CN112787346B - 一种预防换相失败的控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种预防换相失败的控制方法及装置。直流输电工程逆变侧的控制策略，其中一种技术路线是采用定熄弧角控制策略，该控制策略在稳态和小的暂态扰动情况下，可保证直流输电系统的稳定运行，但在大的扰动时，比如，需要大幅快速提升直流功率时，可能出现换相失败的情况。本发明设计一种预防换相失败的控制器，当熄弧角测量值超出限制值时，预防换相失败控制器通过调节逆变侧定熄弧角控制器所用的熄弧角参考值，增加换相裕度，避免换相失败。

Description

一种预防换相失败的控制方法及装置
技术领域
本发明属于高压直流输电领域，具体涉及高压直流输电系统一种预防换相失败的控制方法及装置。
背景技术
在高压直流输电系统里，逆变侧配置了定电流控制器、定电压控制器、定熄弧角控制器，采用限幅的方式在三个控制器之间进行协调配合，如图1所示。定熄弧角控制器输入为直流电流Id、直流电流指令值Io、熄弧角参考值γo、相对感性压降dx和空载直流电压Udi0，定熄弧角控制器输出最大触发延迟角αlpha_m。定电压控制器输入为直流母线电压指令值Uo和直流母线电压Ud的差值，二者经PI调节器输出到限幅器，限幅器的下限值为110°，上限值为定熄弧角控制器输出的αlpha_m。定电流控制器的输入值为直流电流指令值Io和直流电流Id的差值，应用于逆变侧时，上述电流差值再减去电流差额ΔI，将结果输出到PI调节器，PI调节器的输出连接到限幅器，限幅器的下限值为110°，上限值为电压调节单元的输出。限幅器的输出为触发延迟角，其对直流输电设备的阀组进行控制。
电流差额应用于逆变侧后，电流调节器的输出值一般大于限幅器的上限值，电流调节器的输出值为限幅器的上限值；电压调节单元的输出值一般大于最大触发延迟角αlpha_m，电压调节器的输出为限幅器上限值αlpha_m。因此，逆变侧一般工作在定熄弧角控制。
在稳态和小的暂态扰动情况下，逆变侧定熄弧角控制器是可保证直流输电系统的稳定运行。但在大的扰动时，比如，需要大幅快速提升直流功率时，直流消耗的无功增加，导致交流电压大幅跌落，换相裕度减小，采用该策略，可能出现换相失败的情况。
为满足大幅提升直流的需求，需要改进现有的逆变侧定熄弧角控制器，解决换相失败的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种预防换相失败的控制方法及装置，解决逆变侧定熄弧角控制器在大的扰动时可能出现换相失败的情况。
为了达成上述目的，本发明的技术方案是：一种预防换相失败的控制方法，当熄弧角测量值超出限制值时，调节逆变侧定熄弧角控制器所用的熄弧角参考值；具体包括如下步骤：
(1)将熄弧角测量值γm经过滤波环节处理后得到第二熄弧角测量值γmf；
(2)第一熄弧角参考值γref减去第二熄弧角测量值γmf，得到第一偏差值，对第一偏差值进行比例积分调节得到第二偏差值；
(3)当第二熄弧角测量值γmf小于第一熄弧角阈值γset1时，输出控制信号为高电平；当第二熄弧角测量值γmf大于第二熄弧角阈值γset2时，输出控制信号为低电平；当第二熄弧角测量值γmf介于第一熄弧角阈值γset1和第二熄弧角阈值γset2之间时，输出控制信号状态不变；
(4)当输出控制信号为高电平时，熄弧角调节量等于第二偏差值；当输出控制信号为低电平时，熄弧角调节量为零；
(5)第一熄弧角参考值γref加上熄弧角调节量得到熄弧角参考值γ0，作为逆变侧定熄弧角控制器的输入。
进一步地，所述步骤(2)中，第一偏差值进行比例积分调节后再经过限幅环节得到第二偏差值。
进一步地，所述步骤(4)中当输出控制信号为低电平时，同时将比例积分调节中的积分环节输出清零。
进一步地，所述滤波环节采用低通滤波器，时间常数取值范围是0-100ms。
进一步地，所述比例积分调节中比例环节的系数取值范围是0-100；积分环节时间常数取值范围是0-100s。
进一步地，所述限幅环节的上限取值范围是0-100，下限Lowlim的取值为0。
进一步地，所述第一熄弧角参考值γref的取值范围是10-100度；第一熄弧角阈值γset1的取值范围是10-100度，第二熄弧角阈值γset2的取值范围是10-100度，γset1、γset2、γref取值大小关系为：γset1小于γref，γset2大于γref。
本发明同时提出一种预防换相失败的控制装置，包括：
滤波单元，用于将输入的熄弧角测量值γm经过滤波环节处理后得到第二熄弧角测量值γmf输出；
偏差计算单元，接收滤波单元的输出的第二熄弧角测量值γmf，将第一熄弧角参考值γref减去第二熄弧角测量值γmf，得到第一偏差值，对第一偏差值进行比例积分调节得到第二偏差值；
控制单元，接收滤波单元的输出的第二熄弧角测量值γmf，并和预设的第一熄弧角阈值γset1、第二熄弧角阈值γset2对比得到，输出控制信号；其中，当第二熄弧角测量值γmf小于第一熄弧角阈值γset1时，输出控制信号为高电平；当第二熄弧角测量值γmf大于第二熄弧角阈值γset2时，输出控制信号为低电平；当第二熄弧角测量值γmf介于第一熄弧角阈值γset1和第二熄弧角阈值γset2之间时，输出控制信号状态不变；
调节量确定单元，接收控制单元的输出控制信号和偏差计算单元的计算结果，当输出控制信号为高电平时，熄弧角调节量等于第二偏差值；当输出控制信号为低电平时，熄弧角调节量为零；
参考值输出单元，接收调节量确定单元的熄弧角调节量，将第一熄弧角参考值γref加上熄弧角调节量得到熄弧角参考值γ0。
进一步地，所述偏差计算单元中，第一偏差值进行比例积分调节后再经过限幅环节得到第二偏差值。
进一步地，所述偏差计算单元接收控制单元的输出控制信号，当输出控制信号为低电平时，将比例积分调节中的积分环节输出清零。
本发明的有益效果：本方案通过引入熄弧角测量值，当熄弧角测量值超出限制值时，调节逆变侧定熄弧角控制器所用的熄弧角参考值，从而增加换相裕度，避免换相失败。采用本发明方法的逆变侧定熄弧角控制器，在大的扰动时，有利于预防出现换相失败。
附图说明
图1本发明中使用的逆变侧换流器控制逻辑框图。
图2本发明的预防换相失败的控制方法实施例一逻辑框图。
图3本发明的预防换相失败的控制方法实施例二逻辑框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
实施例一：
如图2所示，本发明的预防换相失败的控制方法是当熄弧角测量值超出限制值时，调节逆变侧定熄弧角控制器所用的熄弧角参考值；包括如下步骤：
S11：将熄弧角测量值γm经过滤波环节处理后得到第二熄弧角测量值γmf。
其中，滤波环节采用低通滤波器，时间常数取值范围是0-100ms。
S12:第一熄弧角参考值γref减去第二熄弧角测量值γmf，得到第一偏差值，对第一偏差值进行比例积分调节得到第二偏差值。
其中，比例积分调节中比例环节的系数取值范围是0-100；积分环节时间常数取值范围是0-100s，具体根据试验结果调整确定。
S13:当第二熄弧角测量值γmf小于第一熄弧角阈值γset1时，输出控制信号为高电平；当第二熄弧角测量值γmf大于第二熄弧角阈值γset2时，输出控制信号为低电平；当第二熄弧角测量值γmf介于第一熄弧角阈值γset1和第二熄弧角阈值γset2之间时，输出控制信号状态不变。
本实施例中通过RS触发器来实现。具体的，当第二熄弧角测量值γmf小于第一熄弧角阈值γset1时第一控制信号为高电平，否则为低电平；当第二熄弧角测量值γmf大于第二熄弧角阈值γset2时，第二控制信号为高电平，否则为低电平；第一控制信号、第二控制信号经过RS触发逻辑得到输出控制信号，第一控制信号为高电平时输出控制信号为高电平，第二控制信号为高电平时输出控制信号为低电平。
其中，第一熄弧角参考值γref的取值范围是10-100度；第一熄弧角阈值γset1的取值范围是10-100度，第二熄弧角阈值γset2的取值范围是10-100度，γset1、γset2、γref取值大小关系为：γset1小于γref，γset2大于γref。
S14:当输出控制信号为高电平时，熄弧角调节量等于第二偏差值；当输出控制信号为低电平时，熄弧角调节量为零；
S15:第一熄弧角参考值γref加上熄弧角调节量得到熄弧角参考值γ0，作为逆变侧定熄弧角控制器的输入。
优选的实施例中，在上述基础上当输出控制信号为低电平时，同时将比例积分调节中的积分环节输出清零。
进一步地，所述步骤(2)中，第一偏差值进行比例积分调节后再经过限幅环节得到第二偏差值。
实施例二：
如图2所示，本发明的预防换相失败的控制方法是当熄弧角测量值超出限制值时，调节逆变侧定熄弧角控制器所用的熄弧角参考值；包括如下步骤：
S21：将熄弧角测量值γm经过滤波环节处理后得到第二熄弧角测量值γmf。
其中，滤波环节采用低通滤波器，时间常数取值范围是0-100ms。
S22:第一熄弧角参考值γref减去第二熄弧角测量值γmf，得到第一偏差值，对第一偏差值进行比例积分调节后再经过限幅环节得到第二偏差值。
其中，比例积分调节中比例环节的系数取值范围是0-100；积分环节时间常数取值范围是0-100s，具体根据试验结果调整确定。限幅环节的上限取值范围是0-100。限幅环节的下限取值0。
S23:当第二熄弧角测量值γmf小于第一熄弧角阈值γset1时，输出控制信号为高电平；当第二熄弧角测量值γmf大于第二熄弧角阈值γset2时，输出控制信号为低电平；当第二熄弧角测量值γmf介于第一熄弧角阈值γset1和第二熄弧角阈值γset2之间时，输出控制信号状态不变。
本实施例中通过RS触发器来实现。具体的，当第二熄弧角测量值γmf小于第一熄弧角阈值γset1时第一控制信号为高电平，否则为低电平；当第二熄弧角测量值γmf大于第二熄弧角阈值γset2时，第二控制信号为高电平，否则为低电平；第一控制信号、第二控制信号经过RS触发逻辑得到输出控制信号，第一控制信号为高电平时输出控制信号为高电平，第二控制信号为高电平时输出控制信号为低电平。
其中，第一熄弧角参考值γref的取值范围是10-100度；第一熄弧角阈值γset1的取值范围是10-100度，第二熄弧角阈值γset2的取值范围是10-100度，γset1、γset2、γref取值大小关系为：γset1小于γref，γset2大于γref。
S24:当输出控制信号为高电平时，熄弧角调节量等于第二偏差值；当输出控制信号为低电平时，熄弧角调节量为零；
S25:第一熄弧角参考值γref加上熄弧角调节量得到熄弧角参考值γ0，作为逆变侧定熄弧角控制器的输入。
优选的实施例中，在上述基础上当输出控制信号为低电平时，同时将比例积分调节中的积分环节输出清零。
本发明还公开一种预防换相失败的控制装置实施例，包括：
滤波单元，用于将输入的熄弧角测量值γm经过滤波环节处理后得到第二熄弧角测量值γmf输出；
偏差计算单元，接收滤波单元的输出的第二熄弧角测量值γmf，将第一熄弧角参考值γref减去第二熄弧角测量值γmf，得到第一偏差值，对第一偏差值进行比例积分调节得到第二偏差值；
控制单元，接收滤波单元的输出的第二熄弧角测量值γmf，并和预设的第一熄弧角阈值γset1、第二熄弧角阈值γset2对比得到，输出控制信号；其中，当第二熄弧角测量值γmf小于第一熄弧角阈值γset1时，输出控制信号为高电平；当第二熄弧角测量值γmf大于第二熄弧角阈值γset2时，输出控制信号为低电平；当第二熄弧角测量值γmf介于第一熄弧角阈值γset1和第二熄弧角阈值γset2之间时，输出控制信号状态不变；
调节量确定单元，接收控制单元的输出控制信号和偏差计算单元的计算结果，当输出控制信号为高电平时，熄弧角调节量等于第二偏差值；当输出控制信号为低电平时，熄弧角调节量为零；
参考值输出单元，接收调节量确定单元的熄弧角调节量，将第一熄弧角参考值γref加上熄弧角调节量得到熄弧角参考值γ0。
优选的装置实施例中，所述偏差计算单元中，第一偏差值进行比例积分调节后再经过限幅环节得到第二偏差值。
优选的装置实施例中，所述偏差计算单元接收控制单元的输出控制信号，当输出控制信号为低电平时，将比例积分调节中的积分环节输出清零。

Claims (10)

1.一种预防换相失败的控制方法，其特征是：当熄弧角测量值超出限制值时，调节逆变侧定熄弧角控制器所用的熄弧角参考值；具体包括如下步骤：
(1)将熄弧角测量值γm经过滤波环节处理后得到第二熄弧角测量值γmf；
(2)第一熄弧角参考值γref减去第二熄弧角测量值γmf，得到第一偏差值，对第一偏差值进行比例积分调节得到第二偏差值；
(3)当第二熄弧角测量值γmf小于第一熄弧角阈值γset1时，输出控制信号为高电平；当第二熄弧角测量值γmf大于第二熄弧角阈值γset2时，输出控制信号为低电平；当第二熄弧角测量值γmf介于第一熄弧角阈值γset1和第二熄弧角阈值γset2之间时，输出控制信号状态不变；
(4)当输出控制信号为高电平时，熄弧角调节量等于第二偏差值；当输出控制信号为低电平时，熄弧角调节量为零；
(5)第一熄弧角参考值γref加上熄弧角调节量得到熄弧角参考值γ0，作为逆变侧定熄弧角控制器的输入。
2.如权利要求1所述的预防换相失败的控制方法，其特征是：所述步骤(2)中，第一偏差值进行比例积分调节后再经过限幅环节得到第二偏差值。
3.如权利要求1所述的预防换相失败的控制方法，其特征是：所述步骤(4)中当输出控制信号为低电平时，同时将比例积分调节中的积分环节输出清零。
4.如权利要求1所述的预防换相失败的控制方法，其特征是：所述滤波环节采用低通滤波器，时间常数取值范围是0-100ms。
5.如权利要求1所述的预防换相失败的控制方法，其特征是：所述比例积分调节中比例环节的系数取值范围是0-100；积分环节时间常数取值范围是0-100s。
6.如权利要求2所述的预防换相失败的控制方法，其特征是：所述限幅环节的上限取值范围是0-100，下限Lowlim的取值为0。
7.如权利要求1所述的预防换相失败的控制方法，其特征是：所述第一熄弧角参考值γref的取值范围是10-100度；第一熄弧角阈值γset1的取值范围是10-100度，第二熄弧角阈值γset2的取值范围是10-100度，γset1、γset2、γref取值大小关系为：γset1小于γref，γset2大于γref。
8.一种预防换相失败的控制装置，其特征是，包括：
滤波单元，用于将输入的熄弧角测量值γm经过滤波环节处理后得到第二熄弧角测量值γmf输出；
偏差计算单元，接收滤波单元的输出的第二熄弧角测量值γmf，将第一熄弧角参考值γref减去第二熄弧角测量值γmf，得到第一偏差值，对第一偏差值进行比例积分调节得到第二偏差值；
控制单元，接收滤波单元的输出的第二熄弧角测量值γmf，并和预设的第一熄弧角阈值γset1、第二熄弧角阈值γset2对比得到，输出控制信号；其中，当第二熄弧角测量值γmf小于第一熄弧角阈值γset1时，输出控制信号为高电平；当第二熄弧角测量值γmf大于第二熄弧角阈值γset2时，输出控制信号为低电平；当第二熄弧角测量值γmf介于第一熄弧角阈值γset1和第二熄弧角阈值γset2之间时，输出控制信号状态不变；
调节量确定单元，接收控制单元的输出控制信号和偏差计算单元的计算结果，当输出控制信号为高电平时，熄弧角调节量等于第二偏差值；当输出控制信号为低电平时，熄弧角调节量为零；
参考值输出单元，接收调节量确定单元的熄弧角调节量，将第一熄弧角参考值γref加上熄弧角调节量得到熄弧角参考值γ0。
9.如权利要求8所述的预防换相失败的控制装置，其特征是：所述偏差计算单元中，第一偏差值进行比例积分调节后再经过限幅环节得到第二偏差值。
10.如权利要求8所述的预防换相失败的控制装置，其特征是：所述偏差计算单元接收控制单元的输出控制信号，当输出控制信号为低电平时，将比例积分调节中的积分环节输出清零。
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