CN115224716A - 一种抑制直流连续换相失败的控制方法、装置及系统 - Google Patents

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CN115224716A CN202210935675.XA CN202210935675A CN115224716A CN 115224716 A CN115224716 A CN 115224716A CN 202210935675 A CN202210935675 A CN 202210935675A CN 115224716 A CN115224716 A CN 115224716A
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周琦
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Abstract

本发明公开了电力电子控制领域的一种抑制直流连续换相失败的控制方法、装置及系统，旨在解决特高压混合级联直流输电系统逆变侧LCC直流连续换相失败的问题。其包括：获取特高压混合级联直流输电系统中受端的交流母线电压，以及换相失败临界电压上下限值；基于交流母线电压与换相失败临界电压上下限值的比较结果，协调控制调相机强励控制模块以及MMC无功调节模块的投切状态，从而满足预设的要求；其中，调相机强励控制模块控制调相机发出无功补偿；MMC无功调节模块控制各MMC提高无功输出。本发明可以充分发挥MMC自身无功调节以及调相机暂态强励控制下无功补偿的能力，抑制直流发生连续换相失败，提高故障后特高压混合级联直流输电系统暂态特性。

Description

一种抑制直流连续换相失败的控制方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及一种抑制直流连续换相失败的控制方法、装置及系统，属于电力电子领域。
背景技术
由于我国能源分布与负荷中心呈逆向性分布，需通过远距离进行输电。特高压直流输电系统在大规模远距离输电上具有输送容量大、调节快速运行可靠、线路故障时有自防护能力等优势。采用换相换流器(Line-commuted Converter,LCC)的传统直流输电系统技术成熟但存在电流方向固定、需消耗大量无功且特征谐波多等问题。柔性直流输电系统采用全控型IGBT器件，克服了传统直流输电的固有缺陷，但也存在单位造价、损耗相对偏高的问题。
特高压混合级联直流输电系统兼具了传统直流输电和柔性直流输电的优势，但当受端发生严重的交流故障时，逆变侧LCC仍存在换相失败的风险。随着故障严重程度的加深，直流系统甚至会发生连续换相失败。为系统提供无功补偿能够有效抑制换相失败的发生，传统的无功补偿装置包括静止同步补偿器(STATCOM)、静止无功补偿器(SVC)、调相机等，随着新一代调相机的研发成功，调相机的性能得到全方位提高，目前已广泛运用到国家多个直流工程中，但依然存在着调相机因持续强励运行时间过长而损害到自身使用寿命，影响自身正常运行等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种抑制直流连续换相失败的控制方法、装置及系统，解决特高压混合级联直流输电系统在受端发生严重交流故障时，抑制连续换相失败的发生以及改善故障后系统暂态稳定性的技术问题。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种抑制直流连续换相失败的控制方法，包括：
获取特高压混合级联直流输电系统中受端的交流母线电压，以及换相失败临界电压上下限值；
基于受端交流母线电压与换相失败临界电压上下限值的比较结果，协调控制调相机强励控制模块以及MMC无功调节模块的投切状态，使得交流母线电压与换相失败临界电压上下限值之间的关系满足预设的要求；其中，所述调相机强励控制模块投入使用时，控制调相机发出无功补偿，提高励磁电流；所述MMC无功调节模块投入使用时，控制各MMC增大无功功率输出。
可选地，所述换相失败临界电压上下限值Ucr2和Ucr1分别由下式定义：
Figure BDA0003782621040000021
Figure BDA0003782621040000022
其中，Req＝Rcr+Rd-Rci，Rcr＝(3/π)Xcr，Rci＝(3/π)Xci，ULC为受端交流母线电压额定有效值；β、γ分别为逆变侧LCC额定触发超前角和熄弧角；γmin为极限熄弧角；Xcr、Xci分别为整流侧和逆变侧的换相电抗；Rd为直流电阻；Udr0为整流侧不计触发延迟时的空载直流电压；αr为整流侧触发延迟角；k为换流变压器变比；b为串联桥的数目。
可选地，所述基于受端交流母线电压与换相失败临界电压上下限值的比较结果，协调控制调相机强励控制模块以及MMC无功调节模块的投切状态，具体包括以下步骤：
当特高压混合级联直流输电系统出现交流故障，且交流母线电压UL与换相失败临界电压上限值Ucr2满足UL<Ucr2时，则投入所述调相机强励控制模块，使得调相机进入强励磁状态，并导致交流母线电压持续跌落，若跌落后的交流母线电压UL'与换相失败临界电压下限值Ucr1满足UL′<Ucr1时，则判定发生首次换相失败；
投入所述MMC无功调节模块，使得交流母线电压在由MMC无功调节模块控制的各MMC以及处于定熄弧角控制方式下的逆变侧LCC的作用下上升，若上升后的交流母线电压UL″大于换相失败临界电压上限值Ucr2时，则切除所述调相机强励控制模块，由所述MMC无功调节模块控制各MCC为特高压混合级联直流输电系统补偿所需无功；
经过预设延时后，若仍然能够保持交流母线电压大于换相失败临界电压上限值Ucr2，则表明交流母线电压未发生二次跌落；
当交流母线电压大于预设值时，所述预设值大于换相失败临界电压上限值Ucr2，表明系统恢复稳态运行，切除所述MMC无功调节模块。
可选地，所述逆变侧LCC在特高压混合级联直流输电系统稳态运行情况下采用定直流电压控制方式；在特高压混合级联直流输电系统发生交流故障后，逆变侧LCC从定直流电压控制方式切换至定熄弧角控制方式。
可选地，所述定直流电压控制方式是直流电压实际值Udc2与直流电压设定值
Figure BDA0003782621040000041
作差，再经PI调节后生成触发角α；
所述定熄弧角控制方式是取熄弧角γ一个周期内的最小值再与熄弧角设定值γ*作差，再经PI调节后生成触发角α。
可选地，当调相机强励控制模块处于投入状态时，调相机进入强励状态，发出额定容量2倍以上无功功率。
可选地，受端包括顺次级联的MMC1、MMC2和MMC3，三者均与受端的交流母线相连；
当MMC无功调节模块处于投入状态时，MMC1由定无功功率控制切换至定交流电压控制，提高无功功率输出；
MMC2和MCC3处于定无功功率控制，将熄弧角额定值γN与每一周期中熄弧角γ的最小值作差，通过PI环节以及限幅后得到所需无功功率补偿量的参考值ΔQ，再将参考值ΔQ平均分配给MMC2和MMC3；在MMC2和MCC3的定无功功率控制中，分别加入ΔQ/2，增大无功功率输出。
可选地，所述定交流电压控制是将直流电压设定值Udc_ref与直流电压实际值Udc作差，再经PI环节生成有功电流id_ref传入内环电流控制器；
所述定无功功率控制是将无功功率设定值Qref与无功功率实际值Qm作差，再经PI环节生成无功电流iq_ref传入内环电流控制器。
第二方面，本发明提供了一种抑制直流连续换相失败的控制装置，包括：
获取模块，用于获取特高压混合级联直流输电系统中受端的交流母线电压，以及换相失败临界电压上下限值；
协调控制模块，用于基于受端交流母线电压与换相失败临界电压上下限值的比较结果，协调控制调相机强励控制模块以及MMC无功调节模块的投切状态，使得交流母线电压与换相失败临界电压上下限值之间的关系满足预设的要求；其中，所述调相机强励控制模块投入使用时，控制调相机发出无功补偿，提高励磁电流；所述MMC无功调节模块投入使用时，控制各MMC增大无功功率输出。
第三方面，本发明提供了一种抑制直流连续换相失败的控制系统，包括：
处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据第一方面中任一项所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明采用一种基于调相机强励的特高压混合级联协调抑制直流连续换相失败控制方法及系统，通过结合调相机强励特性以及MMC无功调节能力，为故障发生后的系统提供无功补偿，以减小直流系统从受端电网吸收的无功功率从而达到稳定受端交流母线电压的目的，从而抑制直流发生连续换相失败，提高故障后系统暂态特性。
附图说明
图1是本发明一种实施例中特高压混合级联直流输电系统拓扑图；
图2是本发明一种实施例中整流侧LCC控制图；
图3为本发明一种实施例中逆变侧LCC控制图；
图4为本发明一种实施例中受端MMC内外环总控制图；
图5为本发明一种实施例中无功协调控制方法框图；
图6为本发明一种实施例中判断模块流程图；
图7为本发明一种实施例中有无协调控制方法系统电气量波形图；
图8为本发明一种实施例中调相机无功量波形图；
图9为本发明一种实施例中有无协调控制方法MMC输出无功功率波形图。
具体实施方式
下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
本发明实施例中提供了一种抑制直流连续换相失败的控制方法，包括以下步骤：
获取特高压混合级联直流输电系统中受端的交流母线电压，以及换相失败临界电压上下限值；
基于受端交流母线电压与换相失败临界电压上下限值的比较结果，协调控制调相机强励控制模块以及MMC无功调节模块的投切状态，使得交流母线电压与换相失败临界电压上下限值之间的关系满足预设的要求；其中，所述调相机强励控制模块投入使用时，控制调相机发出无功补偿，提高励磁电流；所述MMC无功调节模块投入使用时，控制各MMC增大无功功率输出。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述换相失败临界电压上下限值Ucr2和Ucr1分别由下式定义：
Figure BDA0003782621040000071
Figure BDA0003782621040000072
其中，Req＝Rcr+Rd-Rci，Rcr＝(3/π)Xcr，Rci＝(3/π)Xci，ULC为受端交流母线电压额定有效值；β、γ分别为逆变侧LCC额定触发超前角和熄弧角；γmin为极限熄弧角；Xcr、Xci分别为整流侧和逆变侧的换相电抗；Rd为直流电阻；Udr0为整流侧不计触发延迟时的空载直流电压；αr为整流侧触发延迟角；k为换流变压器变比；b为串联桥的数目。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述基于受端交流母线电压与换相失败临界电压上下限值的比较结果，协调控制调相机强励控制模块以及MMC无功调节模块的投切状态，具体包括以下步骤：
当特高压混合级联直流输电系统出现交流故障，且交流母线电压UL与换相失败临界电压上限值Ucr2满足UL<Ucr2时，则投入所述调相机强励控制模块，使得调相机进入强励磁状态，并导致交流母线电压持续跌落，若跌落后的交流母线电压UL'与换相失败临界电压下限值Ucr1满足UL′<Ucr1时，则判定发生首次换相失败；
投入所述MMC无功调节模块，使得交流母线电压在由MMC无功调节模块控制的各MMC以及处于定熄弧角控制方式下的逆变侧LCC的作用下上升，若上升后的交流母线电压UL″大于换相失败临界电压上限值Ucr2时，则切除所述调相机强励控制模块，由所述MMC无功调节模块控制各MCC为特高压混合级联直流输电系统补偿所需无功；
经过预设延时后，若仍然能够保持交流母线电压大于换相失败临界电压上限值Ucr2，则表明交流母线电压未发生二次跌落；
当交流母线电压大于预设值时，所述预设值大于换相失败临界电压上限值Ucr2，表明系统恢复稳态运行，切除所述MMC无功调节模块。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述逆变侧LCC在特高压混合级联直流输电系统稳态运行情况下采用定直流电压控制方式；在特高压混合级联直流输电系统发生交流故障后，逆变侧LCC从定直流电压控制方式切换至定熄弧角控制方式。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述定直流电压控制方式是直流电压实际值Udc2与直流电压设定值
Figure BDA0003782621040000091
作差，再经PI调节后生成触发角α；
所述定熄弧角控制方式是取熄弧角γ一个周期内的最小值再与熄弧角设定值γ*作差，再经PI调节后生成触发角α。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，当调相机强励控制模块处于投入状态时，调相机进入强励状态，发出额定容量2倍以上无功功率。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，受端包括顺次级联的MMC1、MMC2和MMC3，三者均与受端的交流母线相连；
当MMC无功调节模块处于投入状态时，MMC1由定无功功率控制切换至定交流电压控制，提高无功功率输出；
MMC2和MCC3处于定无功功率控制，将熄弧角额定值γN与每一周期中熄弧角γ的最小值作差，通过PI环节以及限幅后得到所需无功功率补偿量的参考值ΔQ，再将参考值ΔQ平均分配给MMC2和MMC3；在MMC2和MCC3的定无功功率控制中，分别加入ΔQ/2，增大无功功率输出。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述定交流电压控制是将直流电压设定值Udc_ref与直流电压实际值Udc作差，再经PI环节生成有功电流id_ref传入内环电流控制器；
所述定无功功率控制是将无功功率设定值Qref与无功功率实际值Qm作差，再经PI环节生成无功电流iq_ref传入内环电流控制器。
下面结合一具体实施方式对本发明实施例中的方法进行详细说明。
首先介绍特高压混合级联直流输电系统的拓扑结构，整流侧和逆变侧各换流器的控制方式，给出系统重要参数，建立系统模型。
图1为特高压混合级联直流输电系统的拓扑，其中模型送端由四组十二脉动换流阀串联组成。受端采用十二脉动LCC与采用半桥子模块的模块化多电平换流器MMC混合级联构成，其中混合级联结构是由3组MMC并联再与1组LCC串联构成。两侧都设有交流滤波器。特高压混合级联直流输电系统主要参数如表1、表2所示。
表1
Figure BDA0003782621040000101
表2
Figure BDA0003782621040000102
整流侧LCC采用定直流电流控制，整流侧LCC控制图如图2所示。加入低电压限流控制(Voltage Dependent Current Order Limiters，VDCOL)防止发生故障时直流电压过低且直流电流过高而造成的对系统的影响。在正常运行情况下，整流侧通过电流控制器快速调节触发角α来保持直流电流恒定。具体地，直流电流实际值Idc1经低压限流环节整定后与直流电流设定值Id*c1比较取小，然后与直流电流实际值Idc1作差再经PI调节后生产触发角α。逆变侧LCC控制图如图3所示。定直流电压控制是逆变侧LCC的控制方式，控制部分还包括备用控制方式，所述控制方式为定熄弧角控制。定直流电压控制是直流电压实际值Udc2与直流电压设定值
Figure BDA0003782621040000111
作差再经PI调节后生成触发角α。定熄弧角控制作为备用控制方式是取熄弧角γ一个周期内的最小值再与熄弧角设定值γ*作差再经PI调节后生成触发角α。
MMC总控制图如图4所示。MMC采用双环控制，包括外环功率/电压控制器和内环电流控制器。外环功率/电压控制器须挑选一个有功功率物理量和一个无功功率物理量进行控制，图1中的模型受端MMC所选控制方式如表3所示。受端MMC采用内环电流控制器，具有快速的直流响应特性和良好的内在限流能力。有功功率物理量控制方式MMC1采用定直流电压控制，该控制方式是将直流电压设定值Udc_ref与直流电压实际值Udc作差再经PI环节生成有功电流id_ref，MMC2/3采用定有功功率控制，该控制方式是将有功功率设定值Pref与有功功率实际值Pm作差再经PI环节生成有功电流id_ref传入内环控制环节。无功功率物理量控制方式3个MMC均采用定无功功率控制，该控制方式是将无功功率设定值Qref与无功功率实际值Qm作差再经PI环节生成无功电流iq_ref传入内环控制环节。MMC内环控制环节接受来自外环控制的有功、无功电流的参考值id_ref和iq_ref。并快速跟踪参考电流，实现MMC交流侧电流波形和相位的直接控制。
表3
Figure BDA0003782621040000121
混合级联直流输电系统受端发生较为严重的交流故障后，根据首次换相失败以及连续换相失败的发生将系统响应分为2个阶段。
阶段1：故障发生至发生首次换相失败。在直流系统正常运行情况下，有式(1)成立：
Figure BDA0003782621040000122
式中：Xc为换相电抗；Id为直流电流；ULC为受端交流母线电压额定有效值；γ与β分别为逆变侧LCC换流器初始熄弧角和超前触发角。
故障发生后，受端交流母线电压持续跌落导致受端交流母线电压额定有效值减小至ULC’，直流电流上升为Id’，由于首次换相失败发生在交流故障后短时间内，这时直流控制系统没有足够的时间做出反应并采取措施，因此，在对首次换相失败进行分析时，直流控制系统对超前触发角β所采取的调节动作可以忽略不计，超前触发角β保持不变，γ’为故障后熄弧角实际值。则在故障期间式(2)成立：
Figure BDA0003782621040000123
由式(2)得，等式两边成立，则故障发生后熄弧角γ0相较于熄弧角整定值γ减小，当熄弧角γ’小于极限熄弧角γmin时，逆变侧LCC换流器发生首次换相失败。
阶段2：首次换相失败发生后系统恢复稳态运行过程。在发生首次换相失败后，直流控制系统立即增大超前触发角并且直流电流在低压限流指令下开始减小，但受端交流母线电压会因为直流系统从交流母线吸收了大量的无功功率而发生大的波动，从而引发交流母线电压的二次跌落，致使逆变侧LCC在系统恢复的过程中存在发生连续换相失败的风险。
为此，本发明实施例中为了改善故障期间系统暂态特性以及抑制受端LCC换流器连续换相失败，提出了结合调相机强励特性与MMC无功调节的协调控制方法，达到协调控制的目的。在具体实施过程中，Ucr1可以取0.94p.u.，Ucr2可以取0.97p.u.。所述协调控制方法的具体流程如图6所示。首先测量受端交流母线电压UL，当UL<Ucr2时，调相机采取强励控制，调相机进入强励磁状态需要一定的时间，此时UL短时间内会持续跌落，当UL<Ucr1时，投入MMC无功调节模块。此时系统中有由调相机发出的无功补偿量，因此由熄弧角差值所计算出的无功补偿量在MMC所承受范围之内，因此所需无功补偿值不会超出MMC无功输出能力。在发生首次换相失败后，UL在无功补偿以及直流控制系统的作用下上升，当UL>Ucr2时，调相机退出强励控制以保护设备本身，此时由MMC无功调节为系统补偿所需无功防止UL发生二次跌落，从而抑制连续换相失败的发生。经过延时后，若UL>Ucr2，则UL未发生二次跌落。当UL≥1时，系统恢复稳态运行，切除MMC无功调节模块。
调相机具有强励特性，短时能够发出额定容量2倍以上无功，优选地，本发明实施例中，调相机短时能够发出额定容量3.5倍的无功。调相机加装于直流受端，当系统发生严重故障导致电压大幅跌落时，调相机进入强励状态，为系统提供紧急无功电压支撑，有助于直流功率和系统电压迅速恢复，能够稳定受端交流母线电压。调相机与系统受端交流母线相连，所加入调相机系统的主要参数如表4所示。
表4
Figure BDA0003782621040000141
如图5所示，MMC无功调节模块中MMC1：在故障发生后有功量控制方式采用定直流电压控制的MMC1直流电流会增大，此时需要MMC1增大无功输出以补偿系统所需无功功率，若直接对无功量控制方式所采用的定无功功率控制中加大无功功率的设定值会导致无功电流同时增大，这样MMC1中所使用的IGBT就存在因过流而闭锁的风险。在故障发生后通过判断环节作用，将MMC1无功量控制改为定交流电压控制，因为系统交流电压Uac在交流故障发生后减小，则交流电压额定值Uacref与交流电压Uac的差值增大，经PI环节生成的iqref经限幅后传入内环电流控制器，增大无功功率输出。如图5所示，MMC无功调节模块中MMC2/3：在系统稳态运行情况下逆变侧LCC采用定直流电压控制，在交流故障发生后，根据判断环节指令切换至定熄弧角控制方式。同时将熄弧角额定值γN与每一周期中熄弧角γ的最小值作差，通过PI环节以及限幅后得到系统所需无功功率补偿量的参考值ΔQ，再将参考值平均分配给MMC2和MMC3。在MMC2/3定无功功率控制中，分别加入1/2ΔQ，从而增大无功功率输出。
实施例2
基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种抑制直流连续换相失败的控制装置，包括：
获取模块，用于获取特高压混合级联直流输电系统中受端的交流母线电压，以及换相失败临界电压上下限值；
协调控制模块，用于基于受端交流母线电压与换相失败临界电压上下限值的比较结果，协调控制调相机强励控制模块以及MMC无功调节模块的投切状态，使得交流母线电压与换相失败临界电压上下限值之间的关系满足预设的要求；其中，所述调相机强励控制模块投入使用时，控制调相机发出无功补偿，提高励磁电流；所述MMC无功调节模块投入使用时，控制各MMC增大无功功率输出。
其余部分均与实施例1相同。
实施例3
基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种抑制直流连续换相失败的控制系统，包括：
处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据前述任一项所述方法的步骤。
实施例4
在PSCAD/EMTDC中搭建本发明所介绍的特高压混合级联直流输电模型并对以下两种仿真案例进行对比分析：
案例1：特高压混合级联直流输电模型；
案例2：在案例1中的特高压混合级联直流输电模型中加入无功功率协调控制方法。
不同案例中系统各电气量仿真波形如图7所示。系统进入稳态运行后，在1s时在逆变侧换流母线处设置经接地电感三相短路故障，电感大小为0.4H，故障持续0.1s。由图7(a)得受端交流母线电压首次跌落程度减小，二次跌落至0.98p.u.，大于换相失败临界电压上限值，系统不存在换相失败风险。由图7(c)得熄弧角在受端交流母线电压二次跌落期间未跌落至0°，系统未发生直流连续换相失败。图8为调相机无功量波形图，图9为MMC无功输出波形图。可见故障期间调相机与MMC为系统提供了相应的无功补偿改善了系统各电气量波形，抑制了连续换相失败的发生。
由仿真结果可知，本发明所提供的抑制直流连续换相失败的控制方法在发生首次换相失败期间，减少了受端交流母线电压跌落程度，减缓了逆变侧LCC直流电流波动，改善了故障后系统暂态特性。通过对直流系统的无功功率补偿，减少了故障期间直流系统从受端电网吸收的无功功率，以此减小受端交流母线电压二次跌落幅度，避免了系统连续换相失败的发生。充分发挥了调相机强励运行与MMC自身所具备无功调节能力的特点，不仅通过二者之间的协调配合达到了改善系统暂态特性与抑制连续换相失败的目的，并且避免了调相机因长时间强励运行而损害自身使用寿命的问题，以及保证了在MMC发出额外无功补偿情况下，保持自身稳态运行。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种抑制直流连续换相失败的控制方法，其特征在于，包括：
获取特高压混合级联直流输电系统中受端的交流母线电压，以及换相失败临界电压上下限值；
基于受端交流母线电压与换相失败临界电压上下限值的比较结果，协调控制调相机强励控制模块以及MMC无功调节模块的投切状态，使得交流母线电压与换相失败临界电压上下限值之间的关系满足预设的要求；其中，所述调相机强励控制模块投入使用时，控制调相机发出无功补偿，提高励磁电流；所述MMC无功调节模块投入使用时，控制各MMC增大无功功率输出。
2.根据权利要求1所述的抑制直流连续换相失败的控制方法，其特征在于，所述换相失败临界电压上下限值Ucr2和Ucr1分别由下式定义：
Figure FDA0003782621030000011
Figure FDA0003782621030000012
其中，Req＝Rcr+Rd-Rci，Rcr＝(3/π)Xcr，Rci＝(3/π)Xci，ULC为受端交流母线电压额定有效值；β、γ分别为逆变侧LCC额定触发超前角和熄弧角；γmin为极限熄弧角；Xcr、Xci分别为整流侧和逆变侧的换相电抗；Rd为直流电阻；Udr0为整流侧不计触发延迟时的空载直流电压；αr为整流侧触发延迟角；k为换流变压器变比；b为串联桥的数目。
3.根据权利要求1或2所述的抑制直流连续换相失败的控制方法，其特征在于，所述基于受端交流母线电压与换相失败临界电压上下限值的比较结果，协调控制调相机强励控制模块以及MMC无功调节模块的投切状态，具体包括以下步骤：
当特高压混合级联直流输电系统出现交流故障，且交流母线电压UL与换相失败临界电压上限值Ucr2满足UL<Ucr2时，则投入所述调相机强励控制模块，使得调相机进入强励磁状态，并导致交流母线电压持续跌落，若跌落后的交流母线电压UL'与换相失败临界电压下限值Ucr1满足UL′<Ucr1时，则判定发生首次换相失败；
投入所述MMC无功调节模块，使得交流母线电压在由MMC无功调节模块控制的各MMC以及处于定熄弧角控制方式下的逆变侧LCC的作用下上升，若上升后的交流母线电压UL”大于换相失败临界电压上限值Ucr2时，则切除所述调相机强励控制模块，由所述MMC无功调节模块控制各MCC为特高压混合级联直流输电系统补偿所需无功；
经过预设延时后，若仍然能够保持交流母线电压大于换相失败临界电压上限值Ucr2，则表明交流母线电压未发生二次跌落；
当交流母线电压大于预设值时，所述预设值大于换相失败临界电压上限值Ucr2，表明系统恢复稳态运行，切除所述MMC无功调节模块。
4.根据权利要求3所述的抑制直流连续换相失败的控制方法，其特征在于：所述逆变侧LCC在特高压混合级联直流输电系统稳态运行情况下采用定直流电压控制方式；在特高压混合级联直流输电系统发生交流故障后，逆变侧LCC从定直流电压控制方式切换至定熄弧角控制方式。
5.根据权利要求4所述的抑制直流连续换相失败的控制方法，其特征在于：
所述定直流电压控制方式是直流电压实际值Udc2与直流电压设定值
Figure FDA0003782621030000031
作差，再经PI调节后生成触发角α；
所述定熄弧角控制方式是取熄弧角γ一个周期内的最小值再与熄弧角设定值γ*作差，再经PI调节后生成触发角α。
6.根据权利要求1所述的抑制直流连续换相失败的控制方法，其特征在于：当调相机强励控制模块处于投入状态时，调相机进入强励状态，发出额定容量2倍以上无功功率。
7.根据权利要求1所述的抑制直流连续换相失败的控制方法，其特征在于：受端包括顺次级联的MMC1、MMC2和MMC3，三者均与受端的交流母线相连；
当MMC无功调节模块处于投入状态时，MMC1由定无功功率控制切换至定交流电压控制，提高无功功率输出；
MMC2和MCC3处于定无功功率控制，将熄弧角额定值γN与每一周期中熄弧角γ的最小值作差，通过PI环节以及限幅后得到所需无功功率补偿量的参考值ΔQ，再将参考值ΔQ平均分配给MMC2和MMC3；在MMC2和MCC3的定无功功率控制中，分别加入ΔQ/2，增大无功功率输出。
8.根据权利要求7所述的抑制直流连续换相失败的控制方法，其特征在于：
所述定交流电压控制是将直流电压设定值Udc_ref与直流电压实际值Udc作差，再经PI环节生成有功电流id_ref传入内环电流控制器；
所述定无功功率控制是将无功功率设定值Qref与无功功率实际值Qm作差，再经PI环节生成无功电流iq_ref传入内环电流控制器。
9.一种抑制直流连续换相失败的控制装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取特高压混合级联直流输电系统中受端的交流母线电压，以及换相失败临界电压上下限值；
协调控制模块，用于基于受端交流母线电压与换相失败临界电压上下限值的比较结果，协调控制调相机强励控制模块以及MMC无功调节模块的投切状态，使得交流母线电压与换相失败临界电压上下限值之间的关系满足预设的要求；其中，所述调相机强励控制模块投入使用时，控制调相机发出无功补偿，提高励磁电流；所述MMC无功调节模块投入使用时，控制各MMC增大无功功率输出。
10.一种抑制直流连续换相失败的控制系统，其特征在于，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1-8中任一项所述方法的步骤。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117955148A (zh) * 2024-03-26 2024-04-30 浙江大学 一种混合多馈入直流输电系统换相失败故障协同恢复方法
CN117955148B (zh) * 2024-03-26 2024-05-28 浙江大学 一种混合多馈入直流输电系统换相失败故障协同恢复方法

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