点；

触发时刻确定模块，用于确定合闸装置的触发时刻；

合闸装置控制模块，用于通过合闸装置根据接收合闸指令的时刻、断路器的目标合闸点和合闸装置的触发时刻，对断路器进行合闸控制，实现断路器的两端等压合闸。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种基于电压跟随的合闸控制方法，其特征在于，包括以下内容：

1)记录断路器上一次的分闸时刻并作为电容器的放电起始时间，记录断路器上一次分闸时刻电容器两端的电压幅值并作为电容器的放电起始电压；

2)根据电容器的放电起始时间和电容器的放电起始电压，计算电容器电压和交流相电压的交点；

3)以合闸装置接收合闸指令的时刻为起点，考虑合闸装置的开关合闸延时，确定断路器的目标合闸点，取t₁+T_cl后的交流相电压与电容器电压的第一个交点为断路器的目标合闸点t₃，其中，t₁为合闸装置接收合闸指令的时刻，T_cl为合闸装置的开关合闸延时；

4)确定合闸装置的触发时刻；

5)合闸装置根据接收合闸指令的时刻、断路器的目标合闸点和合闸装置的触发时刻，对断路器进行合闸控制，实现断路器的两端等压合闸。

2.如权利要求1所述的一种基于电压跟随的合闸控制方法，其特征在于，所述步骤2)的具体过程为：

交流相电压的瞬时值U_p为：

U_p＝U_msin(ωt)

式中，U_m为交流相电压峰值；ω为交流电网角频率；t为时间；

电容器两端电压瞬时值U_C为：

式中，U₀为电容器的放电起始电压；R为放电电阻；C为电容；t₀为电容器的放电起始时间；

根据上述公式，确定电容器电压与交流相电压交点。

3.如权利要求1所述的一种基于电压跟随的合闸控制方法，其特征在于，所述步骤4)中根据断路器的目标合闸点t₃和开关合闸延时T_cl，确定合闸装置的触发时刻t₂：

t₂＝t₃-T_cl。

4.如权利要求1所述的一种基于电压跟随的合闸控制方法，其特征在于，所述步骤4)中根据合闸装置接收合闸指令的时刻t₁和触发延时T_d，确定合闸装置的触发时刻t₂：

t₂＝t₁-T_d。

5.如权利要求4所述的一种基于电压跟随的合闸控制方法，其特征在于，所述步骤5)的具体过程为：

合闸装置控制开关在t₁时刻接收合闸命令后，经触发延时，在触发时刻执行合闸，并在断路器的目标合闸点合闸，实现断路器的两端等压合闸。

6.如权利要求1所述的一种基于电压跟随的合闸控制方法，其特征在于，电容器的放电起始时间为从上一次断路器开断到断路器再次合闸成功的时间，断路器上一次分闸时刻电容器两端的电压幅值U₀为分闸时刻交流母线相电压的瞬时值。

7.一种基于电压跟随的合闸控制系统，其特征在于，包括：

数据记录模块，用于记录断路器上一次的分闸时刻作为电容器的放电起始时间，并记录断路器上一次分闸时刻电容器两端的电压幅值作为电容器的放电起始电压；

交点计算模块，用于根据电容器的放电起始时间和电容器的放电起始电压，计算电容器电压和交流相电压的交点；

目标合闸点确定模块，用于以合闸装置接收合闸指令的时刻为起点，考虑合闸装置的开关合闸延时，确定断路器的目标合闸点，取t₁+T_cl后的交流相电压与电容器电压的第一个交点为断路器的目标合闸点t₃，其中，t₁为合闸装置接收合闸指令的时刻，T_cl为合闸装置的开关合闸延时；

触发时刻确定模块，用于确定合闸装置的触发时刻；

合闸装置控制模块，用于通过合闸装置根据接收合闸指令的时刻、断路器的目标合闸点和合闸装置的触发时刻，对断路器进行合闸控制，实现断路器的两端等压合闸。

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