CN114070029B - 预防逆变站近区雷击交流线路引发换相失败的协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预防逆变站近区雷击交流线路引发换相失败的协调控制方法，包括：1、实时采集逆变站近区交流线路电压和电流；2、根据交流线路电流判断交流线路是否受到雷击并确定交流侧故障层；3、执行故障层换流器的换相失败预防措施，计算关断角调整量Δγ₁；4、根据雷击强度指标CF_L修正预防措施输出的关断角调整量Δγ₁，得到计及雷击强度修正后的关断角调整量Δγ₂；5、将修正后的关断角调整量Δγ₂作为分层协调模块的输入值，得到协调后的关断角调整量Δγ₃，再输出至故障层换流器控制系统，调整定关断角控制措施的输入值；6、雷击造成的暂态过程结束后系统稳定，退出协调控制。本发明能提高特高压直流输电系统的稳定性。

Description

预防逆变站近区雷击交流线路引发换相失败的协调控制方法

技术领域

本发明涉及特高压直流输电领域，具体涉及一种预防逆变站近区雷击交流线路引发换相失败的协调控制方法。

背景技术

我国能源资源与电力负荷需求呈逆向分布，80％以上的能源资源分布在西部、北部，70％以上的能源消费集中在东部、中部地区，能源基地距离负荷中心1000～4000公里，客观上要求在大范围内对能源进行优化配置。为实现资源的优化配置与共享，助力“碳达峰、碳中和”目标的实现，目前国家电网公司已建、在建和规划建设的特高压直流输电通道近20条，特高压直流输电(Ultra High Voltage Direct Current，UHVDC)在目前和将来一段时间将是“三北”地区能源外送的主导形式。电网换相换流器型高压直流输电(LineCommutated Converter Based High Voltage Direct Current,LCC-HVDC)以其电能输送容量大、传输损耗低、非同步联络能力强、远距离送电成本低等优势，成为远距离大容量输电和区域电网互联的重要组成手段，对我国大规模能源开发利用、能源跨区域优化配置以及“碳达峰、碳中和”目标的实现具有重大意义。

随着特高压直流输电工程的相继投产运行，我国电网已经形成了明显的交直流混联大电网，在华东、华南地区已形成区域多馈入直流系统，即多馈入直流输电系统。为提高多馈入直流输电系统受端的电压支撑能力，国家电网有限公司提出特高压直流分层接入方式，即受端高/低端换流器分别接入500kV/1000kV电网。分层接入方式下，直流侧高端和低端阀组串联，逆变侧连接两个不同电压等级的交流电网。特高压直流分层接入方式增加了系统运行方式的灵活性和扩大输送容量，但也增加了系统结构和运行控制的复杂性。已有研究表明特高压直流分层接入系统在任意一层交流电网发生故障，不仅会导致故障层逆变阀组换相失败，而且可能引发非故障层逆变阀组换相失败。在故障恢复过程中，层间交直流系统的相互影响还会引发连续换相失败。

依据我国多年对雷电活动的观测统计，雷击是引起输电线路跳闸的最主要的环境因素，因其造成的跳闸事故占线路总跳闸事故的40％-70％。而且特高压直流输电线路具有杆塔高、导线与避雷线间距大、运行电压高等特点，尤其在多雷、土壤电阻率高、地形复杂等区域，雷击引起的跳闸率更高。根据雷击输电线路的位置的不同，可分为(1)绕击雷：雷电直接击中输电线路产生雷电过电压；(2)反击雷：雷电直接击中避雷线或杆塔塔顶产生雷电过电压；(3)感应雷：雷电对输电线路附近的地面放电，通过电磁感应对导线带来过电压。雷电流会产生强烈的电磁场、热效应与应力作用，对输电线路及电气设备产生恶劣影响。已有工程实例表明雷击输电线路存在导致换相失败的情况。为保证分层接入的特高压直流换流站安全稳定运行，预防受端换流站近区雷击交流线路导致换相失败的措施需进一步研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预防逆变站近区雷击交流线路引发换相失败的协调控制方法，以期能降低雷击特高压逆变站近区交流线路导致换相失败的概率，从而能提高特高压直流输电系统的稳定性。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明一种预防逆变站近区雷击交流线路引发换相失败的协调控制方法，是应用于特高压直流分层接入系统中，所述特高压直流分层接入系统的受端交流系统由500kV/1000kV两个交流系统组成，逆变站的高端换流器经换流变接至500kV交流母线，低端换流器经换流变接至1000kV交流母线，两组交流母线分别接入500kV和1000kV交流系统；其特点是：所述协调控制方法是按如下步骤进行：

S1、实时采集逆变站近区交流线路电压和电流：

从所述特高压直流分层接入系统的逆变站近区采集500kV交流线路三相电压U_a1、U_b1、U_c1，三相电流I_a1、I_b1、I_c1；并采集1000kV交流线路三相电压U_a2、U_b2、U_c2，三相电流I_a2、I_b2、I_c2；

S2、根据所采集的交流线路三相电流判断交流线路是否受到雷击并确定交流侧故障层，若交流线路受到雷击，则执行S3；否则返回S1；

S3、执行故障层换流器的换相失败预防措施，计算关断角调整量Δγ₁；

S4、定义并计算雷击强度指标CF_L，根据雷击强度指标CF_L修正换相失败预防措施输出的关断角调整量Δγ₁，得到计及雷击强度修正后的关断角调整量Δγ₂；

S5、将所述修正后的关断角调整量Δγ₂作为分层协调模块的输入值，并得到协调后的关断角调整量Δγ₃，再输出至故障层换流器控制系统，用于调整定关断角控制措施的输入值，从而在雷击工况下实现对高低端换流器的关断角的协调控制；

S6、判别雷击造成的暂态过程是否结束，若结束，表示系统已恢复稳定，则退出协调控制；否则返回S3。

本发明所述的协调控制方法的特点也在于，所述S2是按如下步骤进行：

S2.1、对S1中采集的500kV交流系统三相电流I_a1、I_b1、I_c1和1000kV交流系统三相电流I_a2、I_b2、I_c2分别连续求取基频周期积分值的绝对值，得到500kV交流系统三相电流积分绝对值K_a1，K_b1，K_c1和1000kV交流系统三相电流积分绝对值K_a2，K_b2，K_c2，并将两组电流积分绝对值的最大值分别记为K_L1，K_L2；

S2.2、判断交流线路是否受到雷击以及确定交流侧故障层：

当K_L1大于设定门槛值K_min且K_L2小于设定门槛值K_min时，判断500kV交流线路受到雷击，则500kV交流系统为故障层；

当K_L1小于设定门槛值K_min且K_L2大于设定门槛值K_min时，判定1000kV交流线路受到雷击，则1000kV交流系统为故障层；

当K_L1，K_L2均大于设定门槛值K_min时，判定500kV和1000kV交流线路均受到雷击，则500kV和1000kV交流系统均为故障层。

所述S3中是利用式(1)计算关断角调整量Δγ₁：

式(1)中，I_{d_mes}为直流电流测量值，I_dN为直流电流额定值，k为调整系数。

所述S4是按照如下步骤进行：

S4.1、定义雷击强度指标CF_L用于评估不同强度雷击对三相电压造成的波动影响；

S4.2、利用式(2)计算雷击强度指标CF_L：

式(2)中，ρ_ab、ρ_bc、ρ_ca分别表示故障层三相电压U_a、U_b、U_c之间的相关系数。

S4.3、利用式(3)计算计及雷击强度修正后的关断角调整量Δγ₂：

Δγ₂＝Δγ₁×CF_L (3)

S5中的所述分层协调模块是利用式(4)和式(5)分别计算高端换流器的协调后的关断角调整量Δγ₃₁和低端换流器的协调后的关断角调整量Δγ₃₂：

Δγ₃₁＝Δγ₂₁+Δγ₂₂×k₁×a (4)

Δγ₃₂＝Δγ₂₂+Δγ₂₁×k₂×a (5)

式(4)和式(5)中，a为协调控制启动标志位，取值为0或1，当分层结构中任一层发生雷击时该值取1；k₁为高端换流器的协调控制系数；k₂为低端换流器的协调控制系数；Δγ₃₁为高端换流器的协调后的关断角调整量；Δγ₂₁为高端换流器的计及雷击强度修正后的关断角调整量；Δγ₃₂为低端换流器的协调后的关断角调整量；Δγ₂₂为低端换流器的计及雷击强度修正后的关断角调整量。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1.本发明所提出的方法，综合考虑了分层结构的耦合性和雷击故障的电气特性；在协调控制模块中，将他层换相失败抑制措施输出值作为附加量引入本层控制措施中，适应单层故障与双层故障的情形；然后根据线路受到雷击以后的电气量变化特性辨别交流系统是否发生雷击同时确定故障层，并启动故障层与非故障层换相失败预防措施，从而降低了雷击交流线路导致换相失败的发生几率。

2.由于交直流的耦合性，本发明所提出的换相失败预防措施由直流电流变化率推导出关断角调整量，从直流侧考虑了雷击交流线路对换相过程的影响，在发生雷击时增大超前触发角指令值，降低了雷击交流线路引发换相失败的概率。

3.本发明定义了雷击强度指标，通过计算交流系统三相电压的波形相关系数，反映雷击造成的电压突变程度，并以此推导雷击强度指标，对换相失败预防措施的输出量进行修正，从而能适应不同强度的雷击故障。

4.本发明因仅对逆变站换流器的控制系统进行了改进，无需增加或改动换流站的一次设备，减少设备开销和成本。

附图说明

图1是本发明的特高压直流分层接入系统拓扑图；

图2是本发明的方法流程图；

图3是本发明的雷击换相失败预防控制图；

图4是本发明的分层协调控制模块图。

具体实施方式

本实施例中，如图1所示，特高压直流系统依次由送端交流电网、整流站(送端换流站)、直流输电线路、逆变站(受端换流站)、交流输电线路、500kV/1000kV受端交流电网组成。送端换流器工作在整流状态，交流侧经换流变接入750kV交流系统；受端换流器工作在逆变状态，其中高端换流器经换流变接至500kV交流母线，低端换流器经换流变接至1000kV交流母线，分别接入500kV和1000kV交流系统。整流侧配有定电流控制和最小触发角控制，逆变侧配有定关断角控制、定电流控制、电流偏差控制以及低压限流控制。

对于图1所示的特高压直流分层接入系统，针对雷击受端换流站近区交流线路导致换相失败的问题，本实施例中提出一种特高压直流分层接入系统预防受端换流站近区雷击交流线路引发换相失败的协调控制方法，当交流线路受到雷击后，协调控制方法流程如图2所示，具体包括如下步骤：

S1、实时采集逆变站近区交流线路电压和电流：

从特高压直流分层接入系统受端换流站近区采集500kV交流线路三相电压U_a1、U_b1、U_c1，三相电流I_a1、I_b1、I_c1；采集1000kV交流线路三相电压U_a2、U_b2、U_c2，三相电流I_a2、I_b2、I_c2；

S2、根据所采集的交流线路三相电流判别交流线路是否受到雷击以及确定交流侧故障层，若交流线路受到雷击，则执行S3；否则返回S1；

S2.1、对S1中采集的500kV交流系统三相电流I_a1、I_b1、I_c1和1000kV交流系统三相电流I_a2、I_b2、I_c2分别连续求取基频周期积分值的绝对值，得到500kV交流系统三相电流积分绝对值K_a1，K_b1，K_c1和1000kV交流系统三相电流积分绝对值K_a2，K_b2，K_c2，并将两组电流积分绝对值的最大值分别记为K_L1，K_L2；

雷击交流线路将造成交流系统电气量突变。稳态情况下三相电流波形呈现正弦特性。交流线路受到雷击后，受到雷击的相电流发生不对称突变；由于线路电磁耦合作用，非雷击相的电流也将受到影响。由于电流的波动，基频周期内交流电流的积分值发生变化，可将其作为判断线路是否受到雷击的指标；

S2.2、判断交流线路是否受到雷击以及确定交流侧故障层：

当K_L1大于设定门槛值K_min且K_L2小于设定门槛值K_min时，判断500kV交流线路受到雷击，则500kV交流系统为故障层；

当K_L1小于设定门槛值K_min且K_L2大于设定门槛值K_min时，判定1000kV交流线路受到雷击，则1000kV交流系统为故障层；

当K_L1，K_L2均大于设定门槛值K_min时，判定500kV和1000kV交流线路均受到雷击，则500kV和1000kV交流系统均为故障层；

特高压直流分层接入系统的任意一层交流电网发生故障，不仅会导致故障层逆变阀组换相失败，而且可能引发非故障层逆变阀组换相失败。在故障恢复过程中，层间交直流系统的相互影响还会引发连续换相失败。准确判定故障层对预防换相失败有积极作用；

S3、如图3所示，当雷击检测模块检测到交流线路受到雷击后，同时投入预防措施模块和雷击强度系数计算模块；

预防措施模块执行故障层换流器的换相失败预防措施，计算关断角调整量Δγ₁；

S3.1、利用式(1)计算换相失败预防措施的关断角调整量Δγ₁：

式(1)中，I_{d_mes}为直流电流测量值，I_dN为直流电流额定值，k为调整系数，根据本实施例模型具体情况，k取值为2；

通过计算直流电流测量值与额定值之间的差值的导数并取绝对值，可体现雷击对直流电流变化率的影响；

S4、如图3所示，雷击强度系数计算过程如下：

雷击强度系数计算模块定义并计算雷击强度指标CF_L；根据雷击强度指标修正换相失败预防措施的输出值Δγ₁，得到计及雷击强度的修正值Δγ₂；

S4.1、定义雷击强度指标CF_L用于评估不同强度雷击对三相电压造成的波动影响；

S4.2、计算雷击强度指标：计算故障层三相电压U_a，U_b，U_c之间的相关系数ρ_ab、ρ_bc、ρ_ca，将三者绝对值的最小值取倒数作为雷击强度系数CF_L；

利用式(2)计算相关系数：

式(2)中，x(n),y(n)为2个能量有限的信号；ρ_xy定义为相关系数；当x(n),y(n)完全正相关时，相关系数ρ_xy＝1；当x(n),y(n)完全不相关时，相关系数ρ_xy＝0；当x(n),y(n)完全负相关时，相关系数ρ_xy＝-1；

利用式(3)计算雷击强度系数CF_L：

S4.3、根据强度指标修正换相失败预防措施的输出值；利用式(4)计算计及雷击强度的关断角调整量Δγ₂：

Δγ₂＝Δγ₁×CF_L (4)

S5、将修正后的关断角调整量Δγ₂作为分层协调模块的输入值，并得到协调后的关断角调整量Δγ₃，再输出至故障层换流器控制系统，用于调整定关断角控制措施的输入值，从而在雷击工况下实现对高低端换流器的关断角的协调控制；

如图3所示，将S4.3的输出值Δγ₂作为协调控制策略模块的输入值，得到Δγ₃，将其输出至故障层逆变器控制系统。协调控制模块如图4所示，利用式(5)和式(6)分别计算高端换流器的协调后的关断角调整量Δγ₃₁和低端换流器的协调后的关断角调整量Δγ₃₂：

Δγ₃₁＝Δγ₂₁+Δγ₂₂×k₁×a (5)

Δγ₃₂＝Δγ₂₂+Δγ₂₁×k₂×a (6)

式(5)和式(6)中，a为协调控制启动标志位，取值为0或1，当分层结构中任一层发生雷击时该值取1；k₁为高端换流器的协调控制系数；k₂为低端换流器的协调控制系数，协调系数一般经验取值范围为0.5～1，结合本实例模型具体情况，k₁取0.6，k₂取0.8；Δγ₃₁为高端换流器的协调后的关断角调整量；Δγ₂₁为高端换流器的计及雷击强度修正后的关断角调整量；Δγ₃₂为低端换流器的协调后的关断角调整量；Δγ₂₂为低端换流器的计及雷击强度修正后的关断角调整量。

当故障层为500kV交流系统时：

Δγ₃₁＝Δγ₂₁ (7)

Δγ₃₂＝Δγ₂₁×k₂ (8)

当故障层为1000kV交流系统时：

Δγ₃₁＝Δγ₂₂×k₁ (9)

Δγ₃₂＝Δγ₂₂ (10)

当500kV交流系统和1000kV交流系统均发生雷击时：

Δγ₃₁＝Δγ₂₁+Δγ₂₂×k₁ (11)

Δγ₃₂＝Δγ₂₂+Δγ₂₁×k₂ (12)

由公式(7)-(12)可知，任意一个交流系统发生雷击并启动预防措施时，由于设置了协调控制模块，非故障层同样会调整定关断角控制器的输入量，增大超前触发角以预防换相失败的发生。

S6、判别雷击造成的暂态过程是否结束，若结束，表示系统已恢复稳定，则退出协调控制；否则返回S3。

具体的说，判别雷击造成的暂态过程是否结束是利用条件1和条件2来判断的，当同时满足条件1和条件2时，则表示雷击造成的暂态过程已结束，则退出协调控制：

条件1：交流电压有效值大于0.9倍的额定电压有效值，小于1.1倍的额定电压有效值；

条件2：交流电流有效值大于0.9倍的额定电流有效值，小于1.1倍的额定电流有效值。

S7、搭建特高压直流分层接入系统模型和雷击模型，先后在500kV交流线路和1000kV交流线路上设置不同强度的雷击工况，分析受端换流站的换流器电压电流等暂态特性，验证本发明提出的协调控制方法的有效性。

S7.1、搭建特高压直流分层接入系统PSCAD模型和雷击模型

S7.1.1、搭建雷击模型：利用受控电流源模拟雷电通道，引入双指数函数模拟雷电流波形，控制受控电流源模拟雷击所产生的雷电流源。在本实施例中，采用2.6/50μs双指数波的雷电流，雷电通道波阻抗为300Ω；本实施例的雷电流模型的双指数模型为：

式(13)中：I₀为雷电流幅值，T₁取值范围为1.2～10μs；T₂取值范围为10～100μs。

根据雷击输电线路的位置的不同，可分为(1)绕击雷：雷电直接击中输电线路产生雷电过电压；(2)反击雷：雷电直接击中避雷线或杆塔塔顶产生雷电过电压；(3)感应雷：雷电对输电线路附近的地面放电，通过电磁感应对导线带来过电压。本实施例采用绕击雷模型。

S7.1.2、搭建线路模型：本实施例中采用频率相关相域模型，保留避雷线，直流输电线路全长3500km；500kV交流输电线路全长150km；1000kV交流输电线路全长180km。频率相关相域模型属于分布式RLC行波模型，计入了所有参数的频率相关性。

S7.1.3、搭建杆塔模型：杆塔采用多波段阻抗模型，包括杆塔主体部分波阻抗、各段支架的波阻抗、杆塔横担部分波阻抗以及接地电阻。多波段阻抗模型不仅考虑了波在杆塔上的行进，还考虑了杆塔的自身结构以及高度等因素，符合高杆塔的波过程。

雷击输电线路杆塔时，由于雷电脉冲的强度过大，杆塔接地电阻不是定值，其大小受雷电波强度的影响。由于雷击过程极短、强度极大，杆塔冲击阻抗的变化复杂，呈现出较强的非线性。

S7.1.4、搭建绝缘子模型：绝缘子采用压控开关模型，依据输电线路电压，设定闪络电压门槛值，当绝缘子两端的电压达到该值时，绝缘子发生闪络。压控开关模型主要是用冲击放电伏秒特性来代替绝缘子串的冲击放电特性。当绝缘子串上的作用电压超过其冲击放电电压值时，绝缘子串就发生闪络，压控开关闭合，即发生雷电对输电线路绕击，对线路造成过电压。在输电线路雷击研究中，通常根据雷击位置的不同分别设置绝缘子闪络判断依据：雷击塔顶时，比较塔顶电压和导线电压之差的绝对值与绝缘子串50％放电电压U_50％的大小，若大于U_50％则判别为闪络；雷击输电导线时，比较导线电压和绝缘子串50％放电电压U_50％，若大于U_50％则判别发生闪络。其50％放电电压U_50％(kV)由以下公式确定：

U_50％＝533L_x+132 (14)

式(14)中L_x为绝缘子串长度。

S7.1.5、搭建特高压直流分层接入系统PSCAD模型：参考国际大电网会议CIGRE提出的直流输电模型，在PSCAD中选取相应的元件模块，搭建特高压直流分层接入系统主网架结构。两端交流系统用等值三相电压源代替，每极采用两组12脉动换流器(两组6脉动换流器串联组成12脉动换流器)，换流变压器、平波电抗器、交、直流滤波器、避雷器、交直流架空线路、接地极等。

S7.1.6、搭建换流器控制系统模型：整流侧配有定电流控制和最小触发角控制，逆变侧配有定关断角控制、定电流控制、电流偏差控制以及低压限流控制。

当系统发生首次换相失败时，低压限流控制根据电压跌落程度动态改变定电流控制的整定值，迅速降低换相电压时间面积的需求量和换流站无功消耗，减小后续换相失败的发生几率。低压限流特性中的U_max、U_min、I_max、I_min将直接影响后续换相失败的抑制效果；

式(15)中，U_dc为直流电压；U_min、U_max分别为直流电压处于低水平时取值和处于高水平时取值；I_min、I_max分别为对应低水平直流电压和对应高水平直流电压时电流取值；I_ord为低压限流控制输出的电流指令；

定电流控制器输出的超前触发角指令值计算如下：

β_c′_c＝k_p,ccΔI_d+k_i,cc∫ΔI_ddt (16)

ΔI_d＝I_dro-I_d-0.1 (17)

式(16)-式(17)中，β′_cc为未限幅的定电流控制器输出的超前触发角指令值；k_p,cc、k_i,cc分别为定电流控制器中比例积分控制器的比例系数和积分系数；I_dro为整流侧的直流电流指令；I_d为直流电流；ΔI_d为直流电流偏差值；

式(18)中，β_cc为限幅后定电流控制器输出的超前触发角指令值；分别为定电流控制器的输出上下限；β′_cc为未限幅的定电流控制器输出的超前触发角指令值；

定关断角控制作为逆变侧基本控制环节，在抵御换相失败方面起到了作用。定关断角控制通过维持关断角不小于设定阈值，为正常换相提供裕度；

β_c′_ea＝k_p,ceaΔγ+k_i,cea∫Δγdt (19)

Δγ＝max{Δγ_min,γ_ref-γ_min+Δγ_cec} (20)

式(19)-式(20)中，β′_cea为未限幅的定关断角控制器输出的超前触发角指令值；k_p,cea、k_i,cea分别为定关断角控制器中比例积分控制器的比例系数和积分系数；Δγ_min为定关断角控制器的比例积分控制器的输入值下限；γ_ref为定关断角控制的关断角参考值；Δγ_cec为电流偏差控制的输出值；

式(21)中，β_cea为限幅后定关断角控制器输出的超前触发角指令值；分别为关断角控制器的输出上下限；β′_cea为未限幅的定关断角控制器输出的超前触发角指令值；

利用如式(22)所示的逆变侧配备的电流偏差控制使得逆变侧的控制方式在定电流控制和定关断角控制之间平滑切换，避免在过渡过程因控制方式多次切换造成的指令摆动；

式(22)中，Δγ_cec为电流偏差控制的输出值；I_dro为整流侧的直流电流指令；I_d为直流电流；k_cec为电流偏差控制的斜率；为电流偏差控制的输出上限；

β＝max{β_cc,β_cea} (23)

式(23)中，β为逆变侧控制系统输出的提前触发角指令。

S7.2、研究不同强度的雷击在同一交流系统同一位置时所提协调控制方法的控制效果。

S7.2.1、在特高压直流分层接入系统的PSCAD模型中，在500kV交流输电线路同一位置设置雷击模型，调整雷电流的幅值，记录受端换流站换流阀关断角的波形，记录换相失败的发生次数，验证所提协调控制方法的有效性。

S7.2.2、在特高压直流分层接入系统的PSCAD模型中，在1000kV交流输电线路同一位置设置雷击模型，调整雷电流的幅值，记录受端换流站换流阀关断角的波形，记录换相失败的发生次数，验证所提协调控制方法的有效性。

S7.3、研究相同强度的雷击在同一交流系统不同位置时所提协调控制方法的控制效果。

S7.3.1、在特高压直流分层接入系统的PSCAD模型中，在500kV交流输电线路上不同位置设置雷击模型，设置相同的雷电流的幅值，记录受端换流站换流阀关断角的波形，记录换相失败的发生次数，验证所提协调控制方法的有效性。

S7.3.2、在特高压直流分层接入系统的PSCAD模型中，在1000kV交流输电线路上不同位置设置雷击模型，设置相同的雷电流的幅值，记录受端换流站换流阀关断角的波形，记录换相失败的发生次数，验证所提协调控制方法的有效性。

S7.4、研究相同强度的雷击在不同交流系统同一位置时所提协调控制方法的控制效果。

S7.4.1、在特高压直流分层接入系统的PSCAD模型中，分别在500kV交流输电线路和1000kV交流输电线路距离换流站相同长度的位置上设置雷击模型，设置相同的雷电流的幅值，记录受端换流站换流阀关断角的波形，记录换相失败的发生次数，验证所提协调控制方法的有效性。

Claims (2)

1.一种预防逆变站近区雷击交流线路引发换相失败的协调控制方法，是应用于特高压直流分层接入系统中，所述特高压直流分层接入系统的受端交流系统由500kV/1000kV两个交流系统组成，逆变站的高端换流器经换流变接至500kV交流母线，低端换流器经换流变接至1000kV交流母线，两组交流母线分别接入500kV和1000kV交流系统；其特征是：所述协调控制方法是按如下步骤进行：

S1、实时采集逆变站近区交流线路电压和电流：

从所述特高压直流分层接入系统的逆变站近区采集500kV交流线路三相电压U_a1、U_b1、U_c1，三相电流I_a1、I_b1、I_c1；并采集1000kV交流线路三相电压U_a2、U_b2、U_c2，三相电流I_a2、I_b2、I_c2；

S2、根据所采集的交流线路三相电流判断交流线路是否受到雷击并确定交流侧故障层，若交流线路受到雷击，则执行S3；否则返回S1；

S3、执行故障层换流器的换相失败预防措施，利用式(1)计算关断角调整量Δγ₁；

式(1)中，I_{d_mes}为直流电流测量值，I_dN为直流电流额定值，k为调整系数；

S4、定义并计算雷击强度指标CF_L，根据雷击强度指标CF_L修正换相失败预防措施输出的关断角调整量Δγ₁，得到计及雷击强度修正后的关断角调整量Δγ₂；

S4.1、定义雷击强度指标CF_L用于评估不同强度雷击对三相电压造成的波动影响；

S4.2、利用式(2)计算2个能量有限的信号x(n)和y(n)的相关系数ρ_xy：

当x(n),y(n)完全正相关时，相关系数ρ_xy＝1；当x(n),y(n)完全不相关时，相关系数ρ_xy＝0；当x(n),y(n)完全负相关时，相关系数ρ_xy＝-1；

利用式(3)计算雷击强度指标CF_L：

式(3)中，ρ_ab、ρ_bc、ρ_ca分别表示故障层三相电压U_a、U_b、U_c之间的相关系数；

S4.3、利用式(3)计算计及雷击强度修正后的关断角调整量Δγ₂：

Δγ₂＝Δγ₁×CF_L (3)

S5、将所述修正后的关断角调整量Δγ₂作为分层协调模块的输入值，并得到协调后的关断角调整量Δγ₃，再输出至故障层换流器控制系统，用于调整定关断角控制措施的输入值，从而在雷击工况下实现对高低端换流器的关断角的协调控制；

利用式(4)和式(5)分别计算高端换流器的协调后的关断角调整量Δγ₃₁和低端换流器的协调后的关断角调整量Δγ₃₂：

Δγ₃₁＝Δγ₂₁+Δγ₂₂×k₁×a (4)

Δγ₃₂＝Δγ₂₂+Δγ₂₁×k₂×a (5)

式(4)和式(5)中，a为协调控制启动标志位，取值为0或1，当分层结构中任一层发生雷击时a取1；k₁为高端换流器的协调控制系数；k₂为低端换流器的协调控制系数；Δγ₃₁为高端换流器的协调后的关断角调整量；Δγ₂₁为高端换流器的计及雷击强度修正后的关断角调整量；Δγ₃₂为低端换流器的协调后的关断角调整量；Δγ₂₂为低端换流器的计及雷击强度修正后的关断角调整量；

S6、判别雷击造成的暂态过程是否结束，若结束，表示系统已恢复稳定，则退出协调控制；否则返回S3。

2.根据权利要求1所述的协调控制方法，其特征是，所述S2是按如下步骤进行：

S2.1、对S1中采集的500kV交流系统三相电流I_a1、I_b1、I_c1和1000kV交流系统三相电流I_a2、I_b2、I_c2分别连续求取基频周期积分值的绝对值，得到500kV交流系统三相电流积分绝对值K_a1，K_b1，K_c1和1000kV交流系统三相电流积分绝对值K_a2，K_b2，K_c2，并将两组电流积分绝对值的最大值分别记为K_L1，K_L2；

S2.2、判断交流线路是否受到雷击以及确定交流侧故障层：

当K_L1大于设定门槛值K_min且K_L2小于设定门槛值K_min时，判断500kV交流线路受到雷击，则500kV交流系统为故障层；

当K_L1小于设定门槛值K_min且K_L2大于设定门槛值K_min时，判定1000kV交流线路受到雷击，则1000kV交流系统为故障层；

当K_L1，K_L2均大于设定门槛值K_min时，判定500kV和1000kV交流线路均受到雷击，则500kV和1000kV交流系统均为故障层。