CN1881772A - 直流输电系统中预测型熄弧角的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直流输电系统中预测型熄弧角的控制方法，该方法是在直流输电系统正常运行时，测量实际的直流电流和理想空载直流电压值，根据设定的熄弧角参考值，采用预测型熄弧角算法，逆变侧熄弧角控制器计算逆变器所需要的触发角的大小，实时计算达到熄弧角参考值需要的触发角值，从而对逆变侧熄弧角进行控制，达到逆变侧定熄弧角运行，同时在预测型熄弧角算法中，对逆变侧的定熄弧角特性的负斜率特性进行修正，使之具有正斜率特性。本发明首次采用了单个PI控制器实现了直流输电系统中逆变侧预测型熄弧角控制功能，满足直流输电系统中逆变侧的熄弧角控制的要求，方法简单，容易实现。
Description
技术领域
本发明涉及直流输电系统中逆变侧熄弧角控制的一种实现方法，尤其涉及一种直流输电系统中预测型熄弧角的控制方法。
背景技术
直流输电系统中，逆变器在将直流逆变成交流的过程中，逆变器的阀有一个换相过程，为了保证逆变器换相成功，要求换流阀从关断(阀中的电流为零)到其电压由负变正的过零点之间的时间要足够长，使得阀关断后处于反向电压的时间能够充分满足恢复阻断能力的要求。否则当阀上电压变正时，阀在无触发脉冲的情况下，可能又重新导通，造成换相失败，规定从阀关断到阀上电压由负变正的过零点之间的时间用角度表示称之为熄弧角，也称关断角。在直流输电工程中，逆变侧都设有熄弧角控制器，对熄弧角进行控制，防止逆变器产生换相失败。
直流输电工程中，逆变侧一般配置三种控制方式：直流电流控制、直流电压控制和熄弧角控制。熄弧角控制只是逆变侧的一种控制方式。逆变侧熄弧角控制的实现有两种方法：实测型熄弧角控制和预测型熄弧角控制，实测型熄弧角控制是指用于控制的熄弧角实际值是实际测量得到的。熄弧角的测量是通过测量每个换流阀电流过零点(关断点)和同步电压正向过零点之间的电角度，从而得到这个换流阀的实际的熄弧角值，所有换流阀中的最小熄弧角值作为实际的熄弧角值用于熄弧角控制。预测型熄弧角控制就是根据当前直流系统中的运行状态，采用预测型熄弧角算法预测逆变器的熄弧角的实际值，进行熄弧角控制。
采用实测型熄弧角控制，需要增加相关的硬件设备，在换流阀上要求能够检测出电流过零信号，并且能够精确输出；极控系统还要精确测量每个换流阀的同步电压过零点，此外由于熄弧角的数值比较小，一般为十几度，对应的时间仅有1ms左右，这就对直流输电系统的硬件检测回路、测量回路和输入输出回路要求比较高，小的测量偏差将会严重影响的熄弧角的测量精度。另外在实际的工程中，熄弧角检测、计算回路的调试、熄弧角值的精确校正也需要很大的工作量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直流输电系统中预测型熄弧角的控制方法，对逆变侧的熄弧角进行控制，并且对定熄弧角控制的负斜率特性修正为正斜率，提高逆变侧控制系统的稳定性。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种直流输电系统中预测型熄弧角的控制方法，该方法是在直流输电系统正常运行时，测量实际的直流电流和理想空载直流电压值，根据设定的熄弧角参考值，采用预测型熄弧角算法，逆变侧熄弧角控制器计算逆变器所需要的触发角的大小，实时计算达到熄弧角参考值需要的触发角值，从而对逆变侧熄弧角进行控制，达到逆变侧定熄弧角运行，同时在预测型熄弧角算法中，对逆变侧的定熄弧角特性的负斜率特性进行修正，使之具有正斜率特性。
直流电流参考值和实际值产生的误差经过非线性环节之后，产生直流电流的控制误差ΔId；同时直流电压参考值和直流电压实际值产生的直流电压控制误差ΔUd，直流电流的控制误差ΔId和直流电压的控制误差ΔUd经过最大值选择之后，最大的控制误差被选中，送到PI比例积分控制器，同时经过多路选择器选中相应的比例和积分系数也送到PI比例积分控制器，PI比例积分控制器根据选中的控制误差和相应的比例积分系数进行控制信号输出，经过非线性环节之后，输出触发角送到触发单元，产生换流阀所需要的触发脉冲。
预测型熄弧角控制的实现是通过测量实际的直流电压和换流变进线交流电压，预测型熄弧角控制算法产生逆变侧所需要的触发角，输出到PI比例积分控制器，对PI比例积分控制器输出的上限值进行限制，从而实现了逆变侧熄弧角控制。
预测型熄弧角控制算法是根据直流输电理论的基本换相公式，根据测量的直流电流和换流变进线电压对熄弧角进行预测计算，同时根据直流电流的控制误差对熄弧角控制进行修正，这样使得在直流电流减小的过程中，适当的增大熄弧角，减小直流电压，从而使熄弧角控制在设定的电流变化范围内具有正斜率的特性，提高整个控制系统的稳定性。
采用预测型熄弧角控制方法对熄弧角进行预测，节省了熄弧角测量所需的硬件设备，同时还减少了现场的调试工作量。目前，随着计算机技术的发展，特别是实时、多任务、并行处理计算机系统的快速发展，使得熄弧角值的预测能够达到非常实用和精确的程度，预测型熄弧角控制的方法的实现更加方便、快速。
本发明的特点：①、在实际的直流输电工程中，逆变侧的熄弧角控制不需要对熄弧角进行实际测量，省去了大量的熄弧角测量的硬件设备。②、只需要测量两个模拟量，就可以完成逆变侧预测型熄弧角控制。③、逆变侧的多种闭环控制功能采用单个PI控制器实现，实现方法简单。④、对逆变侧熄弧角控制的负斜率特性进行修正，提高了直流系统的稳定性。
本发明首次采用了单个PI控制器实现了直流输电系统中逆变侧预测型熄弧角控制功能，满足直流输电系统中逆变侧的熄弧角控制的要求，方法简单，容易实现。
附图说明
图1为本发明中逆变侧熄弧角控制的原理框图；
图2为预测型熄弧角控制实现的方法框图。
具体实施方式
本发明中逆变侧熄弧角控制的原理框图如图1所示，根据测量的直流电流和换流变压器交流进线电压值，按照设定的熄弧角参考值，逆变侧熄弧角控制器计算逆变器所需要的触发角的大小，送到触发单元，产生所需要的触发脉冲，送到逆变器，触发换流阀。
预测型熄弧角控制实现的详细方法如图2所示。直流电流参考值和实际值产生的误差经过非线性环节之后，产生直流电流的控制误差ΔId；同时直流电压参考值和直流电压实际值产生的直流电压控制误差ΔUd，直流电流的控制误差ΔId和直流电压的控制误差ΔUd经过最大值选择之后，最大的控制误差被选中，送到PI比例积分控制器，同时经过多路选择器选中相应的比例和积分系数也送到PI控制器。PI控制器根据选中的控制误差和相应的比例积分系数进行控制信号输出，经过非线性环节之后，输出触发角送到触发单元，产生换流阀所需要的触发脉冲。
图2中，预测型熄弧角控制的实现是通过测量实际的直流电压和换流变进线交流电压，预测型熄弧角控制算法产生逆变侧所需要的触发角，输出到PI控制器，对PI控制器输出的上限值进行限制，从而实现了逆变侧熄弧角控制。
预测型熄弧角控制算法是根据直流输电理论的基本换相公式，根据测量的直流电压和换流变进线电压对熄弧角进行预测计算，同时根据直流电流的控制误差对熄弧角控制进行修正，这样使得在直流电流减小的过程中，适当的增大熄弧角，减小直流电压，从而使熄弧角控制在一定的电流变化范围内具有正斜率的特性，提高整个控制系统的稳定性。
系统运行时，逆变侧的直流电流参考值比直流电流实际值大10％，直流电流控制误差为-10％，直流电压参考值比直流电压实际值大5％，两个控制误差最大值被选中，由于这个误差一直存在，所以PI控制器输出一直到最大值限制值，也就是预测型熄弧角算法计算得触发角的值，从而实现了逆变侧熄弧角控制功能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (4)
1、一种直流输电系统中预测型熄弧角的控制方法，其特征在于，该方法是在直流输电系统正常运行时，测量实际的直流电流和理想空载直流电压值，根据设定的熄弧角参考值，采用预测型熄弧角算法，逆变侧熄弧角控制器计算逆变器所需要的触发角的大小，实时计算达到熄弧角参考值需要的触发角值，从而对逆变侧熄弧角进行控制，达到逆变侧定熄弧角运行，同时在预测型熄弧角算法中，对逆变侧的定熄弧角特性的负斜率特性进行修正，使之具有正斜率特性。
2、根据权利要求1所述的直流输电系统中预测型熄弧角的控制方法，其特征在于，直流电流参考值和实际值产生的误差经过非线性环节之后，产生直流电流的控制误差ΔId；同时直流电压参考值和直流电压实际值产生的直流电压控制误差ΔUd，直流电流的控制误差ΔId和直流电压的控制误差ΔUd经过最大值选择之后，最大的控制误差被选中，送到PI比例积分控制器，同时经过多路选择器选中相应的比例和积分系数也送到PI比例积分控制器，PI比例积分控制器根据选中的控制误差和相应的比例积分系数进行控制信号输出，经过非线性环节之后，输出触发角送到触发单元，产生换流阀所需要的触发脉冲。
3、根据权利要求1所述的直流输电系统中预测型熄弧角的控制方法，其特征在于，预测型熄弧角控制的实现是通过测量实际的直流电压和换流变进线交流电压，预测型熄弧角控制算法产生逆变侧所需要的触发角，输出到PI比例积分控制器，对PI比例积分控制器输出的上限值进行限制，从而实现了逆变侧熄弧角控制。
4、根据权利要求1所述的直流输电系统中预测型熄弧角的控制方法，其特征在于，预测型熄弧角控制算法是根据直流输电理论的基本换相公式，根据测量的直流电流和换流变进线电压对熄弧角进行预测计算，同时根据直流电流的控制误差对熄弧角控制进行修正，这样使得在直流电流减小的过程中，适当的增大熄弧角，减小直流电压，从而使熄弧角控制在设定的电流变化范围内具有正斜率的特性，提高整个控制系统的稳定性。
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