CN113644678B - 高压直流输电系统触发角指令计算方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压直流输电系统触发角指令计算方法及系统，通过实时换相电压测量值E(t)和额定关断角γref，对换相电压有效值变化后的额定关断角γ'ref进行求解；通过直流电流预测和换相电压过零时刻，结合换相面积等效和换相过程边界条件解出触发角指令变化量Δα；最后根据额定触发角αN和触发角指令变化量Δα之间的关系计算触发角指令α。仿真结果验证了本发明对换相失败预测的有效性。

Description

高压直流输电系统触发角指令计算方法及系统
技术领域
本发明涉及高压直流输电领域，特别是一种高压直流输电系统触发角指令计算方法及系统。
背景技术
换相失败作为直流输电系统最为典型的系统故障，成为特高压直流输电系统发展所面对的重大难题之一。在直流输电系统逆变侧，交流母线电压下降，谐波引起的电压波形畸变，直流电流突增，三相不对称故障引起的换相电压过零点偏移都可能引发换相失败。换相失败会导致直流电压下降、直流电流短时增大、波形畸变等不利因素，影响系统的稳定运行。因此，能否准确、快速地计算直流输电系统的触发角指令，实现换相失败的即使抑制，对直流输电系统的安全稳定运行有着重要意义。
图1为高压直流输电系统主电路。高压直流输电系统由9部分构成：送端电网、送端交流滤波器组、整流站、整流站控制器、直流线路、受端电网、受端交流滤波器组、逆变站以及逆变站控制器。
高压直流输电系统的交流系统主要由受端电网构成。
在实际工程中，部分直流输电系统利用实际测量的关断角和额定关断角做差进行PI控制得到触发角指令，其延时较大，且其触发角指令对不同故障下的适应性较差，难以抑制换相失败的发生。此外，目前已有文献对触发角指令计算方法进行了研究，但其未准确地考虑触发角指令对换相角、直流电流和关断角变化的影响，且在故障情况下的计算误差较大，因此，研究一种高压直流输电系统触发角指令计算方法意义重大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种高压直流输电系统触发角指令计算方法及系统，快速、准确的计算触发角指令，以更好地抑制换相失败。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种高压直流输电系统触发角指令计算方法，利用下式计算当前时刻tk的触发角指令α(tk)：
α(tk)＝αN-Δα(tk)；
其中，
αN为高压直流输电系统正常运行时的额定触发角，E(tk)为当前时刻换相电压有效值，γ'ref(tk)为换相电压有效值变化后的额定关断角，Lc为高压直流输电系统等效换相电感，kId(tk)为当前时刻tk的直流电流变化率，Id(tk)为当前时刻tk的直流电流，t0为换相电压正向过零时刻，ω为高压直流输电系统的交流系统额定角频率。本发明将直流电流预测、额定关断角变化引入触发角指令的计算，利用换相面积等效以及换相失败边界条件求解触发角指令变化量，不需要PI等线性控制器，简单易行，能够快速并且准确地计算触发角指令，极大地提高了高压直流输电系统抑制换相失败的能力。
换相电压有效值变化后的额定关断角γ'ref(tk)的计算公式为：
其中，EN为额定换相电压有效值，γref为当前时刻额定关断角。
由于考虑了电压有效值变化对额定关断角的影响，使得触发角指令对电压有效值变化更加敏感，因此触发角指令计算更加准确。
当前时刻tk的直流电流变化率kId(tk)的计算公式为：
其中，ΔT为直流电流采样间隔。
由于考虑了直流电流的预测，结合换相等效面积计算，因此本发明的方法可以较为准确地考虑触发角指令变化对直流电流、换相角和关断角的影响，使得触发角指令的计算更准确、更快，从而可以较好地抑制换相失败的发生。
当前时刻tk的直流电流Id(tk)的计算过程包括：测量逆变站直流线路的直流电流，并对直流电流进行滑动平均滤波，得到当前时刻tk的直流电流Id(tk)。
滑动平均滤波能够有效滤除直流输电系统中的特征次谐波，且动态响应也优于低通滤波，使得直流电流测量更加准确、更加快速。
本发明还提供了一种高压直流输电系统触发角指令计算系统，其包括计算机设备；所述计算机设备被配置或编程为用于执行上述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明没有引入PI控制器等控制逻辑，简单易行；本发明能使高压直流输电系统快速、准确地计算触发角指令，从而提高了高压直流输电系统抑制换相失败的能力。
附图说明
图1为高压直流输电系统主电路；
图2为本发明实例换相失败触发角计算方法实现框图；
图3为本发明实施例单相、三相接地故障下直流输电系统在CIGRE控制下和本发明所提控制下的响应曲线；
图4为本发明实施例在三相接地故障，接地电感1.1H，故障持续时间50ms 的情况下，直流输电系统在CIGRE控制下和本发明所提控制下的响应曲线。
具体实施方式
参见图2，为本发明实例触发角指令计算方法实现框图，其计算步骤包括：
1)针对任一换相电压u，通过过零检测得到其换相电压正向过零时刻t0，利用广义二阶积分器(SOGI)计算其当前时刻有效值E(tk)。
2)利用当前时刻有效值E(tk)及额定关断角γref对换相电压有效值变化后的额定关断角γ'ref(tk)进行求解。
3)测量逆变站直流线路的直流电流，并进行滑动平均滤波，得到当前时刻 tk的直流电流Id(tk)，利用Id(tk)和上一时刻直流电流Id(tk-1)计算得到直流电流变化率kId。
4)针对任一换相电压u所对应的换相过程，结合kId、E(tk)、γ'ref(tk)、t0和换相过程边界条件，可通过所提方程求解触发角指令变化量Δα。
5)利用求解的触发角指令变化量Δα，可以求解出触发角指令α。
步骤2)中，计算换相电压有效值变化后的额定关断角γ'ref(tk)的公式为：其中，EN为额定换相电压有效值。
步骤3)中，计算直流电流变化率的公式为：其中，ΔT为直流电流采样间隔。
步骤4)中，求解触发角指令变化量Δα(tk)的公式为：其中，a＝E(tk)(sinαN-sinγ'pre(tk))2(π-αN-γ'pre(tk))；/> αN为直流输电系统正常运行时的额定触发角；Lc为直流输电系统等效换相电感。
步骤5)中，触发角指令α(tk)的计算公式为：α(tk)＝αN-Δα(tk)。
参见图3，在单相接地故障，接地电感0.7H，故障持续时间50ms的情况下，在CIGRE控制下的直流输电系统关断角减小到了0°，发生了换相失败，直流电压下降至了0，直流电流上升到了2.4p.u.，对直流输电系统产生了极大的冲击。而在本发明方法下，关断角虽然减小了，但是仍大于最小关断角，使得直流输电系统避免了换相失败的发生，且其直流电流最高为1.24p.u.，极大的降低了直流输电系统的波动。
参见图4，在三相接地故障，接地电感1.1H，故障持续时间50ms的情况下，在CIGRE控制下的直流输电系统关断角减小到了0°，发生了换相失败，直流电压下降至了0，直流电流上升到了2.4p.u.，对直流输电系统产生了极大的冲击。而在本发明方法下，关断角虽然减小了，但是仍大于最小关断角，使得直流输电系统避免了换相失败的发生，且其直流电流最高为1.23p.u.，极大的降低了直流输电系统的波动。

Claims (5)

1.一种高压直流输电系统触发角指令计算方法，其特征在于，利用下式计算当前时刻tk的触发角指令α(tk)：
α(tk)＝αN-Δα(tk)；
其中，
αN为高压直流输电系统正常运行时的额定触发角，E(tk)为当前时刻换相电压有效值，γ'ref(tk)为换相电压有效值变化后的额定关断角，Lc为高压直流输电系统等效换相电感，kId(tk)为当前时刻tk的直流电流变化率，Id(tk)为当前时刻tk的直流电流，t0为换相电压正向过零时刻，ω为高压直流输电系统的交流系统额定角频率。
2.根据权利要求1所述的高压直流输电系统触发角指令计算方法，其特征在于，换相电压有效值变化后的额定关断角γ'ref(tk)的计算公式为：
其中，EN为额定换相电压有效值，γref为当前时刻额定关断角。
3.根据权利要求1所述的高压直流输电系统触发角指令计算方法，其特征在于，当前时刻tk的直流电流变化率kId(tk)的计算公式为：
其中，ΔT为直流电流采样间隔。
4.根据权利要求1所述的高压直流输电系统触发角指令计算方法，其特征在于，当前时刻tk的直流电流Id(tk)的计算过程包括：测量逆变站直流线路的直流电流，并对直流电流进行滑动平均滤波，得到当前时刻tk的直流电流Id(tk)。
5.一种高压直流输电系统触发角指令计算系统，其特征在于，包括计算机设备；所述计算机设备被配置或编程为用于执行权利要求1～4之一所述方法的步骤。
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