CN112952824B - 交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法、装置及设备，应用于高压直流输电系统上，通过根据高压直流输电系统交流侧母线的三相电压确定单相故障发生相，即是故障相，然后，根据故障相求出此时相电压与相正序电压之间的最大相位偏移量，将具有最大偏移量的换相角与高压直流输电系统的锁相环输出的同步相位角相加得到修正同步相位角，采用修正同步相位角调整或修正所述故障相的触发角实现修正实际触发角的作用，显然，相比于现有技术，该交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法能够快速判别故障相，有效避免高压直流输电系统在交流故障期间锁相环的输出误差导致换相失败的结果，解决了现有高压直流输电系统换相失败的问题。

Description

交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法及装置
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法、装置及设备。
背景技术
交流侧故障是高压直流输电系统发生换相失败的重要原因之一。在高压直流输电系统中，主要是高压直流输电系统在不对称故障下，换相电压的相位偏移会引起实际触发角偏移，当实际触发角大于指令值时，很可能导致换相裕度不足而引发后续换相失败。
因此，交流故障快速检测对高压直流输电系统的稳定运行具有重要意义。如何根据交流故障信息得到实际触发角的偏移量并对触发角进行修正，从而避免后续换相失败，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法、装置及设备，应用于高压直流输电系统上，用于解决现有高压直流输电系统换相失败的技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法，应用于高压直流输电系统上，包括以下步骤：
S10.根据高压直流输电系统交流侧母线的三相电压确定发生故障的故障相；
S20.根据所述故障相确定此时所述高压直流输电系统中各相相电压与相电压正序电压分量之间的相位偏移量，并确定最大的相位偏移量；
S30.根据步骤S20得到故障20ms后的相位偏移量最大值，并将所述相位偏移量最大值进行限幅环节处理得到换相角，将所述高压直流输电系统的锁相环输出的同步相位角与所述换相角相加，得到修正同步相位角；
S40.采用所述修正同步相位角调整或修正所述故障相的触发角。
优选地，在步骤S10中，根据高压直流输电系统交流侧母线的三相电压确定发生故障的故障相的步骤包括：
获取高压直流输电系统交流侧母线当前的三相电压采样值和上一周期的三相电压采样值，根据当前的三相电压采样值和上一周期的三相电压采样值得到三相的电压周期采样点突变量；
若三相中一相的电压周期采样点突变量大于启动阈值且该相的连续三个电压周期采样点突变量满足选相条件，该相为预故障相，同时获取所述预故障相在故障20ms内连续三个的电压周期采样点突变量；
若所述预故障相的三个的电压周期采样点突变量大于预设阈值，则所述预故障相为故障相。
优选地，高压直流输电系统交流侧母线的三相分别记为A相、B相和C相，所述A相的选相条件为：mΔUb＜ΔUa；mΔUc＜ΔUa；所述B相的选相条件为：mΔUa＜ΔUb；mΔUc＜ΔUb；所述C相的选相条件为：mΔUa＜ΔUc；mΔUb＜ΔUc，其中，m为比例系数，ΔUa、ΔUb、ΔUc分别为高压直流输电系统交流侧母线A相、B相和C相的电压周期采样点突变量。
优选地，在步骤S20中，根据所述故障相确定此时所述高压直流输电系统中各相相电压与相电压正序电压分量之间的相位偏移量，并确定最大的相位偏移量的步骤包括：
获取高压直流输电系统交流侧母线中所述故障相的换流母线电压和其余两相的换流母线电压，对所述故障相的换流母线电压进行正、负、零序分量处理，得到正序电压分量、负序电压分量和零序电压分量；
获取高压直流输电系统交流侧母线在YNy0和YNd1接线方式下每相的相电压，以及对所述正序电压分量进行旋转变换得到高压直流输电系统交流侧母线在YNy0和YNd1接线方式下每相的相电压正序电压分量；
根据在同一个接线方式下每相的所述相电压和所述相电压正序电压分量计算，得到在同一个接线方式下每相的相位偏移量，即是六个所述相位偏移量；
对六个所述相位偏移量根据故障相位偏移量不等式条件进行筛选，得到三个预最大的相位偏移量；
根据相电压、相电压正序电压分量与高压直流输电系统交流侧母线的过渡阻抗的关系从所述三个预最大的相位偏移量选出最大的相位偏移量。
优选地，在步骤S30中，根据步骤S20获取故障20ms后的相位偏移量最大值，并将所述相位偏移量最大值进行限幅环节处理得到换相角的步骤包括：
根据所述相位偏移量最大值获取与其对应高压直流输电系统交流侧母线的相位角和相位幅值，以及高压直流输电系统的锁相环输出的同步相位角，计算得到高压直流输电系统交流侧母线输出的正弦相位幅值和余弦相位幅值；
对所述正弦相位幅值的负数与所述余弦相位幅值相除的数值进行反正切函数求解，得到所述换相角。
本发明还提供一种交流故障快速检测的高压直流换相失败控制装置，应用于高压直流输电系统上，包括确定故障相模块、确定最大相位偏移量模块、求解相位角模块和控制模块；
所述确定故障相模块，用于根据高压直流输电系统交流侧母线的三相电压确定发生故障的故障相；
所述确定最大相位偏移量模块，用于根据所述故障相确定此时所述高压直流输电系统中各相相电压与相电压正序电压分量之间的相位偏移量，并确定最大的相位偏移量；
所述求解相位角模块，用于根据所述确定最大相位偏移量模块得到故障20ms后的相位偏移量最大值，并将所述相位偏移量最大值进行限幅环节处理得到换相角，将所述高压直流输电系统的锁相环输出的同步相位角与所述换相角相加，得到修正同步相位角；
所述控制模块，用于采用所述修正同步相位角调整或修正所述故障相的触发角。
优选地，所述确定故障相模块包括数据获取子模块、第一判断子模块和第二判断子模块；
所述数据获取子模块，用于获取高压直流输电系统交流侧母线当前的三相电压采样值和上一周期的三相电压采样值，根据当前的三相电压采样值和上一周期的三相电压采样值得到三相的电压周期采样点突变量；
所述第一判断子模块，用于根据三相中一相的电压周期采样点突变量大于启动阈值且该相的连续三个电压周期采样点突变量满足选相条件，该相为预故障相，同时获取所述预故障相在故障20ms内连续三个的电压周期采样点突变量；
所述第二判断子模块，用于根据所述预故障相的三个的电压周期采样点突变量大于预设阈值，则所述预故障相为故障相。
优选地，所述确定最大相位偏移量模块包括电压数据获取子模块、电压分量获取子模块、相位偏移量计算子模块、第一筛选子模块和第二筛选子模块；
所述电压数据获取子模块，用于获取高压直流输电系统交流侧母线中所述故障相的换流母线电压和其余两相的换流母线电压，对所述故障相的换流母线电压进行正、负、零序分量处理，得到正序电压分量、负序电压分量和零序电压分量；
所述电压分量获取子模块，用于获取高压直流输电系统交流侧母线在YNy0和YNd1接线方式下每相的相电压，以及对所述正序电压分量进行旋转变换得到高压直流输电系统交流侧母线在YNy0和YNd1接线方式下每相的相电压正序电压分量；
所述相位偏移量计算子模块，用于根据在同一个接线方式下每相的所述相电压和所述相电压正序电压分量计算，得到在同一个接线方式下每相的相位偏移量，即是六个所述相位偏移量；
所述第一筛选子模块，用于对六个所述相位偏移量根据故障相位偏移量不等式条件进行筛选，得到三个预最大的相位偏移量；
所述第二筛选子模块，用于根据相电压、相电压正序电压分量与高压直流输电系统交流侧母线的过渡阻抗的关系从所述三个预最大的相位偏移量选出最大的相位偏移量。
优选地，所述求解相位角模块包括相位幅值计算子模块和换相角计算子模块；
所述相位幅值计算子模块，用于根据所述相位偏移量最大值获取与其对应高压直流输电系统交流侧母线的相位角和相位幅值，以及高压直流输电系统的锁相环输出的同步相位角，计算得到高压直流输电系统交流侧母线输出的正弦相位幅值和余弦相位幅值；
所述换相角计算子模块，用于对所述正弦相位幅值的负数与所述余弦相位幅值相除的数值进行反正切函数求解，得到所述换相角。
本发明还提供一种交流故障快速检测的高压直流换相失败控制设备，应用于高压直流输电系统上，包括处理器以及存储器；
所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行上述所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：该交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法、装置及设备通过根据高压直流输电系统交流侧母线的三相电压确定单相故障发生相，即是故障相，然后，根据故障相求出此时相电压与相正序电压之间的最大相位偏移量，将具有最大偏移量的换相角与高压直流输电系统的锁相环输出的同步相位角相加得到修正同步相位角，采用修正同步相位角调整或修正所述故障相的触发角实现修正实际触发角的作用，显然，相比于现有技术，该交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法能够快速判别故障相，有效避免高压直流输电系统在交流故障期间锁相环的输出误差导致换相失败的结果，解决了现有高压直流输电系统换相失败的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法的步骤流程图。
图2为本发明实施例所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法另一的步骤流程图。
图3为本发明实施例所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法的故障选相示意图。
图4为本发明实施例所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法的高压直流输电系统等效图。
图5为本发明实施例所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法不同过渡阻抗下的相位偏移量示意图。
图6为本发明实施例所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法不同过渡阻抗下相位偏移量最大的相电压示意图。
图7为本发明实施例所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法与现有直流输电系统控制方法故障后的电气量示意图。
图8为本发明实施例所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法与现有直流输电系统控制方法故障后的触发角和关断角波形示意图。
图9为本发明实施例所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制装置的框架图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法、装置及设备，应用于高压直流输电系统上，用于解决了现有高压直流输电系统换相失败的技术问题。
实施例一：
图1为本发明实施例所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法的步骤流程图。
如图1所示，本发明实施例提供了一种交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法，应用于高压直流输电系统上，包括以下步骤：
S10.根据高压直流输电系统交流侧母线的三相电压确定发生故障的故障相；
S20.根据故障相确定此时高压直流输电系统中各相相电压与相电压正序电压分量之间的相位偏移量，并确定最大的相位偏移量；
S30.根据步骤S20得到故障20ms后的相位偏移量最大值，并将相位偏移量最大值进行限幅环节处理得到换相角，将高压直流输电系统的锁相环输出的同步相位角与换相角相加，得到修正同步相位角；
S40.采用修正同步相位角调整或修正故障相的触发角。
在本发明实施例中，该交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法主要是先获取高压直流输电系统交流侧母线的三相电压，从三相电压中分析出高压直流输电系统中发生故障的故障相，之后从高压直流输电系统中获取故障相的换流母线电压和其余两相的换流母线电压，并对故障相的换流母线电压进行处理分析得到故障相的正序电压分量，其次优先选用CIGRE HVDC标准测试模型，并在CIGRE HVDC标准测试模型中得到高压直流输电系统交流侧母线在YNy0和YNd1接线方式下每相的相电压以及计算经过正序电压分量的旋转变换后的每相的相电压正序电压分量，从而可得YNy0接线方式下的AC两相的相位偏移量ΔφacY、CA两相的相位偏移量ΔφcaY、CB两相的相位偏移量ΔφcbY以及YNd1接线方式下的AC两相的相位偏移量ΔφacD、BA两相的相位偏移量ΔφbaD、CB两相的相位偏移量ΔφcbD，从这六个相位偏移量中选出最大的相位偏移量，即是相位偏移量最大值；对得到的相位偏移量最大进行限幅环节的处理，得到换相角，将高压直流输电系统的锁相环输出的同步相位角与换相角相加，得到修正同步相位角，采用修正同步相位角调整或修正故障相的触发角，达到交流故障快速检测的高压直流换相失败的效果。
需要说明的是，高压直流输电系统交流侧母线的三相分别记为A相、B相和C相，在本实施例中，以A相作为故障相进行举例说明。
本发明提供的一种交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法通过根据高压直流输电系统交流侧母线的三相电压确定单相故障发生相，即是故障相，然后，根据故障相求出此时相电压与相正序电压之间的最大相位偏移量，将具有最大偏移量的换相角与高压直流输电系统的锁相环输出的同步相位角相加得到修正同步相位角，采用修正同步相位角调整或修正所述故障相的触发角实现修正实际触发角的作用，显然，相比于现有技术，该交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法能够快速判别故障相，有效避免高压直流输电系统在交流故障期间锁相环的输出误差导致换相失败的结果，解决了现有高压直流输电系统换相失败的技术问题。
图2为本发明实施例所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法另一的步骤流程图，图3为本发明实施例所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法的故障选相示意图。
如图2和图3所示，在本发明的一个实施例中，在步骤S10中，根据高压直流输电系统交流侧母线的三相电压确定发生故障的故障相的步骤包括：
获取高压直流输电系统交流侧母线当前的三相电压采样值和上一周期的三相电压采样值，根据当前的三相电压采样值和上一周期的三相电压采样值得到三相的电压周期采样点突变量；
若三相中一相的电压周期采样点突变量大于启动阈值且该相的连续三个电压周期采样点突变量满足选相条件，该相为预故障相，同时获取预故障相在故障20ms内连续三个的电压周期采样点突变量；
若预故障相的三个的电压周期采样点突变量大于预设阈值，则预故障相为故障相。
需要说明的是，获取高压直流输电系统交流侧母线当前的三相电压采样值和上一周期的三相电压采样值，将当前的三相电压采样值和上一周期的三相电压采样值作差，得到三相的电压周期采样点突变量ΔU。用公式可以表示为：
ΔU＝|sk-sk-N+1|
其中Sk和Sk-N+1分别为高压直流输电系统交流侧母线第k点当前的三相电压采样值和上一周期的三相电压采样值，N为每周期的采样点数。相应的，判断高压直流输电系统交流侧母线哪相发生故障作为故障相，主要是根据电压周期采样点突变量判定交流系统发生三相故障或单相故障，具体为：判断每相的电压周期采样点突变量是否超过或大于启动阈值K，即是ΔU＞K，若得到三相中的一相电压周期采样点突变量大于启动阈值，继续判断该相连续三个电压周期采样点是否满足选相条件，若满足选相条件则该相为预故障相，确定高压直流输电系统交流侧母线三相中的一相作为预故障相(A相)后，对该相可能是故障相的信号保持20ms，对高压直流输电系统其余两相(B相和C想)进行闭锁处理，并获取在20ms内三个连续的电压周期采样点突变量，对三个连续的电压周期采样点突变量再次判断是否大于预设阈值Kf，若是，则该相判断未故障相。在本实施例中，启动阈值K和预设阈值Kf均为0.01～0.1V。A相的选相条件为：mΔUb＜ΔUa；mΔUc＜ΔUa，B相的选相条件为：mΔUa＜ΔUb；mΔUc＜ΔUb，C相的选相条件为：mΔUa＜ΔUc；mΔUb＜ΔUc。其中，m为比例系数，一般取4～6，ΔUa、ΔUb、ΔUc分别为高压直流输电系统交流侧母线三相的电压周期采样点突变量。
如图2所示，在本发明的一个实施例中，在步骤S20中，根据故障相确定此时高压直流输电系统中各相相电压与相电压正序电压分量之间的相位偏移量，并确定最大的相位偏移量的步骤包括：
获取高压直流输电系统交流侧母线中故障相的换流母线电压和其余两相的换流母线电压，对故障相的换流母线电压进行正、负、零序分量处理，得到正序电压分量、负序电压分量和零序电压分量；
获取高压直流输电系统交流侧母线在YNy0和YNd1接线方式下每相的相电压，以及对正序电压分量进行旋转变换得到高压直流输电系统交流侧母线在YNy0和YNd1接线方式下每相的相电压正序电压分量；
根据在同一个接线方式下每相的相电压和相电压正序电压分量计算，得到在同一个接线方式下每相的相位偏移量，即是六个相位偏移量；
对六个相位偏移量根据故障相位偏移量不等式条件进行筛选，得到三个预最大的相位偏移量；
根据相电压、相电压正序电压分量与高压直流输电系统交流侧母线的过渡阻抗的关系从三个预最大的相位偏移量选出最大的相位偏移量。
图4为本发明实施例所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法的高压直流输电系统等效图，图5为本发明实施例所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法不同过渡阻抗下的相位偏移量示意图，图6为本发明实施例所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法不同过渡阻抗下相位偏移量最大的相电压示意图。
需要说明的是，在步骤S10中检测出某相发生单相故障后，求出此时与故障相的正序电压分量之间相位偏移量最大的相电压，在高压直流输电系统交流侧母线的换流母线处发生单相接地故障时，由于负序电压分量的存在，换流母线的各相电压将不再平衡，各线电压的相位也会发生偏移；如A相接地短路故障时，分析单相接地故障下各相电压与其正序电压分量之间的相位偏移特性。如图4所示，
Figure BDA0003002488570000101
为高压直流输电系统的等值电源，Zs为高压直流输电系统等值阻抗，Zc表示高压直流输电系统交流侧母线中换流母线处并联无功补偿装置的等值阻抗，Zf为短路点处的过渡阻抗。由对称分量法可以得到换流母线处的A、B、C三相电压
Figure BDA0003002488570000102
为：
Figure BDA0003002488570000103
Figure BDA0003002488570000104
Figure BDA0003002488570000105
式中，Z1、Z2、Z0分别为高压直流输电系统的正序阻抗、负序阻抗、零序阻抗，既可以得到故障相的换流母线电压的正序电压分量
Figure BDA0003002488570000106
负序电压分量
Figure BDA0003002488570000107
和零序电压分量
Figure BDA0003002488570000108
即是：
Figure BDA0003002488570000109
式中，
Figure BDA00030024885700001010
换流母线A相电压的正序戴维南等值电势。而在本实施例中，采用CIGRE HVDC标准测试模型对高压直流输电系统交流侧母线在不同接线方式下相电压进行计算，在CIGRE HVDC标准测试模型中高压直流输电系统交流侧母线中换流器接线方式包括YNy0接线方式和YNd1接线方式，则在CIGRE HVDC标准测试模型中计算YNy0接线方式和YNd1接线方式下的A、B、C三相的相电压，分别为：
Figure BDA0003002488570000111
Figure BDA0003002488570000112
对上面六个相电压采用正序电压分量进行旋转变换得到在YNy0和YNd1接线方式下对应的相电压正序电压分量，即是：
Figure BDA0003002488570000113
Figure BDA0003002488570000114
根据六个相电压和六个相电压正序电压分量，求解对应的相位偏移量，即是：
Figure BDA0003002488570000121
Figure BDA0003002488570000122
即得到六个相位偏移量，这六个相位偏移量表示A相的单相故障下换相电压相位偏移导致的锁相环输出触发角指令与实际触发角之间的偏移量。由于高压直流输电系统存在正、负、零序阻抗呈感性性质，且故障接地阻抗多为阻感性质，因此令Z0+3Zf＝a+jb，2Z1＝jc，其中a、b、c均大于0，j代表为虚数。可以得到A相故障时六个相位偏移量满足的不等式条件，不等式条件为：
Figure BDA0003002488570000123
因此由不等式条件可以筛选出ΔφacY、ΔφbaD、ΔφacD不是最大的相位偏移量，只需要从ΔφbaY、ΔφcbY、ΔφcbD这三个位偏移量筛选出最大的相位偏移量。而在CIGRE HVDC标准测试模型中，Z1＝Z2＝9.6658+j26.0615，Z0＝1.3380+j10.2550。令过渡阻抗Zf＝Rf+jXf，可以得到ΔφbaY、ΔφcbY、ΔφcbD这三个的相位偏移量与过渡阻抗Zf的关系，如图5所示可以得到，相位偏移量随着过渡阻抗Zf的变化，ΔφbaY、ΔφcbY、ΔφcbD均有可能成为最大换相电压相位偏移量。其中在单相故障程度最严重(金属性接地)时，ΔφbaY达到所有换相电压中的最大相位突变量44.24°，如图6所示可知各接地阻抗下取得相位偏移量最大值的相电压，由此在故障最严重时，UbaY对应的相位偏移量最大，同时UcbD对应的相位偏移量取得最大值的情况占多数，注意到ΔφcbY取得最大值时，对应的接地电阻值较大，故障程度较轻，且ΔφcbD、ΔφcbY差值几乎小于1°，因此在考虑A相故障下的最大换相电压相位偏移量时，可以忽略ΔφcbY取得最大值的情况。因此A相故障时ΔφbaY或ΔφcbD的相位偏移量最大，B相故障的ΔφcbY或ΔφacD相位偏移量最大，C相故障的ΔφbaD或ΔφacY相位偏移量最大。
在本发明的一个实施例中，在步骤S30中，根据步骤S20获取故障20ms后的相位偏移量最大值，并将相位偏移量最大值进行限幅环节处理得到换相角的步骤包括：
根据相位偏移量最大值获取与其对应高压直流输电系统交流侧母线的相位角和相位幅值，以及高压直流输电系统的锁相环输出的同步相位角，计算得到高压直流输电系统交流侧母线输出的正弦相位幅值和余弦相位幅值；
对正弦相位幅值的负数与余弦相位幅值相除的数值进行反正切函数求解，得到换相角。
需要说明的是，以故障相为A相最大的相位偏移量ΔφcbD，其对应的相位角
Figure BDA0003002488570000131
和相位幅值Um，高压直流输电系统的锁相环输出的同步相位角
Figure BDA0003002488570000132
根据以下公式计算得到正弦相位幅值x和余弦相位幅值y，即是
Figure BDA0003002488570000133
将得到的x和y采用反正切函数求解换相角Δφ，反正切函数为：Δφ＝arctan(-x/y)。
图7为本发明实施例所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法与现有直流输电系统控制方法故障后的电气量示意图，图8为本发明实施例所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法与现有直流输电系统控制方法故障后的触发角和关断角波形示意图。
在本发明实施例中，修正同步相位角
Figure BDA0003002488570000134
为
Figure BDA0003002488570000135
如图7和图8所示，采用修正同步相位角调整或修正故障相的触发角抑制了高压直流输电系统换相失败。
实施例二：
图9为本发明实施例所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制装置的框架图。
如图9所示，本发明实施例还提供一种交流故障快速检测的高压直流换相失败控制装置，应用于高压直流输电系统上，包括确定故障相模块10、确定最大相位偏移量模块20、求解相位角模块30和控制模块40；
确定故障相模块10，用于根据高压直流输电系统交流侧母线的三相电压确定发生故障的故障相；
确定最大相位偏移量模块20，用于根据故障相确定此时高压直流输电系统中各相相电压与相电压正序电压分量之间的相位偏移量，并确定最大的相位偏移量；
求解相位角模块30，用于根据确定最大相位偏移量模块得到故障20ms后的相位偏移量最大值，并将相位偏移量最大值进行限幅环节处理得到换相角，将高压直流输电系统的锁相环输出的同步相位角与换相角相加，得到修正同步相位角；
控制模块40，用于采用修正同步相位角调整或修正故障相的触发角。
在本发明实施例中，确定故障相模块10包括数据获取子模块、第一判断子模块和第二判断子模块；
数据获取子模块，用于获取高压直流输电系统交流侧母线当前的三相电压采样值和上一周期的三相电压采样值，根据当前的三相电压采样值和上一周期的三相电压采样值得到三相的电压周期采样点突变量；
第一判断子模块，用于根据三相中一相的电压周期采样点突变量大于启动阈值且该相的连续三个电压周期采样点突变量满足选相条件，该相为预故障相，同时获取预故障相在故障20ms内连续三个的电压周期采样点突变量；
第二判断子模块，用于根据预故障相的三个的电压周期采样点突变量大于预设阈值，则预故障相为故障相。
在本发明的实施例中，确定最大相位偏移量模块20包括电压数据获取子模块、电压分量获取子模块、相位偏移量计算子模块、第一筛选子模块和第二筛选子模块；
电压数据获取子模块，用于获取高压直流输电系统交流侧母线中故障相的换流母线电压和其余两相的换流母线电压，对故障相的换流母线电压进行正、负、零序分量处理，得到正序电压分量、负序电压分量和零序电压分量；
电压分量获取子模块，用于获取高压直流输电系统交流侧母线在YNy0和YNd1接线方式下每相的相电压，以及对正序电压分量进行旋转变换得到高压直流输电系统交流侧母线在YNy0和YNd1接线方式下每相的相电压正序电压分量；
相位偏移量计算子模块，用于根据在同一个接线方式下每相的相电压和相电压正序电压分量计算，得到在同一个接线方式下每相的相位偏移量，即是六个相位偏移量；
第一筛选子模块，用于对六个相位偏移量根据故障相位偏移量不等式条件进行筛选，得到三个预最大的相位偏移量；
第二筛选子模块，用于根据相电压、相电压正序电压分量与高压直流输电系统交流侧母线的过渡阻抗的关系从三个预最大的相位偏移量选出最大的相位偏移量。
在本发明的实施例中，求解相位角模块30包括相位幅值计算子模块和换相角计算子模块；
相位幅值计算子模块，用于根据相位偏移量最大值获取与其对应高压直流输电系统交流侧母线的相位角和相位幅值，以及高压直流输电系统的锁相环输出的同步相位角，计算得到高压直流输电系统交流侧母线输出的正弦相位幅值和余弦相位幅值；
换相角计算子模块，用于对正弦相位幅值的负数与余弦相位幅值相除的数值进行反正切函数求解，得到换相角。
需要说明的是，实施例二装置中的模块对应于实施例一方法中的步骤，实施例一方法中的步骤已在实施例一中详细阐述了，在此实施例二中不再对装置中的模块内容进行详细阐述。
实施例三：
本发明实施例提供了一种交流故障快速检测的高压直流换相失败控制设备，应用于高压直流输电系统上，包括处理器以及存储器；
存储器，用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；
处理器，用于根据程序代码中的指令执行上述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法。
需要说明的是，处理器用于根据所程序代码中的指令执行上述的一种交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法实施例中的步骤。或者，处理器执行计算机程序时实现上述各系统/装置实施例中各模块/单元的功能。
示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器中，并由处理器执行，以完成本申请。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在终端设备中的执行过程。
终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
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)、现成可编程门阵列(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。
存储器可以是终端设备的内部存储单元，例如终端设备的硬盘或内存。存储器也可以是终端设备的外部存储设备，例如终端设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器还可以既包括终端设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储计算机程序以及终端设备所需的其他程序和数据。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
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单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的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，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法，应用于高压直流输电系统上，其特征在于，包括以下步骤：
S10.根据高压直流输电系统交流侧母线的三相电压确定发生故障的故障相；
S20.根据所述故障相确定此时所述高压直流输电系统中各相相电压与相电压正序电压分量之间的相位偏移量，并确定最大的相位偏移量；
S30.根据步骤S20得到故障20ms后的相位偏移量最大值，并将所述相位偏移量最大值进行限幅环节处理得到换相角，将所述高压直流输电系统的锁相环输出的同步相位角与所述换相角相加，得到修正同步相位角；
S40.采用所述修正同步相位角调整或修正所述故障相的触发角；
在步骤S20中，根据所述故障相确定此时所述高压直流输电系统中各相相电压与相电压正序电压分量之间的相位偏移量，并确定最大的相位偏移量的步骤包括：
获取高压直流输电系统交流侧母线中所述故障相的换流母线电压和其余两相的换流母线电压，对所述故障相的换流母线电压进行正、负、零序分量处理，得到正序电压分量、负序电压分量和零序电压分量；
获取高压直流输电系统交流侧母线在YNy0和YNd1接线方式下每相的相电压，以及对所述正序电压分量进行旋转变换得到高压直流输电系统交流侧母线在YNy0和YNd1接线方式下每相的相电压正序电压分量；
根据在同一个接线方式下每相的所述相电压和所述相电压正序电压分量计算，得到在同一个接线方式下每相的相位偏移量，即是六个所述相位偏移量；
对六个所述相位偏移量根据故障相位偏移量不等式条件进行筛选，得到三个预最大的相位偏移量；
根据相电压、相电压正序电压分量与高压直流输电系统交流侧母线的过渡阻抗的关系从所述三个预最大的相位偏移量选出最大的相位偏移量；
三相分别记为A相、B相和C相，若三相的故障相为A相，则故障相位偏移量不等式条件为：
Figure FDA0003618440330000021
式中，ΔφacY为YNy0接线方式下AC两相的相位偏移量，ΔφcbY为YNy0接线方式下CB两相的相位偏移量，ΔφbaY为YNy0接线方式下BA两相的相位偏移量，ΔφbaD为YNd1接线方式下BA两相的相位偏移量，ΔφacD为YNd1接线方式下AC两相的相位偏移量，ΔφcbD为YNd1接线方式下CB两相的相位偏移量。
2.根据权利要求1所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法，其特征在于，在步骤S10中，根据高压直流输电系统交流侧母线的三相电压确定发生故障的故障相的步骤包括：
获取高压直流输电系统交流侧母线当前的三相电压采样值和上一周期的三相电压采样值，根据当前的三相电压采样值和上一周期的三相电压采样值得到三相的电压周期采样点突变量；
若三相中一相的电压周期采样点突变量大于启动阈值且该相的连续三个电压周期采样点突变量满足选相条件，该相为预故障相，同时获取所述预故障相在故障20ms内连续三个的电压周期采样点突变量；
若所述预故障相的三个的电压周期采样点突变量大于预设阈值，则所述预故障相为故障相。
3.根据权利要求2所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法，其特征在于，高压直流输电系统交流侧母线的三相分别记为A相、B相和C相，所述A相的选相条件为：mΔUb＜ΔUa；mΔUc＜ΔUa；所述B相的选相条件为：mΔUa＜ΔUb；mΔUc＜ΔUb；所述C相的选相条件为：mΔUa＜ΔUc；mΔUb＜ΔUc，其中，m为比例系数，ΔUa、ΔUb、ΔUc分别为高压直流输电系统交流侧母线A相、B相和C相的电压周期采样点突变量。
4.根据权利要求1所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法，其特征在于，在步骤S30中，根据步骤S20获取故障20ms后的相位偏移量最大值，并将所述相位偏移量最大值进行限幅环节处理得到换相角的步骤包括：
根据所述相位偏移量最大值获取与其对应高压直流输电系统交流侧母线的相位角和相位幅值，以及高压直流输电系统的锁相环输出的同步相位角，计算得到高压直流输电系统交流侧母线输出的正弦相位幅值和余弦相位幅值；
对所述正弦相位幅值的负数与所述余弦相位幅值相除的数值进行反正切函数求解，得到所述换相角。
5.一种交流故障快速检测的高压直流换相失败控制装置，应用于高压直流输电系统上，其特征在于，包括确定故障相模块、确定最大相位偏移量模块、求解相位角模块和控制模块；
所述确定故障相模块，用于根据高压直流输电系统交流侧母线的三相电压确定发生故障的故障相；
所述确定最大相位偏移量模块，用于根据所述故障相确定此时所述高压直流输电系统中各相相电压与相电压正序电压分量之间的相位偏移量，并确定最大的相位偏移量；
所述求解相位角模块，用于根据所述确定最大相位偏移量模块得到故障20ms后的相位偏移量最大值，并将所述相位偏移量最大值进行限幅环节处理得到换相角，将所述高压直流输电系统的锁相环输出的同步相位角与所述换相角相加，得到修正同步相位角；
所述控制模块，用于采用所述修正同步相位角调整或修正所述故障相的触发角；
所述确定最大相位偏移量模块包括电压数据获取子模块、电压分量获取子模块、相位偏移量计算子模块、第一筛选子模块和第二筛选子模块；
所述电压数据获取子模块，用于获取高压直流输电系统交流侧母线中所述故障相的换流母线电压和其余两相的换流母线电压，对所述故障相的换流母线电压进行正、负、零序分量处理，得到正序电压分量、负序电压分量和零序电压分量；
所述电压分量获取子模块，用于获取高压直流输电系统交流侧母线在YNy0和YNd1接线方式下每相的相电压，以及对所述正序电压分量进行旋转变换得到高压直流输电系统交流侧母线在YNy0和YNd1接线方式下每相的相电压正序电压分量；
所述相位偏移量计算子模块，用于根据在同一个接线方式下每相的所述相电压和所述相电压正序电压分量计算，得到在同一个接线方式下每相的相位偏移量，即是六个所述相位偏移量；
所述第一筛选子模块，用于对六个所述相位偏移量根据故障相位偏移量不等式条件进行筛选，得到三个预最大的相位偏移量；
所述第二筛选子模块，用于根据相电压、相电压正序电压分量与高压直流输电系统交流侧母线的过渡阻抗的关系从所述三个预最大的相位偏移量选出最大的相位偏移量；
三相分别记为A相、B相和C相，若三相的故障相为A相，则故障相位偏移量不等式条件为：
Figure FDA0003618440330000041
式中，ΔφacY为YNy0接线方式下AC两相的相位偏移量，ΔφcbY为YNy0接线方式下CB两相的相位偏移量，ΔφbaY为YNy0接线方式下BA两相的相位偏移量，ΔφbaD为YNd1接线方式下BA两相的相位偏移量，ΔφacD为YNd1接线方式下AC两相的相位偏移量，ΔφcbD为YNd1接线方式下CB两相的相位偏移量。
6.根据权利要求5所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制装置，其特征在于，所述确定故障相模块包括数据获取子模块、第一判断子模块和第二判断子模块；
所述数据获取子模块，用于获取高压直流输电系统交流侧母线当前的三相电压采样值和上一周期的三相电压采样值，根据当前的三相电压采样值和上一周期的三相电压采样值得到三相的电压周期采样点突变量；
所述第一判断子模块，用于根据三相中一相的电压周期采样点突变量大于启动阈值且该相的连续三个电压周期采样点突变量满足选相条件，该相为预故障相，同时获取所述预故障相在故障20ms内连续三个的电压周期采样点突变量；
所述第二判断子模块，用于根据所述预故障相的三个的电压周期采样点突变量大于预设阈值，则所述预故障相为故障相。
7.根据权利要求5所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制装置，其特征在于，所述求解相位角模块包括相位幅值计算子模块和换相角计算子模块；
所述相位幅值计算子模块，用于根据所述相位偏移量最大值获取与其对应高压直流输电系统交流侧母线的相位角和相位幅值，以及高压直流输电系统的锁相环输出的同步相位角，计算得到高压直流输电系统交流侧母线输出的正弦相位幅值和余弦相位幅值；
所述换相角计算子模块，用于对所述正弦相位幅值的负数与所述余弦相位幅值相除的数值进行反正切函数求解，得到所述换相角。
8.一种交流故障快速检测的高压直流换相失败控制设备，应用于高压直流输电系统上，其特征在于，包括处理器以及存储器；
所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行如权利要求1-4任意一项所述的交流故障快速检测的高压直流换相失败控制方法。
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