CN113162105A - 基于触发角自适应调节的换相失败控制、仿真方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的基于触发角自适应调节的换相失败控制、仿真方法及装置，通过幅度额定值来判断交流侧三相电压中是否有故障相电压，若有的话，则表示逆变站交流侧发生故障，此时，可根据故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，来确定故障相电压与相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量和换相角变化量，进而确定逆变侧触发角提前量，根据逆变侧触发角提前量来补偿触发角指令值，从而，保证晶闸管能够在反向电压结束前具备阻断能力，以此减小首次以及后续换相失败的发生概率。

Description

基于触发角自适应调节的换相失败控制、仿真方法及装置

技术领域

本发明涉及高压直流输电技术领域，尤其涉及一种基于触发角自适应调节的换相失败控制、仿真方法及装置。

背景技术

基于晶闸管的电网换相换流器型高压直流系统(LCC-HVDC)是目前高压直流输电工程中最常见的系统，在电网建设、电能传输中起到不可或缺的作用。由于晶闸管不具备自关断功能，当逆变站交流侧发生故障导致换相电压不满足要求时，可能引起换相失败。因而在实际工程中经常通过附加辅助设备、基于直流控制系统的策略、改造换流器拓扑等方式尽可能避免换相失败。

目前器件层面的应用已较为成熟，例如增加无功补偿装置、采用电压源换流器、使用直流限流器等，可以提升换流母线电压的支撑能力。不过这会增加设备投入成本，在功率输送和可靠性等多方面还有提升空间。从控制层面出发，传统的换相失败控制策略的研究重点主要放在对直流电流、直流功率、换相电压等单一物理量进行控制。另外在控制触发角的层面，目前比较典型的是直流工程中的预测型技术路线，该路线能够采集交流三相电压，与阈值实时比对预测可能发生的换相失败，一旦预测到有发生换相失败的可能，则会通过调节逆变侧触发角指令值实现提前触发，有助于抑制换相失败的发生。

触发角指令值的调节大小是否合理决定了直流系统抑制换相失败能力。但是，由于现有的触发角调节量是根据PI调节给出的数值，在故障初期的反应速度较慢，导致换相失败的概率较高。

发明内容

本发明的目的旨在至少能解决上述的技术缺陷之一，特别是现有技术中触发角调节量是根据PI调节给出的数值，在故障初期的反应速度较慢，导致换相失败的概率较高的技术缺陷。

本发明提供了一种基于触发角自适应调节的换相失败控制方法，所述方法包括：

确定交流侧三相电压中是否有幅值低于幅度额定值的故障相电压；

若有，则获取所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量；

基于所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定所述故障相电压与相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量和换相角变化量；

对所述换相电压过零点偏移量和所述换相角变化量进行求和，得到逆变侧触发角提前量；

将所述触发角提前量补偿至触发角指令值上，所述触发角指令值用于抑制换相失败。

可选地，所述获取所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量的步骤，包括：

根据所述故障相电压的幅值、相位，以及所述幅度额定值、相位额定值，计算所述故障相电压的幅值跌落程度和电压相位偏移量。

可选地，所述基于所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定所述故障相电压与相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量的步骤，包括：

获取换流母线相电压幅值，以及所述故障相电压与相邻相电压相交时，所述相邻相电压的电压值；

基于所述换流母线相电压幅值、所述故障相电压的幅值跌落程度、所述电压相位偏移量，以及所述相邻相电压的电压值，确定所述故障相电压与所述相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量。

可选地，所述基于所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定所述故障相电压与相邻相电压之间的换相角变化量的步骤，包括：

基于所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定所述故障相电压与相邻相电压之间的换相角；

获取所述故障相电压在故障前与所述相邻相电压之间的换相角；

根据所述故障相电压与所述相邻相电压之间的换相角，以及所述故障相电压在故障前与所述相邻相电压之间的换相角，确定所述故障相电压与所述相邻相电压之间的换相角变化量。

可选地，所述基于所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定所述故障相电压与相邻相电压之间的换相角的步骤，包括：

基于所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定所述故障相电压与相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量；

基于所述故障相电压与所述相邻相电压，计算故障后的叠弧面积对应时间内的电压降低程度；

利用所述换相电压过零点偏移量和所述电压降低程度计算所述故障相电压与所述相邻相电压之间的换相角。

可选地，所述基于所述故障相电压与所述相邻相电压，计算故障后的叠弧面积对应时间内的电压降低程度的步骤，包括：

基于所述故障相电压与所述相邻相电压，确定换相线电压；

根据所述换相线电压以及换流阀触发时刻的触发角，计算故障后的叠弧面积对应时间内的电压降低程度。

本发明还提供了一种基于触发角自适应调节的换相失败控制仿真方法，用于对上述实施例中基于触发角自适应调节的换相失败控制方法进行验证，所述仿真方法包括：

确定直流输电系统的故障类型及评价指标；

根据所述故障类型搭建所述直流输电系统；

在所述直流输电系统发生故障时，通过所述触发角指令值对所述直流输电系统中的触发角进行控制；

利用所述评价指标对所述触发角指令值的控制过程进行评价，并根据评价结果进行验证。

可选地，所述故障类型包括单相短路故障，所述评价指标包括临界接地电感。

可选地，所述利用所述评价指标对所述触发角指令值的控制过程进行评价，并根据评价结果进行验证的步骤，包括：

根据所述临界接地电感的变化步长，采集所述触发角指令值在控制过程中的实时临界故障电感值；

通过采集到的实时临界故障电感值进行验证。

本发明还提供了一种基于触发角自适应调节的换相失败控制装置，包括：

故障确定模块，用于确定交流侧三相电压中是否有幅值低于幅度额定值的故障相电压；

数据获取模块，用于若有，则获取所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量；

第一计算模块，用于基于所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定所述故障相电压与相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量和换相角变化量；

第二计算模块，用于对所述换相电压过零点偏移量和所述换相角变化量进行求和，得到逆变侧触发角提前量；

换相失败抑制模块，用于将所述触发角提前量补偿至触发角指令值上，所述触发角指令值用于抑制换相失败。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供的基于触发角自适应调节的换相失败控制、仿真方法及装置，通过幅度额定值来判断交流侧三相电压中是否有故障相电压，若有的话，则表示逆变站交流侧发生故障，此时，可根据故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，来确定故障相电压与相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量和换相角变化量，进而确定逆变侧触发角提前量，根据逆变侧触发角提前量来补偿触发角指令值，从而，保证晶闸管能够在反向电压结束前具备阻断能力，以此减小首次以及后续换相失败的发生概率。

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为本发明实施例提供的一种基于触发角自适应调节的换相失败控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的六脉动换流器的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的故障前后三相电压的波形示意图；

图4为本发明实施例提供的故障后的三相电压向量示意图；

图5为本发明实施例提供的一种基于触发角自适应调节的换相失败控制仿真方法的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的控制逻辑框图；

图7为本发明实施例提供的交流侧发生单相故障后两种控制策略下的关断角波形对比图；

图8为本发明实施例提供的交流侧发生单相故障后两种控制策略下的触发角指令值波形对比图；

图9为本发明实施例提供的交流侧发生三相故障后两种控制策略下的关断角波形对比图；

图10为本发明实施例提供的交流侧发生三相故障后两种控制策略下的触发角指令值波形对比图；

图11为本发明实施例提供的在不同故障严重程度下两种控制策略对后续换相失败的抑制效果统计图；

图12为本发明实施例提供的一种基于触发角自适应调节的换相失败控制装置的结构示意图。

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做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。

基于晶闸管的电网换相换流器型高压直流系统(LCC-HVDC)是目前高压直流输电工程中最常见的系统，在电网建设、电能传输中起到不可或缺的作用。由于晶闸管不具备自关断功能，当逆变站交流侧发生故障导致换相电压不满足要求时，可能引起换相失败。因而在实际工程中经常通过附加辅助设备、基于直流控制系统的策略、改造换流器拓扑等方式尽可能避免换相失败。

目前器件层面的应用已较为成熟，例如增加无功补偿装置、采用电压源换流器、使用直流限流器等，可以提升换流母线电压的支撑能力。不过这会增加设备投入成本，在功率输送和可靠性等多方面还有提升空间。从控制层面出发，传统的换相失败控制策略的研究重点主要放在对直流电流、直流功率、换相电压等单一物理量进行控制。另外在控制触发角的层面，目前比较典型的是直流工程中的预测型技术路线，该路线能够采集交流三相电压，与阈值实时比对预测可能发生的换相失败，一旦预测到有发生换相失败的可能，则会通过调节逆变侧触发角指令值实现提前触发，有助于抑制换相失败的发生。

触发角指令值的调节大小是否合理决定了直流系统抑制换相失败能力。但是，由于现有的触发角调节量是根据PI调节给出的数值，在故障初期的反应速度较慢，导致换相失败的概率较高。

因此，本发明的目的是解决现有技术中触发角调节量是根据PI调节给出的数值，在故障初期的反应速度较慢，导致换相失败的概率较高的技术问题，并提出如下技术方案：

在一个实施例中，如图1所示，图1为本发明实施例提供的一种基于触发角自适应调节的换相失败控制方法的流程示意图；本发明提供了一种基于触发角自适应调节的换相失败控制方法，具体包括如下步骤：

S110：确定交流侧三相电压中是否有幅值低于幅度额定值的故障相电压。

本步骤中，在确定逆变站交流侧是否发生故障时，可使用交流侧三相电压进行判断。具体地，在使用交流侧三相电压进行判断时，可将交流侧三相电压中的各相电压对应的电压幅值与幅度额定值之间进行比对，确定是否有幅值低于幅度额定值的相电压，若有的话，则将该相电压作为故障相电压。

可以理解的是，这里的幅度额定值指的是预先设定的与各相电压对应的电压设定值。

S120：若有，则获取故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量。

本步骤中，通过步骤S110确定故障相电压后，可以获取该故障相电压的幅值跌落程度以及电压相位偏移量，以此来进行后续的计算。

示意性地，如图2、3所示，图2为本发明实施例提供的六脉动换流器的结构示意图，图3为本发明实施例提供的故障前后三相电压的波形示意图；本申请对图2中交流侧的三相电压e_a、e_b、e_c进行检测，若A相电压e_a出现故障，变为e_a′，则故障前后的三相电压波形如图3所示。其中，Peak(e_a)与Peak(e_a’)分别为故障前后的A相电压的幅值，d％为故障相电压的幅值跌落程度，σ为电压相位偏移量，S_μ为故障后叠弧面积所对应时间内的电压降低程度，γ和γ′分别为故障前后的关断角，μ和μ′分别为故障前后的换相角，

为换相电压过零点偏移量。

进一步地，如图4所示，图4为本发明实施例提供的故障后的三相电压向量示意图；图4中，e_ab与e’_ab为故障前后A相电压与B相电压之间的线电压，σ为A相电压的电压相位偏移量，由图4可知，当A相电压发生故障后，A相电压的电压相位发生偏移，对应的A相电压与B相电压之间的线电压也发生改变。

S130：确定故障相电压与相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量和换相角变化量。

本步骤中，通过步骤S120获取故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量后，可基于故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定故障相电压与相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量和换相角变化量。

可以理解的是，正常工况下，A相与B相交点的相位为0°或者180°，三相电压的交点相位间隔120°，而当交流系统发生不对称故障后，交流电压不再平衡，交流相电压过零点发生相位偏移。如图3所示，交流系统发生不对称故障后，A相电压降低，A相电压与B相电压之间的交点前移，继而构成换相电压过零点偏移量。

而交流系统发生不对称故障时，也会导致A相电压与B相电压之间的换相角发生改变，因此，需要通过故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量来确定故障前后换相角变化量，以此来进行控制操作。

S140：对换相电压过零点偏移量和换相角变化量进行求和，得到逆变侧触发角提前量。

本步骤中，通过步骤S130确定故障相电压与相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量和换相角变化量后，可对换相电压过零点偏移量和换相角变化量进行求和，继而得到逆变侧触发角提前量。

可以理解的是，当交流侧发生A相单相接地故障后，A相电压降低，此时需要尽可能增大换相角以提供足够多的换相面积，而为了保证系统具有足够的换相失败抵御能力，则必须提供足够的换相裕度，使关断面积处于最小关断面积之上。因此，逆变侧控制系统的触发角指令值提前量应该对应关断角变化量的大小，也即是换相电压过零点偏差量与换相角变化量之和。

S150：将所述触发角提前量补偿至触发角指令值上，所述触发角指令值用于抑制换相失败。

本步骤中，通过步骤S140得到逆变侧触发角提前量后，可将该逆变侧触发角提前量补偿至触发角指令值上，以便通过触发角指令值来抑制换相失败。

上述实施例中，通过幅度额定值来判断交流侧三相电压中是否有故障相电压，若有的话，则表示逆变站交流侧发生故障，此时，可根据故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，来确定故障相电压与相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量和换相角变化量，进而确定逆变侧触发角提前量，根据逆变侧触发角提前量来补偿触发角指令值，从而，保证晶闸管能够在反向电压结束前具备阻断能力，以此减小首次以及后续换相失败的发生概率。

上述实施例对本申请中基于触发角自适应调节的换相失败控制方法进行展开描述，下面将对如何获取故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量进行详细描述。

在一个实施例中，步骤S120中获取所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量的步骤，可以包括：

根据所述故障相电压的幅值、相位，以及所述幅度额定值、相位额定值，计算所述故障相电压的幅值跌落程度和电压相位偏移量。

本实施例中，在确定故障相电压的幅值跌落程度和电压相位偏移量时，可获取故障相电压的幅值与幅度额定值之间的差值，以及故障相电压的相位与相位额定值之间的差值，以此来确定故障相电压的幅值跌落程度和电压相位偏移量。

如图3所示，当获取到故障后的A相电压的幅值、相位后，将其与幅度额定值、相位额定值进行作差，从而得到故障后的A相电压对应的幅值跌落程度和电压相位偏移量。

上述实施例对如何获取故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量进行详细描述，下面将对如何确定故障相电压与相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量进行说明。

在一个实施例中，步骤S130中基于所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定所述故障相电压与相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量的步骤，可以包括：

S131：获取换流母线相电压幅值，以及所述故障相电压与相邻相电压相交时，所述相邻相电压的电压值。

S132：基于所述换流母线相电压幅值、所述故障相电压的幅值跌落程度、所述电压相位偏移量，以及所述相邻相电压的电压值，确定所述故障相电压与所述相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量。

本实施例中，在计算故障相电压与所述相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量时，可以假设触发角、直流电流以及交流系统的未故障相的电压不变，则故障后的A相电压可表示为：

e′_a＝E_m(1-d％)cos(ωt+60°+σ) (1)

式中，e′_a为故障后的A相电压，E_m为换流母线相电压幅值，d％为故障相电压的幅值跌落程度，ω为基波角频率，t为时间，σ为电压相位偏移量。

故障后A、B相电压之间的交点的表达式可由下式推导：

e′_a＝e_b (2)

式中，e_b为故障前的B相电压。

代入具体表达式可得：

E_m(1-d％)cos(ωt+60°+σ)＝E_mcos(ωt-60°) (3)

化简之后可以求得：

因此，换相电压过零点偏移量为：

上述实施例对如何确定故障相电压与相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量进行说明，下面将对如何确定故障相电压与相邻相电压之间的换相角变化量进行说明。

在一个实施例中，步骤S130中基于所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定所述故障相电压与相邻相电压之间的换相角变化量的步骤，可以包括：

S133：基于所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定所述故障相电压与相邻相电压之间的换相角。

S134：获取所述故障相电压在故障前与所述相邻相电压之间的换相角。

S135：根据所述故障相电压与所述相邻相电压之间的换相角，以及所述故障相电压在故障前与所述相邻相电压之间的换相角，确定所述故障相电压与所述相邻相电压之间的换相角变化量。

本实施例中，在计算故障相电压与相邻相电压之间的换相角变化量时，可先计算故障相电压与相邻相电压之间的换相角，然后根据故障相电压在故障前与相邻相电压之间的换相角，以及故障相电压与相邻相电压之间的换相角，来确定故障相电压与相邻相电压之间的换相角变化量。

上述实施例对如何确定故障相电压与相邻相电压之间的换相角变化量进行说明，下面将进一步对如何确定故障相电压与相邻相电压之间的换相角进行详细说明。

在一个实施例中，步骤S133中基于所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定所述故障相电压与相邻相电压之间的换相角的步骤，可以包括：

S331：基于所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定所述故障相电压与相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量。

S332：基于所述故障相电压与所述相邻相电压，计算故障后的叠弧面积对应时间内的电压降低程度。

S333：利用所述换相电压过零点偏移量和所述电压降低程度计算所述故障相电压与所述相邻相电压之间的换相角。

本实施例中，在计算故障相电压与相邻相电压之间的换相角时，假设直流电流不变的情况下，换相电抗引起的电压降低可以认为保持不变。因此，可以假设在A相电压降低的情况下，换相电抗对应的电压降落程度应该保持不变。

此时，换相过程中由换相电抗对应的电压降低程度有：

式中，ω为基波角频率；L_C为换相电抗。

联立式(4)与式(6)，可得故障后换相角的表达式为：

式中，K为电压变化系数。

因此，故障前后的换相角变化量Δμ为：

上述实施例对如何确定故障相电压与相邻相电压之间的换相角进行详细说明，下面将对如何计算故障后的叠弧面积对应时间内的电压降低程度进行详细说明。

在一个实施例中，步骤S332中基于所述故障相电压与所述相邻相电压，计算故障后的叠弧面积对应时间内的电压降低程度的步骤，可以包括：

A11：基于所述故障相电压与所述相邻相电压，确定换相线电压。

A12：根据所述换相线电压以及换流阀触发时刻的触发角，计算故障后的叠弧面积对应时间内的电压降低程度。

本实施例中，换相过程中由换相电抗对应的电压降低程度有：

而故障前后换相角变化量的计算主要通过换相电压之间的关系来获得，因此，故障后A相电压与B相电压之间的换相线电压U_a′b可以表示为：

式中，K为电压变化系数，表示电压幅值变化的比例；K₁、K₂无实际意义，其中

的大小可以通过式(5)获得。

根据基尔霍夫电压定律，故障后叠弧面积对应时间内的电压降低程度S_μ为：

进一步地，故障前的各角度关系有：

α+μ+γ＝π (11)

式中，α为故障前的触发角，μ为故障前的换相角，γ为故障前的关断角。

而故障后的各角度关系有：

式中，μ′为故障后的换相角；γ′为故障后的关断角。故障发生之后短时间内直流控制系统暂时无法即时做出调整，因此，可以认为故障前后的触发角不发生改变。

令式(11)与式(10)相减，则故障前后关断角的偏差量为：

式中，γ_ref为关断角参考值，在正常情况下γ＝γ_ref，因此，在上式中以γ_ref代入；

为换相电压过零点偏移量，Δμ为换相角变化量。

在交流侧发生A相单相接地故障后，A相电压降低，换相角尽可能增大以提供足够多的换相面积，此时为了保证系统具有足够的换相失败抵御能力，则必须提供足够的换相裕度，使关断面积处于最小关断面积之上。因此，逆变侧控制系统的触发角指令值提前量应该对应关断角变化量的大小，也等于换相电压过零点偏差量与换相角变化量之和，即有：

因此，故障后触发角指令值的调节量Δα为：

上述实施例主要是对基于触发角自适应调节的换相失败控制方法中的步骤进行描述，下面将对基于触发角自适应调节的换相失败控制仿真方法进行说明。

在一个实施例中，如图5所示，图5为本发明实施例提供的一种基于触发角自适应调节的换相失败控制仿真方法的流程示意图；本发明还提供了一种基于触发角自适应调节的换相失败控制仿真方法，用于对上述实施例中基于触发角自适应调节的换相失败控制方法进行验证，所述仿真方法包括：

S210：确定直流输电系统的故障类型及评价指标。

S220：根据故障类型搭建直流输电系统。

S230：在直流输电系统发生故障时，通过触发角指令值对直流输电系统中的触发角进行控制。

S240：利用评价指标对触发角指令值的控制过程进行评价，并根据评价结果进行验证。

本实施例中，可以应用PSCAD/EMTDC仿真软件，并使用CIGRE BENCHMARK标准测试模型作为基本研究对象，来验证本发明提出的基于触发角自适应调节的换相失败控制方法。

具体地，在进行验证之前，可以先确定直流输电系统的故障类型及评价指标，然后依据不同的故障类型来搭建直流输电系统，并在直流输电系统发生故障时，通过触发角指令值对直流输电系统中的触发角进行控制，其中，评价指标用来对触发角指令值的控制过程进行评价，并根据评价结果进行验证。

示意性地，如图6所示，图6为本发明实施例提供的控制逻辑框图；直流输电系统逆变侧原始控制电路图如图6上方所示，而直流系统的附加控制电路图则如图6下方所示，本发明通过附加控制获取逆变侧触发角提前量，以此来对逆变侧原始控制电路图中的触发角指令值进行补偿，从而抑制换相失败。

在一个实施例中，所述故障类型可以包括单相短路故障，所述评价指标可以包括临界接地电感。

本实施例中，可以设置逆变侧换流母线发生经过不同接地电感的单相短路故障，并以临界接地电感作为衡量换相失败控制策略效果好坏的指标。当接地电感小于临界接地电感时，系统在这种故障条件下才会发生首次换相失败，临界接地电感越小，说明换相失败控制策略效果越好。

在一个实施例中，步骤S240中利用所述评价指标对所述触发角指令值的控制过程进行评价，并根据评价结果进行验证的步骤，可以包括：

S241：根据所述临界接地电感的变化步长，采集所述触发角指令值在控制过程中的实时临界故障电感值。

S242：通过采集到的实时临界故障电感值进行验证。

本实施例中，使用临界接地电感作为衡量换相失败控制策略效果好坏的指标时，可以设置仿真中接地电感以0.01H为变化步长，故障持续时间均为0.1s，故障发生时刻可以从2s变化至2.01s，时间变化步长可以定为0.001s。测试结果如表1所示：

表1单相故障时设定不同故障时刻时的临界故障电感值

表1中，L₁为原始控制在该时刻的临界故障电感值，L₂为本发明所提控制在该时刻的临界故障电感值。由表1可知，本申请使用的控制方法得到的各个时刻的临界故障电感值，均小于原始控制在该时刻的临界故障电感值。

示意性地，如图7、8所示，图7为本发明实施例提供的交流侧发生单相故障后两种控制策略下的关断角波形对比图，图8为本发明实施例提供的交流侧发生单相故障后两种控制策略下的触发角指令值波形对比图；本申请设置逆变侧交流系统在2.000s时刻经接地电感L_f＝0.62H发生单相接地故障，故障持续时间为0.1s，具体对比原始控制与所提控制的关断角与触发角指令值。

由图7可得，在故障发生之后，原始控制的关断角下降至0，表明换相失败已经发生，而所提的控制能够避免关断角下降至0。通过表1、图7与图8的对比可以得出所提的控制策略对比原始控制策略能有效减小故障后首次换相失败发生的概率。相较于原始控制，本发明所提的控制策略能够更准确地计算出故障后触发角所需的调节量，减小了控制器触发角输出的波动，避免了触发角减少量过大所加剧换相失败的风险。

进一步地，如图9、10所示，图9为本发明实施例提供的交流侧发生三相故障后两种控制策略下的关断角波形对比图，图10为本发明实施例提供的交流侧发生三相故障后两种控制策略下的触发角指令值波形对比图；本申请中，设置逆变侧交流系统在2.000s时刻经接地电感L_f＝0.18H发生单相接地故障，故障持续时间为0.2s，具体对比原始控制与所提控制的关断角与触发角指令值。

通过图9、图10可以得出故障情况过于严重，两种控制策略均无法避免首次换相失败，原始控制策略在在换相失败的恢复阶段发生了后续换相失败，本发明所提的控制策略未发生后续换相失败。相较于原始控制，本发明所提的控制策略能够更准确地计算出故障后触发角所需的调节量，减小了控制器触发角输出的波动。

另外，如图11所示，图11为本发明实施例提供的在不同故障严重程度下两种控制策略对后续换相失败的抑制效果统计图；通过图11的对比可以得出原始控制在单相与三相故障情况下均存在发生后续换相失败的现象，本发明所提的控制策略无论是在单相故障还是三相故障下的换相失败抑制效果均不弱于原始控制，并且能将原始控制发生后续换相失败的情况优化成不发生后续换相失败的情况。相较于原始控制策略，采用本发明所提的控制策略能够有效降低严重故障程度下发生连续换相失败的概率，也有效减缓了故障后逆变侧控制方式切换的不确定性对换相失败的进一步影响。

下面对本申请实施例提供的基于触发角自适应调节的换相失败控制装置进行描述，下文描述的基于触发角自适应调节的换相失败控制装置与上文描述的基于触发角自适应调节的换相失败控制方法可相互对应参照。

在一个实施例中，如图12所示，图12为本发明实施例提供的一种基于触发角自适应调节的换相失败控制装置的结构示意图；本发明还提供了一种基于触发角自适应调节的换相失败控制装置，包括故障确定模块210、数据获取模块220、第一计算模块230、第二计算模块240、换相失败抑制模块250，具体包括如下步骤：

故障确定模块210，用于确定交流侧三相电压中是否有幅值低于幅度额定值的故障相电压。

数据获取模块220，用于若有，则获取所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量。

第一计算模块230，用于基于所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定所述故障相电压与相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量和换相角变化量。

第二计算模块240，用于对所述换相电压过零点偏移量和所述换相角变化量进行求和，得到逆变侧触发角提前量。

换相失败抑制模块250，用于将所述触发角提前量补偿至触发角指令值上，所述触发角指令值用于抑制换相失败。

上述实施例中，通过幅度额定值来判断交流侧三相电压中是否有故障相电压，若有的话，则表示逆变站交流侧发生故障，此时，可根据故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，来确定故障相电压与相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量和换相角变化量，进而确定逆变侧触发角提前量，根据逆变侧触发角提前量来补偿触发角指令值，从而，保证晶闸管能够在反向电压结束前具备阻断能力，以此减小首次以及后续换相失败的发生概率。

在一个实施例中，数据获取模块220包括：

数据计算模块，用于根据所述故障相电压的幅值、相位，以及所述幅度额定值、相位额定值，计算所述故障相电压的幅值跌落程度和电压相位偏移量。

在一个实施例中，第一计算模块230包括：

第一获取模块，用于获取换流母线相电压幅值，以及所述故障相电压与相邻相电压相交时，所述相邻相电压的电压值。

第一确定模块，用于基于所述换流母线相电压幅值、所述故障相电压的幅值跌落程度、所述电压相位偏移量，以及所述相邻相电压的电压值，确定所述故障相电压与所述相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量。

在一个实施例中，第一计算模块230还包括：

故障前换相角确定模块，用于基于所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定所述故障相电压与相邻相电压之间的换相角。

故障后换相角确定模块，用于获取所述故障相电压在故障前与所述相邻相电压之间的换相角。

换相角变化量确定模块，用于根据所述故障相电压与所述相邻相电压之间的换相角，以及所述故障相电压在故障前与所述相邻相电压之间的换相角，确定所述故障相电压与所述相邻相电压之间的换相角变化量。

在一个实施例中，故障前换相角确定模块包括：

换相电压过零点偏移量确定模块，用于基于所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定所述故障相电压与相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量。

电压降低程度计算模块，用于基于所述故障相电压与所述相邻相电压，计算故障后的叠弧面积对应时间内的电压降低程度。

换相角计算模块，用于利用所述换相电压过零点偏移量和所述电压降低程度计算所述故障相电压与所述相邻相电压之间的换相角。

在一个实施例中，电压降低程度计算模块包括：

换相线电压确定模块，用于基于所述故障相电压与所述相邻相电压，确定换相线电压。

计算模块，用于根据所述换相线电压以及换流阀触发时刻的触发角，计算故障后的叠弧面积对应时间内的电压降低程度。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间可以根据需要进行组合，且相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于触发角自适应调节的换相失败控制方法，其特征在于，所述方法包括：

确定交流侧三相电压中是否有幅值低于幅度额定值的故障相电压；

若有，则获取所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量；

基于所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定所述故障相电压与相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量和换相角变化量；

对所述换相电压过零点偏移量和所述换相角变化量进行求和，得到逆变侧触发角提前量；

将所述触发角提前量补偿至触发角指令值上，所述触发角指令值用于抑制换相失败。

2.根据权利要求1所述的基于触发角自适应调节的换相失败控制方法，其特征在于，所述获取所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量的步骤，包括：

根据所述故障相电压的幅值、相位，以及所述幅度额定值、相位额定值，计算所述故障相电压的幅值跌落程度和电压相位偏移量。

3.根据权利要求1所述的基于触发角自适应调节的换相失败控制方法，其特征在于，所述基于所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定所述故障相电压与相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量的步骤，包括：

获取换流母线相电压幅值，以及所述故障相电压与相邻相电压相交时，所述相邻相电压的电压值；

基于所述换流母线相电压幅值、所述故障相电压的幅值跌落程度、所述电压相位偏移量，以及所述相邻相电压的电压值，确定所述故障相电压与所述相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量。

4.根据权利要求1所述的基于触发角自适应调节的换相失败控制方法，其特征在于，所述基于所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定所述故障相电压与相邻相电压之间的换相角变化量的步骤，包括：

基于所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定所述故障相电压与相邻相电压之间的换相角；

获取所述故障相电压在故障前与所述相邻相电压之间的换相角；

根据所述故障相电压与所述相邻相电压之间的换相角，以及所述故障相电压在故障前与所述相邻相电压之间的换相角，确定所述故障相电压与所述相邻相电压之间的换相角变化量。

5.根据权利要求4所述的基于触发角自适应调节的换相失败控制方法，其特征在于，所述基于所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定所述故障相电压与相邻相电压之间的换相角的步骤，包括：

基于所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定所述故障相电压与相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量；

基于所述故障相电压与所述相邻相电压，计算故障后的叠弧面积对应时间内的电压降低程度；

利用所述换相电压过零点偏移量和所述电压降低程度计算所述故障相电压与所述相邻相电压之间的换相角。

6.根据权利要求5所述的基于触发角自适应调节的换相失败控制方法，其特征在于，所述基于所述故障相电压与所述相邻相电压，计算故障后的叠弧面积对应时间内的电压降低程度的步骤，包括：

基于所述故障相电压与所述相邻相电压，确定换相线电压；

根据所述换相线电压以及换流阀触发时刻的触发角，计算故障后的叠弧面积对应时间内的电压降低程度。

7.一种基于触发角自适应调节的换相失败控制仿真方法，用于对上述权利要求1-6中基于触发角自适应调节的换相失败控制方法进行验证，其特征在于，所述仿真方法包括：

确定直流输电系统的故障类型及评价指标；

根据所述故障类型搭建所述直流输电系统；

在所述直流输电系统发生故障时，通过所述触发角指令值对所述直流输电系统中的触发角进行控制；

利用所述评价指标对所述触发角指令值的控制过程进行评价，并根据评价结果进行验证。

8.根据权利要求7所述的基于触发角自适应调节的换相失败控制仿真方法，其特征在于，所述故障类型包括单相短路故障，所述评价指标包括临界接地电感。

9.根据权利要求8所述的基于触发角自适应调节的换相失败控制仿真方法，其特征在于，所述利用所述评价指标对所述触发角指令值的控制过程进行评价，并根据评价结果进行验证的步骤，包括：

根据所述临界接地电感的变化步长，采集所述触发角指令值在控制过程中的实时临界故障电感值；

通过采集到的实时临界故障电感值进行验证。

10.一种基于触发角自适应调节的换相失败控制装置，其特征在于，包括：

故障确定模块，用于确定交流侧三相电压中是否有幅值低于幅度额定值的故障相电压；

数据获取模块，用于若有，则获取所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量；

第一计算模块，用于基于所述故障相电压的幅值跌落程度及电压相位偏移量，确定所述故障相电压与相邻相电压之间的换相电压过零点偏移量和换相角变化量；

第二计算模块，用于对所述换相电压过零点偏移量和所述换相角变化量进行求和，得到逆变侧触发角提前量；

换相失败抑制模块，用于将所述触发角提前量补偿至触发角指令值上，所述触发角指令值用于抑制换相失败。

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