CN116014787A - 一种可控换相换流器主辅支路切换方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控换相换流器主辅支路切换方法及系统，当两个桥臂开始自然换相时，开启一个窗口期；在窗口期内，比较关断阀的电流值是否下降到实时动态调整得到的切换电流值；当窗口期结束时，关断阀的电流值未下降到实时动态调整得到的切换电流值，启动主辅支路切换，从而实现能消除因测量误差、信号处理时延等原因引起不能可靠换相的情况。

Description

一种可控换相换流器主辅支路切换方法及系统

技术领域

本发明涉及直流输电系统技术领域，具体涉及一种可控换相换流器主辅支路切换方法及系统。

背景技术

传统的电网换相高压直流(line commutated converter high voltage directcurrent，LCC-HVDC)输电系统具有远距离大容量输电、有功功率可控等优势，在世界范围内广泛应用。但由于其换流器采用的晶闸管需要依赖交流系统提供换相电压，故而在交流系统故障等情况下容易发生换相失败，导致直流电流激增，直流传输功率迅速大量损失。此外，近年来我国部分区域电网已有多条直流馈入，一旦某回直流线路发生换相失败，则通过交流系统耦合可能带来多回直流线路的连锁换相失败，给电网的安全稳定运行带来更严峻的挑战。

为了解决LCC-HVDC系统换相失败难题，一种结合LCC换流器和VSC换流器二者优势的可控换相换流器被提了出来，其拓扑如图1所示，每个6脉动换流桥由主支路和辅助支路并联构成，主支路由主支路晶闸管阀V₁₁和低压IGBT阀V₁₂联构成，辅助支路由高压小电流IGBT阀V₁₃和高压小电流晶闸管阀V₁₄串联构成。

由可控换相换流器工作原理可知，为实现可控关断，必须将主支路的电流转换至辅助支路，通过关断主支路V₁₂阀同时触发辅助支路V₁₃阀V₁₄阀实现主辅支路的切换，由于主辅支路中均串联饱和电抗器，电流不能突变，V₁₂阀关断后V₁₂的并联电容会继续充电，如果主辅支路切换时刻过早，V₁₂阀关断电流过大，V₁₂阀的并联电容的充电电流和充电时间将过长，使V₁₂阀的电压超过V₁₂阀避雷器动作电压，V₁₂阀避雷器将不能长期安全运行；V₁₂阀的并联电容的充电电压可为V₁₁阀提供额外的关断电压，当交流侧发生故障时V₁₁阀可能仅仅依靠该电压关断，若主辅支路切换时刻过晚，则V₁₂阀的并联电容充电电压过低，将不利于故障工况下V₁₁阀的可靠关断。如何合理地设计可控换相换流器主辅支路切换策略，对于可控换相换流器的可靠运行至关重要。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的可控换相换流器不能可控关断的缺陷，从而提供一种可控换相换流器主辅支路切换方法及系统。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种可控换相换流器主辅支路切换方法，可控换相换流器包括由多个桥臂组成，每个桥臂包括多个换流阀，每个换流阀均由主支路及辅助支路并联构成，切换方法包括：当两个桥臂开始自然换相时，开启一个窗口期；在窗口期内，比较关断阀的电流值是否下降到实时动态调整得到的切换电流值；当窗口期结束时，关断阀的电流值未下降到实时动态调整得到的切换电流值，启动主辅支路切换。

在一实施例中，当在窗口期内，关断阀的电流值下降到实时动态调整得到的切换电流值，启动主辅支路切换。

在一实施例中，主支路由主支路晶闸管阀及低压IGBT阀串联连接构成，低压IGBT并联连接电容及避雷器；辅助支路由高压IGBT阀及高压晶闸管阀串联连接构成。

在一实施例中，启动主辅支路切换过程，包括：关闭低压IGBT阀，同时触发高压IGBT阀及高压晶闸管阀。

在一实施例中，动态调整切换电流值的过程包括：基于主支路晶闸管阀所需关断电压、避雷器的起始动作电压，确定电容电压基准值；基于主支路内部电容电压实时值及电容电压基准值，实时动态调整切换电流值。

在一实施例中，基于主支路晶闸管阀所需关断电压、避雷器的起始动作电压，确定电容电压基准值的过程，包括：基于主支路晶闸管阀所需关断电压、避雷器的起始动作电压，分别确定电容充电电压下限值、电容电压上限值；根据电容充电电压下限值、电容电压上限值，分别确定主辅支路切换电流下限值及上限值；将主辅支路切换电流下限值及上限值的平均值，作为主辅支路切换电流基准值；基于主辅支路切换电流基准值，反向确定电容电压基准值。

在一实施例中，基于主支路内部电容电压实时值及电容电压基准值，实时动态调整切换电流值的过程，包括：基于主支路内部电容电压实时值及电容电压基准值，利用比例积分环节及比例环节，得到切换电流调整量；利用切换电流调整量，动态调整切换电流值。

第二方面，本发明实施例提供一种可控换相换流器主辅支路切换系统，可控换相换流器包括由多个桥臂组成，每个桥臂包括多个换流阀，每个换流阀均由主支路及辅助支路并联构成，切换系统包括：开启模块，用于当两个桥臂开始自然换相时，开启一个窗口期；比较模块，用于在窗口期内，比较关断阀的电流值是否下降到实时动态调整得到的切换电流值；切换模块，用于当窗口期结束时，关断阀的电流值未下降到实时动态调整得到的切换电流值，启动主辅支路切换。

第三方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行本发明实施例第一方面的可控换相换流器主辅支路切换方法。

第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行本发明实施例第一方面的可控换相换流器主辅支路切换方法。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的可控换相换流器主辅支路切换方法及系统，当两个桥臂开始自然换相时，开启一个窗口期；在窗口期内，比较关断阀的电流值是否下降到实时动态调整得到的切换电流值；当窗口期结束时，关断阀的电流值未下降到实时动态调整得到的切换电流值，启动主辅支路切换，从而实现能消除因测量误差、信号处理时延等原因引起不能可靠换相的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的可控换相换流器拓扑；

图2为本发明实施例提供的换流器自然换相工作状态阀电压电流波形；

图3为本发明实施例提供的切换方法的一个具体示例的流程图；

图4为本发明实施例提供的换流器换相窗口辅助换相时序图；

图5为本发明实施例提供的换流器自然换相工作状态阀辅助换相时序图；

图6为本发明实施例提供的切换方法的另一个具体示例的流程图；

图7为本发明实施例提供的切换方法的另一个具体示例的流程图；

图8为本发明实施例提供的主辅支路切换电流控制逻辑；

图9为本发明实施例提供的切换方法的具体流程图；

图10为本发明实施例提供的计算机设备一个具体示例的组成图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本发明实施例提供一种可控换相换流器主辅支路切换方法，如图1所示，可控换相换流器包括由多个桥臂组成，每个桥臂包括多个换流阀，每个换流阀均由主支路及辅助支路并联构成，主支路由主支路晶闸管阀V₁₁及低压IGBT阀V₁₂串联连接构成，低压IGBT并联连接电容及避雷器；辅助支路由高压IGBT阀V₁₃及高压晶闸管阀V₁₄串联连接构成。

可控换相换流器工作原理为：主支路周期性导通，流过直流电流；当主支路导通120°后，通过低压IGBT阀将主支路晶闸管阀电流转移到可控关断的辅助支路，等待主晶闸管阀恢复关断能力之后(500μs)，利用高压IGBT阀的关断电流特性恢复该桥臂的正向阻断能力，成功完成桥臂间换相，换流器中每侧换流阀(V1、V3、V5/V2、V4、V6)的电压电流波形如图2所示，邻相之间的编号同为奇数或同为偶数的阀自然换相(例如V1、V3换相，V3、V5换相，以此类推)；不管是稳态还是交流故障期间均可实现桥臂电流可控，100％解决换相失败问题。

基于图1所示拓扑，如图3所示，本发明实施例的切换方法包括：

步骤S11：当两个桥臂开始自然换相时，开启一个窗口期。

示例性地，以图1中V1阀向V3自然换相为例(如图2所示)，V3阀触发后开启一个窗口期t_w，在窗口期内实时监测V1阀的电流。

步骤S12：在窗口期内，比较关断阀的电流值是否下降到实时动态调整得到的切换电流值。

具体地，在可控换相换流器运行过程中，为了实现在各种工况下，可控换相换流器可控关断，本发明实施例以主支路内部电容电压的基准值为目标值，实时动态调整切换电流值，并利用切换电流值，判断是否需要强迫进行主辅支路切换。

步骤S13：当窗口期结束时，关断阀的电流值未下降到实时动态调整得到的切换电流值，启动主辅支路切换。

具体地，当在窗口期内关断阀的电流没有下降到切换电流值，则在窗口期结束时，强迫进行主辅支路切换，如图4所示；当在窗口期内，关断阀的电流值下降到实时动态调整得到的切换电流值，启动主辅支路切换，如图5所示。

示例性地，基于图1所示拓扑，以关断阀为V1阀为例，启动主辅支路切换过程，包括：关断V1阀主支路V₁₂阀同时触发辅助支路V₁₃阀V₁₄阀，实现V1阀的主辅支路切换。

在一具体实施例中，如图6所示，动态调整切换电流值的过程包括：

步骤S21：基于主支路晶闸管阀所需关断电压、避雷器的起始动作电压，确定电容电压基准值。

具体地，本发明实施例的电容电压基准值由电容电压上限值、下限值确定，而电容电压上限值、下限值则是由图1所示电路拓扑以及主支路晶闸管阀所需关断电压、避雷器的起始动作电压确定。

可选地，如图7所示，确定电容电压基准值的过程，包括：

步骤S31：基于主支路晶闸管阀所需关断电压、避雷器的起始动作电压，分别确定电容充电电压下限值、电容电压上限值。

步骤S32：根据电容充电电压下限值、电容电压上限值，分别确定主辅支路切换电流下限值及上限值。

示例性地，以图1拓扑为例，V₁₁阀晶闸管所需关断电压U_thy确定V₁₂阀并联电容充电电压下限值U_{c_min}，然后根据并联电容充电电压下限值U_{c_min}确定主辅支路切换电流下限值I_{ma_min}，根据图1拓扑结构，三者有如下关系：

U_thy∝U_{c_min}∝I_{ma_min}(1)

当需要确定I_{ma_min}具体数值时，可建立图1所示等效仿真电路，令主辅支路切换换流取不同数值，直至V₁₂阀并联电容充电电压为U_{c_min}，此时的主辅支路切换电流值即I_{ma_min}。

根据V₁₂阀避雷器的起始动作电压U_ar12确定V₁₂阀并联电容电压上限值U_{c_max}，然后根据并联电容充电电压上限值确定主辅支路切换电流上限值I_{ma_max}，根据图1拓扑结构，三者有如下关系：

U_ar12∝U_{c_max}∝I_{ma_max}(2)

当需要确定I_{ma_min}具体数值时，可建立图1所示等效仿真电路，令主辅支路切换电流取不同数值，直至V₁₂阀并联电容充电电压为U_{c_max}，此时的主辅支路切换电流值即I_{ma_max}。

步骤S33：将主辅支路切换电流下限值及上限值的平均值，作为主辅支路切换电流基准值。

步骤S34：基于主辅支路切换电流基准值，反向确定电容电压基准值。

示例性地，将主辅支路切换电流上下限值的平均值作为主辅支路切换电流的基准值I_aim，根据主辅支路切换电流的基准值反向确定V₁₂阀并联电容电压的基准值U_{c_aim}。

当需要确定U_{c_aim}具体数值时，可建立图1所示等效仿真电路，令主辅支路切换换流取I_aim，此时V₁₂阀并联电容充电电压即U_{c_aim}。

步骤S22：基于主支路内部电容电压实时值及电容电压基准值，实时动态调整切换电流值。

可选地，本发明实施例基于主支路内部电容电压实时值及电容电压基准值，利用比例积分环节及比例环节，得到切换电流调整量；利用切换电流调整量，动态调整切换电流值。

具体地，本发明实施例基于图8所示动态调整逻辑图，将电容电压的基准值作为目标值U_{c_aim}，将电容电压实测值U_c作为输入变量，实时动态调节主辅支路切换电流。

本发明实施例基于上述步骤，切换方法如图9所示，在两个桥臂开始自然换相时，开启一个窗口期，在窗口期内实时监测关断阀的电流，若在窗口期内关断阀的电流没有下降到切换电流值，则在窗口期结束时关断主支路V₁₂阀同时触发辅助支路V₁₃阀V₁₄阀，实现主辅支路切换，该策略可以确保当交流侧突然发生故障导致换相电流激增时，仍能实现主辅支路切换；将电容电压的基准值作为目标值，实时动态调节主辅支路切换电流，该策略能消除因测量误差、信号处理时延等原因引起的V₁₂阀并联电容电压波动。

实施例2

本发明实施例提供一种可控换相换流器主辅支路切换系统，可控换相换流器包括由多个桥臂组成，每个桥臂包括多个换流阀，每个换流阀均由主支路及辅助支路并联构成，切换系统包括：

开启模块，用于当两个桥臂开始自然换相时，开启一个窗口期；此模块执行实施例1中的步骤S1所描述的方法，在此不再赘述。

比较模块，用于在窗口期内，比较关断阀的电流值是否下降到实时动态调整得到的切换电流值；此模块执行实施例1中的步骤S1所描述的方法，在此不再赘述。

切换模块，用于当窗口期结束时，关断阀的电流值未下降到实时动态调整得到的切换电流值，启动主辅支路切换；此模块执行实施例1中的步骤S1所描述的方法，在此不再赘述。

实施例3

本发明实施例提供一种计算机设备，如图10所示，包括：至少一个处理器401，例如CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，至少一个通信接口403，存储器404，至少一个通信总线402。其中，通信总线402用于实现这些组件之间的连接通信。其中，通信接口403可以包括显示屏(Display)、键盘(Keyboard)，可选通信接口403还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器404可以是高速RAM存储器(Ramdom Access Memory，易挥发性随机存取存储器)，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器404可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器401的存储装置。其中处理器401可以执行实施例1的可控换相换流器主辅支路切换方法。存储器404中存储一组程序代码，且处理器401调用存储器404中存储的程序代码，以用于执行实施例1的可控换相换流器主辅支路切换方法。

其中，通信总线402可以是外设部件互连标准(peripheral componentinterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry standardarchitecture，简称EISA)总线等。通信总线402可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图10中仅用一条线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器404可以包括易失性存储器(英文：volatile memory)，例如随机存取存储器(英文：random-access memory，缩写：RAM)；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatile memory)，例如快闪存储器(英文：flash memory)，硬盘(英文：hard diskdrive，缩写：HDD)或固降硬盘(英文：solid-state drive，缩写：SSD)；存储器404还可以包括上述种类的存储器的组合。

其中，处理器401可以是中央处理器(英文：central processing unit，缩写：CPU)，网络处理器(英文：network processor，缩写：NP)或者CPU和NP的组合。

其中，处理器401还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(英文：application-specific integrated circuit，缩写：ASIC)，可编程逻辑器件(英文：programmable logic device，缩写：PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(英文：complex programmable logic device，缩写：CPLD)，现场可编程逻辑门阵列(英文：field-programmable gate array，缩写：FPGA)，通用阵列逻辑(英文：generic arraylogic,缩写：GAL)或其任意组合。

可选地，存储器404还用于存储程序指令。处理器401可以调用程序指令，实现如本申请执行实施例1中的可控换相换流器主辅支路切换方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行实施例1的可控换相换流器主辅支路切换方法。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固降硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种可控换相换流器主辅支路切换方法，其特征在于，所述可控换相换流器包括由多个桥臂组成，每个桥臂包括多个换流阀，每个换流阀均由主支路及辅助支路并联构成，所述切换方法包括：

当两个桥臂开始自然换相时，开启一个窗口期；

在窗口期内，比较关断阀的电流值是否下降到实时动态调整得到的切换电流值；

当窗口期结束时，关断阀的电流值未下降到实时动态调整得到的切换电流值，启动主辅支路切换。

2.根据权利要求1所述的可控换相换流器主辅支路切换方法，其特征在于，

当在窗口期内，关断阀的电流值下降到实时动态调整得到的切换电流值，启动主辅支路切换。

3.根据权利要求2所述的可控换相换流器主辅支路切换方法，其特征在于，

所述主支路由主支路晶闸管阀及低压IGBT阀串联连接构成，所述低压IGBT并联连接电容及避雷器；

所述辅助支路由高压IGBT阀及高压晶闸管阀串联连接构成。

4.根据权利要求3所述的可控换相换流器主辅支路切换方法，其特征在于，所述启动主辅支路切换过程，包括：

关闭低压IGBT阀，同时触发高压IGBT阀及高压晶闸管阀。

5.根据权利要求3所述的可控换相换流器主辅支路切换方法，其特征在于，动态调整切换电流值的过程包括：

基于所述主支路晶闸管阀所需关断电压、所述避雷器的起始动作电压，确定电容电压基准值；

基于所述主支路内部电容电压实时值及电容电压基准值，实时动态调整切换电流值。

6.根据权利要求5所述的可控换相换流器主辅支路切换方法，其特征在于，所述基于所述主支路晶闸管阀所需关断电压、所述避雷器的起始动作电压，确定电容电压基准值的过程，包括：

基于所述主支路晶闸管阀所需关断电压、所述避雷器的起始动作电压，分别确定电容充电电压下限值、电容电压上限值；

根据电容充电电压下限值、电容电压上限值，分别确定主辅支路切换电流下限值及上限值；

将主辅支路切换电流下限值及上限值的平均值，作为主辅支路切换电流基准值；

基于主辅支路切换电流基准值，反向确定电容电压基准值。

7.根据权利要求5所述的可控换相换流器主辅支路切换方法，其特征在于，基于所述主支路内部电容电压实时值及电容电压基准值，实时动态调整切换电流值的过程，包括：

基于所述主支路内部电容电压实时值及电容电压基准值，利用比例积分环节及比例环节，得到切换电流调整量；

利用所述切换电流调整量，动态调整切换电流值。

8.一种可控换相换流器主辅支路切换系统，其特征在于，所述可控换相换流器包括由多个桥臂组成，每个桥臂包括多个换流阀，每个换流阀均由主支路及辅助支路并联构成，所述切换系统包括：

开启模块，用于当两个桥臂开始自然换相时，开启一个窗口期；

比较模块，用于在窗口期内，比较关断阀的电流值是否下降到实时动态调整得到的切换电流值；

切换模块，用于当窗口期结束时，关断阀的电流值未下降到实时动态调整得到的切换电流值，启动主辅支路切换。

9.一种计算机设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1-7中任一所述的可控换相换流器主辅支路切换方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-7中任一所述的可控换相换流器主辅支路切换方法。

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