CN116207997B - 一种可控换相换流器主支路全控阀关断控制方法及系统 - Google Patents
一种可控换相换流器主支路全控阀关断控制方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种可控换相换流器主支路全控阀关断控制方法及系统，方法包括：当换流阀以正常交替运行控制时序运行时，阀控根据接收和采集到的模拟量和采集量信息适时调整主支路全控阀的关断时刻，当其关断电压高于参考值时在下周期延时关断，当其关断电压低于参考值时于下周期提前关断。采用该控制策略后，可以保证主支路全控阀关断满足运行要求，从而提高可控换相换流阀的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及换流阀技术领域，具体涉及一种可控换相换流器主支路全控阀关断控制方法及系统。
背景技术
基于电网换相换流器的高压直流输电技术(line commutated converter highvoltage direct current，LCC-HVDC)具有输电容量大、距离远、效率高、损耗低、占地少的优势，全球范围内得到广泛应用。由于基本元件晶闸管的半控特征，当交流系统因故障等原因导致LCC-HVDC系统受端换流站母线交流电压畸变或者跌落，晶闸管无法可靠关断，换流器即发生换相失败，这也是常规LCC换流器的独有故障形式。为了解决换相失败问题，目前已有一种新型具有可控关断能力的可控换相换流器(Controllable Line-commutatedConverter，CLCC)拓扑，其通过全控型器件IGBT和半控型器件晶闸管混用，利用IGBT辅助实现晶闸管可靠恢复和关断，实现桥臂间可控换相。
但是当系统没有交流故障时，换流阀以正常交替运行控制时序运行，阀控根据接收和采集到的模拟量和采集量信息计算并判断主支路全控阀的关断时刻Toff12，因此Toff12是动态变化的，会根据实际运行情况适时调节，如果阀控计算的V12关断时刻Toff12不准确或测量装置异常时，导致V12并联避雷器吸能超限而损坏，进而影响换流阀的正常运行。
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的主支路全控阀关断过早或过晚的问题，从而提供一种可控换相换流器主支路全控阀关断控制方法及系统。
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支路全控阀关断控制方法，应用于可控换相换流器正常运行时，可控换相换流器的每个桥臂均由主支路及辅助支路并联连接构成，其中，主支路包括全控阀，当换流器桥臂之间正常交替运行时，控制方法包括：基于本周期换流变压器阀侧电流及主支路关断电流参考值，判断是否发出关断脉冲至主支路的全控阀；根据本周期主支路的全控阀单极平均关断电压峰值，并判断其是否在关断电压参考值区间内；当单极平均关断电压峰值未落在关断电压参考值区间内时，调节下一周期的主支路关断电流参考值，直至单极平均关断电压峰值落在关断电压参考值区间内为止。
在一实施例中，可控换相换流器主支路全控阀关断控制方法还包括：当单极平均关断电压峰值落在关断电压参考值区间内时，返回“基于本周期换流变压器阀侧电流及主支路关断电流参考值，判断是否发出关断脉冲至主支路的全控阀”的步骤。
在一实施例中，基于本周期换流变压器阀侧电流，判断是否发出关断脉冲至主支路的全控阀的过程，包括：获取本周期换流变压器阀侧电流，并将其与主支路关断电流参考值比较；当本周期换流变压器阀侧电流不大于主支路关断电流参考值时，发出关断脉冲至主支路的全控阀。
在一实施例中，当单极平均关断电压峰值未落在关断电压参考值区间内时，调节下一周期的主支路关断电流参考值的过程，包括：当单极平均关断电压峰值小于最小关断电压参考值时，以第一预设调节步长，将下一周期的主支路关断电流参考值调大，以将下一周期主支路的全控阀的关断时间提前；当单极平均关断电压峰值大于最大关断电压参考值时，以第二预设调节步长，将下一周期的主支路关断电流参考值调小，以将下一周期主支路的全控阀的关断时间延后。
在一实施例中，第一预设调节步长小于第二预设调节步长。
在一实施例中，基于本周期换流变压器阀侧电流，判断是否发出关断脉冲至主支路的全控阀的过程，还包括：结合多种稳态运行条件下桥臂电流下降至关断电流参考值所需最大时间，设置主支路全控阀的关断时间上限值。
在一实施例中，当强迫换相时，还包括：当接收到当前桥臂触发信号时，触发当前桥臂主支路的全控阀及辅助支路的全控阀；当接收到换相信号时，关断主支路的全控阀；延时预设时间后，关断辅助支路的全控阀。
第二方面，本发明实施例提供一种可控换相换流器主支路全控阀关断控制系统，包括：第一判断模块，用于基于本周期换流变压器阀侧电流及主支路关断电流参考值，判断是否发出关断脉冲至主支路的全控阀；第二判断模块，用于根据本周期主支路的全控阀单极平均关断电压峰值，并判断其是否在关断电压参考值区间内；调节模块，用于当单极平均关断电压峰值未落在关断电压参考值区间内时，调节下一周期的主支路关断电流参考值，直至单极平均关断电压峰值落在关断电压参考值区间内为止。
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支路全控阀关断控制方法。
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支路全控阀关断控制方法。
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支路全控阀关断控制方法及系统，当换流阀以正常交替运行控制时序运行时，阀控根据接收和采集到的模拟量和采集量信息适时调整主支路全控阀的关断时刻，当其关断电压高于参考值时在下周期延时关断，当其关断电压低于参考值时于下周期提前关断。采用该控制策略后，可以保证主支路全控阀关断满足运行要求，从而提高可控换相换流阀的可靠性。
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阀拓扑结构；
图2为本发明实施例提供的可控换相换流阀强迫换相控制时序；
图3为本发明实施例提供的可控换相换流阀正常交替运行控制时序；
图4为本发明实施例提供的控制方法的一个具体示例的流程图；
图5为本发明实施例提供的换流变阀侧电流测点；
图6为本发明实施例提供的控制方法的具体流程图；
图7为本发明实施例提供的换流变阀侧电流波形(a相)；
图8为本发明实施例提供的控制系统的一个具体示例的组成图；
图9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
可控换相换流阀将每个桥臂拓展为主、辅两条支路并联结构，以晶闸管阀串联少量IGBT器件为主支路，由IGBT阀串联晶闸管阀构成辅助支路，如图1所示。主支路晶闸管阀V11电路结构与常规LCC换流器所采用的串联晶闸管阀保持一致，主支路IGBT阀V12由少量IGBT串联构成，用以关断主支路电流并将其转移至辅助支路；辅助支路由IGBT阀V13和晶闸管阀V14串联构成，具备大电流关断能力和反向电压耐受能力，交流系统故障导致桥臂电流不能自然过零时，辅助支路可通过主动关断将电流强迫转移至其它桥臂，实现强迫换相，避免换相失败发生。
具体地，当强迫换相时，当接收到当前桥臂触发信号时，触发当前桥臂主支路的全控阀及辅助支路的全控阀；当接收到换相信号时，关断主支路的全控阀；延时预设时间后，关断辅助支路的全控阀。
以六脉动桥中的桥臂1为例。
强迫换相运行控制时序如图2所示。桥臂各支路开通关断以极控下发的CP信号为基准，各支路开关顺序如下：
(1)Tcp1时刻，阀控接收到极控下发的桥臂1触发命令(CP1信号)后，同时触发导通V11、V12、V13阀；
(2)CP信号下达后约6.67ms(120°)的Tcp3时刻，阀控接收到桥臂3触发信号CP3，桥臂1开始向桥臂3换相；
(3)Tcp3时刻，V12关断，V14开通，V14导通区间Tcon14；
(4)Toff13时刻，V13关断，相对于V12关断时刻的延时为ΔT。
正常交替运行控制时序如图3所示。桥臂各支路开通关断以极控下发的CP信号为基准，各支路开关顺序如下：
(1)Tcp1时刻，阀控接收到极控下发的桥臂1触发命令(CP1信号)后，同时触发导通V11、V12、V13阀；
(2)CP信号下达后约6.67ms(120°)的Tcp3时刻，阀控接收到桥臂3触发信号CP3，桥臂1开始向桥臂3换相，此时阀控根据接收和采集到的模拟量和采集量信息开始计算或判断V12的关断时刻Toff12；
(3)Toff12时刻，V12关断，V14开通，V14导通区间Tcon14；
(4)Toff13时刻，V13关断，相对于V12关断时刻的延时为ΔT。
可选地，为保证可控换相换流阀正常运行，针对正常交替运行控制时序，本发明实施例提供一种可控换相换流器主支路全控阀关断控制方法，通过调节V12的关断时刻Toff12，以解决V12关断过早或过晚的问题。如图4所示，控制方法包括：
步骤S11：基于本周期换流变压器阀侧电流及主支路关断电流参考值，判断是否发出关断脉冲至主支路的全控阀。
具体地，Toff12时刻以图3中Tcp3为计时零点，通过将实测的换流变阀侧三相电流与桥臂主支路关断电流参考值Id_off进行比较产生。图5所示为换流变阀侧电流测点位置，电流互感器位于换流变与换流阀之间，其测量的三相电流为换流器桥臂电流。
可选地，步骤S11可以包括：(1)获取本周期换流变压器阀侧电流，并将其与主支路关断电流参考值比较；(2)当本周期换流变压器阀侧电流不大于主支路关断电流参考值时，发出关断脉冲至主支路的全控阀。
可选地，当单极平均关断电压峰值落在关断电压参考值区间内时，返回“基于本周期换流变压器阀侧电流及主支路关断电流参考值，判断是否发出关断脉冲至主支路的全控阀”的步骤。
具体地，当单极平均关断电压峰值落在关断电压参考值区间内时，则无需修改下一周期的主支路关断电流参考值，在下一周期时，根据本周期换流变压器阀侧电流及主支路关断电流参考值，调节下下一周期的主支路关断电流参考值。
具体地，以a相电流为例，本发明实施例的控制方法如图6所示，电流互感器测量本周期换流变阀侧电流IVY(a)，阀控将IVY(a)与主支路关断电流参考值Id_off进行比较，当IVY(a)≤Id_off时，再进行步骤S12，否则返回步骤S11。
步骤S12：根据本周期主支路的全控阀单极平均关断电压峰值，并判断其是否在关断电压参考值区间内。
步骤S13：当单极平均关断电压峰值未落在关断电压参考值区间内时，调节下一周期的主支路关断电流参考值，直至单极平均关断电压峰值落在关断电压参考值区间内为止。
具体地，以a相电流为例，该电流正方向部分为桥臂1的电流，负向部分为桥臂4的电流，如图7所示。当阀控接收到CP3信号后，阀控将采集到的电流IVY(a)的绝对值与关断电流参考值Id_off进行比较，当IVY(a)的绝对值等于或低于关断电流参考值Id_off时，该时刻即为V12关断时刻Toff12，立即关断V12。
具体地，当换流阀正常运行时，为保障V12关断电压处于合理范围以内，需要对Toff12计算偏差进行一定程度的补偿，允许阀控根据V12关断时刻计算值及上一周期的关断电压进行微调，以接近期望的关断电压值，具体如下：
(1)当单极平均关断电压峰值小于最小关断电压参考值时，以第一预设调节步长，将下一周期的主支路关断电流参考值调大，以将下一周期主支路的全控阀的关断时间提前；
(2)当单极平均关断电压峰值大于最大关断电压参考值时，以第二预设调节步长，将下一周期的主支路关断电流参考值调小，以将下一周期主支路的全控阀的关断时间延后。
具体地，如图6所示，阀控每周期监测V12单级IGBT的关断电压UV12，并将V12平均每级关断期间的电压峰值UV12A与关断参考电压对比，允许阀控根据对比结果将V12实际关断时刻Toff12s进行微调，调整原则：设定V12的关断电压参考值区间为[UV12LOW，UV12UP]，V12当UV12低于参考电压下限UV12LOW，下一个周期将关断时间提前，将关断电流参考值Id_off增加，增加调节步长为ΔIINL，直至关断电压落入[UV12LOW，UV12UP]范围内；当UV12高于参考电压UV12UP，下一个周期将关断时间延后，将关断电流参考值Id_off减小，调节步长为ΔIDEL，直到关断电压UV12落入[UV12LOW，UV12UP]区间范围内，规定关断电流参考值Id_off永远处于[ILOW，IUP]区间内。
可选地，上述控制逻辑中所涉及的调节阈值存在以下关系：ΔIDEL＞ΔIINL，当V12关断电压高于参考值时，能够保证V12关断电压迅速下调，使V12并联避雷器能够迅速减少吸能，提高运行可靠性。
在一具体实施例中，基于本周期换流变压器阀侧电流，判断是否发出关断脉冲至主支路的全控阀的过程，还包括：结合多种稳态运行条件下桥臂电流下降至关断电流参考值所需最大时间，设置主支路的全控阀的关断时间上限值。
具体地，当发生交流故障或测量异常时，阀控接收的桥臂电流可能持续高于关断电流参考值，为防止V12阀关断过迟，需设定Toff12上限时刻，即V12关断截止时间Td12，考虑各种稳态运行条件下桥臂电流下降至关断电流参考值Id_off所需最大时间。
实施例2
本发明实施例提供一种可控换相换流器主支路全控阀关断控制系统，如图8所示，包括：
第一判断模块1，用于基于本周期换流变压器阀侧电流及主支路关断电流参考值，判断是否发出关断脉冲至主支路的全控阀；此模块执行实施例1中的步骤S11所描述的方法，在此不再赘述。
第二判断模块2，用于根据本周期主支路的全控阀单极平均关断电压峰值，并判断其是否在关断电压参考值区间内；此模块执行实施例1中的步骤S12所描述的方法，在此不再赘述。
调节模块3，用于当单极平均关断电压峰值未落在关断电压参考值区间内时，调节下一周期的主支路关断电流参考值，直至单极平均关断电压峰值落在关断电压参考值区间内为止；此模块执行实施例1中的步骤S13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9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支路全控阀关断控制方法。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支路全控阀关断控制方法。
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9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支路全控阀关断控制方法。
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支路全控阀关断控制方法。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(HardDisk 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 (8)
1.一种可控换相换流器主支路全控阀关断控制方法，其特征在于，所述可控换相换流器的每个桥臂均由主支路及辅助支路并联连接构成，其中，主支路包括全控阀，当换流器桥臂之间正常交替运行时，控制方法包括：
基于本周期换流变压器阀侧电流及主支路关断电流参考值，判断是否发出关断脉冲至所述主支路的全控阀；
根据本周期主支路的全控阀单极平均关断电压峰值，并判断其是否在关断电压参考值区间内；
当单极平均关断电压峰值未落在关断电压参考值区间内时，调节下一周期的主支路关断电流参考值，直至单极平均关断电压峰值落在关断电压参考值区间内为止；
基于本周期换流变压器阀侧电流，判断是否发出关断脉冲至所述主支路的全控阀的过程，包括：获取本周期换流变压器阀侧电流，并将其与主支路关断电流参考值比较；当本周期换流变压器阀侧电流不大于主支路关断电流参考值时，发出关断脉冲至所述主支路的全控阀；
当单极平均关断电压峰值未落在关断电压参考值区间内时，调节下一周期的主支路关断电流参考值的过程，包括：当单极平均关断电压峰值小于最小关断电压参考值时，以第一预设调节步长，将下一周期的主支路关断电流参考值调大，以将下一周期主支路的全控阀的关断时间提前；当单极平均关断电压峰值大于最大关断电压参考值时，以第二预设调节步长，将下一周期的主支路关断电流参考值调小，以将下一周期主支路的全控阀的关断时间延后。
2.根据权利要求1所述的可控换相换流器主支路全控阀关断控制方法，其特征在于，还包括：
当单极平均关断电压峰值落在关断电压参考值区间内时，返回所述“基于本周期换流变压器阀侧电流及主支路关断电流参考值，判断是否发出关断脉冲至所述主支路的全控阀”的步骤。
3.根据权利要求1所述的可控换相换流器主支路全控阀关断控制方法，其特征在于，第一预设调节步长小于第二预设调节步长。
4.根据权利要求1所述的可控换相换流器主支路全控阀关断控制方法，其特征在于，基于本周期换流变压器阀侧电流，判断是否发出关断脉冲至所述主支路的全控阀的过程，还包括：
结合多种稳态运行条件下桥臂电流下降至关断电流参考值所需最大时间，设置主支路的全控阀的关断时间上限值。
5.根据权利要求1所述的可控换相换流器主支路全控阀关断控制方法，其特征在于，当强迫换相时，还包括：
当接收到当前桥臂触发信号时，触发当前桥臂主支路的全控阀及辅助支路的全控阀；
当接收到换相信号时，关断主支路的全控阀；
延时预设时间后，关断辅助支路的全控阀。
6.一种可控换相换流器主支路全控阀关断控制系统，其特征在于，包括：
第一判断模块，用于基于本周期换流变压器阀侧电流及主支路关断电流参考值，判断是否发出关断脉冲至所述主支路的全控阀；
第二判断模块，用于根据本周期主支路的全控阀单极平均关断电压峰值，并判断其是否在关断电压参考值区间内；
调节模块，用于当单极平均关断电压峰值未落在关断电压参考值区间内时，调节下一周期的主支路关断电流参考值，直至单极平均关断电压峰值落在关断电压参考值区间内为止；
基于本周期换流变压器阀侧电流，判断是否发出关断脉冲至所述主支路的全控阀的过程，包括：获取本周期换流变压器阀侧电流，并将其与主支路关断电流参考值比较；当本周期换流变压器阀侧电流不大于主支路关断电流参考值时，发出关断脉冲至所述主支路的全控阀；
当单极平均关断电压峰值未落在关断电压参考值区间内时，调节下一周期的主支路关断电流参考值的过程，包括：当单极平均关断电压峰值小于最小关断电压参考值时，以第一预设调节步长，将下一周期的主支路关断电流参考值调大，以将下一周期主支路的全控阀的关断时间提前；当单极平均关断电压峰值大于最大关断电压参考值时，以第二预设调节步长，将下一周期的主支路关断电流参考值调小，以将下一周期主支路的全控阀的关断时间延后。
7.一种计算机设备，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1-5中任一所述的可控换相换流器主支路全控阀关断控制方法。
8.一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1-5中任一所述的可控换相换流器主支路全控阀关断控制方法。
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