CN205693376U - 一种暂态电流补偿控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种暂态电流补偿控制装置，涉及直流输电技术领域，用于抑制逆变器换相失败故障的发生。所述暂态电流补偿控制装置，包括：用于检测直流输电系统的逆变侧的电信号信息的信号检测器，信号检测器的信号输出端与判断控制器的信号输入端相连，判断控制器的控制信号输出端与电流补偿器的信号输入端相连，电流补偿器的补偿信号输出端与直流输电系统的整流侧相连。本实用新型提供的暂态电流补偿控制装置用于高压直流输电系统的暂态恢复。
Description
技术领域
本实用新型涉及直流输电技术领域，尤其涉及一种暂态电流补偿控制装置。
背景技术
传统的直流输电系统一直采用电网换相，在其运行过程中，换相失败是最常遇见的故障；换相失败通常是由于逆变侧的直流逆变器对逆变侧的交流系统的反应极其灵敏，当逆变侧的交流系统的电压或电流存在异常波动时，逆变侧的直流逆变器就很容易受其影响而导致换相失败，造成功率传输的中断。
当直流输电系统出现换相失败的故障干扰时，会导致直流电压下降和直流电流增大；此时如果在直流输电系统的暂态恢复中采取了不当的控制措施，就会使逆变侧的直流逆变器单次换相失败的时间超过逆变侧的受端交流系统的基波周期或使逆变侧的直流逆变器连续多次换相失败，导致直流输电系统进入闭锁或旁通状态，引起直流传输功率的持续中断，从而使整个直流输电系统的稳定被破坏，严重影响到直流输电系统的安全运行。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种暂态电流补偿控制装置，用于抑制逆变器换相失败故障的发生。
为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
本实用新型提供了一种暂态电流补偿控制装置，包括：
用于检测直流输电系统的逆变侧的电信号信息的信号检测器，信号检测器的信号输出端与判断控制器的信号输入端相连，判断控制器的控制信号输出端与电流补偿器的信号输入端相连，电流补偿器的补偿信号输出端与直流输电系统的整流侧相连。
与现有技术相比，具有如上结构的暂态电流补偿控制装置能够达到如下有益效果：
在本实用新型提供的暂态电流补偿控制装置中，信号检测器用于检测直流输电系统的逆变侧的电信号信息；而信号检测器的信号输出端与判断控制器的信号输入端相连，判断控制器的控制信号输出端与电流补偿器的信号输入端相连，信号检测器将检测到的电信号信息输出给判断控制器，判断控制器对该电信号信息进行判断之后输出是否启动电流补偿器的控制指令；电流补偿器的补偿信号输出端与直流输电系统的整流侧相连，电流补偿器根据判断控制器发送的控制指令对直流输电系统的整流侧进行电流补偿。由此可知，当直流输电系统的逆变侧出现电压或电流的异常波动时，本实用新型提供的暂态电流补偿控制装置可以通过信号检测器的检测和判断控制器的判断控制，确定对直流输电系统的整流侧的电流补偿；在对直流输电系统的整流侧进行电流补偿时，整流侧的电流的突然变化会使整流侧的触发角α迅速增大，而在直流输电系统还未进入熄弧角控制响应之前，直流输电系统的逆变侧的熄弧角γ与整流侧的触发角α对应呈正比关系，逆变侧的熄弧角γ会随整流侧的触发角α的增大而增大，但由于此时较小的逆变侧的熄弧角γ很容易导致直流输电系统发生换相失败的故障，因此对直流输电系统的整流侧进行电流补偿后，可以保证逆变侧的熄弧角γ保持为一个较大值，从而抑制逆变侧的熄弧角γ的突然减小，抑制直流输电系统换相失败故障的发生。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型实施例提供的暂态电流补偿控制装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的比较模块的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的运算模块的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的判断控制器的工作原理示意图；
图5为本实用新型实施例提供的暂态电流补偿特性示意图；
图6为本实用新型实施例提供的暂态恢复特性示意图。
附图标记：
1-整流侧， 2-逆变侧，
3-信号检测器， 31-电压传感器，
32-交流电压变化率检测器， 33-电流传感器，
34-直流电流变化率检测器， 4-判断控制器，
41-比较模块， 411-第一比较器，
412-第二比较器， 413-第三比较器，
414-第四比较器， 415-或门，
416-与门， 42-运算模块，
421-第一加法器， 422-第二加法器，
423-第三加法器， 424-第四加法器，
425-除法器， 426-乘法器，
43-选通模块， 5-电流补偿器。
具体实施方式
为便于理解，下面结合说明书附图，对本实用新型实施例提供的暂态电流补偿控制装置进行详细描述。
参阅图1和图4，本实用新型实施例提供的暂态电流补偿控制装置，包括：用于检测直流输电系统的逆变侧2的电信号信息的信号检测器3，信号检测器3的信号输出端与判断控制器4的信号输入端相连，判断控制器4的控制信号输出端与电流补偿器5的信号输入端相连，电流补偿器5的补偿信号输出端与直流输电系统的整流侧1相连。
本实用新型实施例提供的暂态电流补偿控制装置的具体实施方式如下所示：
在本实用新型实施例提供的暂态电流补偿控制装置中，信号检测器3用于检测直流输电系统的逆变侧2的电信号信息；而信号检测器3的信号输出端与判断控制器4的信号输入端相连，判断控制器4的控制信号输出端与电流补偿器5的信号输入端相连，信号检测器3将检测到的电信号信息输出给判断控制器4，判断控制器4对该电信号信息进行判断之后输出是否启动或退出电流补偿器5的控制指令；电流补偿器5的补偿信号输出端与直流输电系统的整流侧1相连，电流补偿器5根据判断控制器4发送的启动控制指令对直流输电系统的整流侧1进行电流补偿，电流补偿器5根据判断控制器4发送的退出控制指令退出对直流输电系统的整流侧1的电流补偿。
由此可知，当直流输电系统的逆变侧出现电压或电流的异常波动时，本实用新型实施例提供的暂态电流补偿控制装置可以通过信号检测器3的检测和判断控制器4的判断控制，确定对直流输电系统的整流侧1的电流补偿；当本实用新型实施例提供的暂态电流补偿控制装置对直流输电系统的整流侧1进行电流补偿时，整流侧1的电流的突然变化会使整流侧1的触发角α迅速增大，而在直流输电系统还未进入暂态熄弧角控制响应之前，直流输电系统的逆变侧2的熄弧角γ与整流侧1的触发角α对应呈正比关系，逆变侧2的熄弧角γ会随整流侧1的触发角α的增大而增大，但由于此时较小的逆变侧2的熄弧角γ很容易导致直流输电系统发生换相失败的故障，因此对直流输电系统的整流侧1进行电流补偿后，可以保证逆变侧2的熄弧角γ保持为一个较大值，从而抑制逆变侧2的熄弧角γ的突然减小，抑制直流输电系统换相失败故障的发生。
需要说明的是，信号检测器3可以检测的电信号信息可由本领域技术人员根据直流输电系统的具体情况和经验选择设定，一般为能反映直流输电系统中各交直流系统的运行状态的主要交互参数。在本实施例中，信号检测器3可以检测的电信号信息包括逆变侧2的电信号和逆变侧2的电信号的变化率；逆变侧2的电信号一般是指逆变侧2的换流母线的交流电压UL和逆变侧2的直流线路的直流电流Id，而逆变侧2的电信号的变化率为逆变侧2的换流母线的交流电压UL的变化率和逆变侧2的直流线路的变化率因此，信号检测器3的信号输入端分别与逆变侧2的换流母线和逆变侧2的直流线路相连。
根据信号检测器3检测的电信号信息的不同，信号检测器3内部的具体结构也不相同，在本实施例中，继续参阅图1，信号检测器3包括电压传感器31、电流传感器33以及两个电信号变化率检测器；其中，电压传感器31与逆变侧2的换流母线相连，电流传感器33与逆变侧2的直流线路相连，一个电信号变化率检测器与逆变侧2的换流母线相连，另一个电信号变化率检测器与逆变侧2的直流线路相连。具体的，与逆变侧2的换流母线相连的电信号变化率检测器为交流电压变化率检测器32；与逆变侧2的直流线路相连的电信号变化率检测器为直流电流变化率检测器34；需要补充的是，交流电压变化率检测器32和直流电流变化率检测器34可以由本领域技术人员根据直流输电系统的具体情况选择设定，特别是当交流电压变化率检测器32和直流电流变化率检测器34选用微分检测电路的结构实现时，交流电压变化率检测器32和直流电流变化率检测器34并不限于上述连接方式，交流电压变化率检测器32可以直接与电压传感器31相连，直流电流变化率检测器34可以直接与电流传感器33相连。
根据信号检测器3检测的电信号信息的不同，判断控制器4内部的具体结构也不相同，在本实施例中，继续参阅图1，优选的，判断控制器4包括用于比较信号检测器检测的电信号信息与电信号信息阈值大小的比较模块41，用于确定直流电流补偿值的运算模块42，以及用于控制直流电流补偿值输出的选通模块43；其中，比较模块41的信号输入端、运算模块42的信号输入端分别与信号检测器3的信号输出端相连；比较模块41的信号输出端、运算模块42的信号输出端分别与选通模块43的信号输入端相连；选通模块43的信号输出端与电流补偿器5的信号输入端相连。
值得一提的是，比较模块41用于比较信号检测器3检测的电信号信息与电信号信息阈值大小，从而判断信号检测器3检测的电信号信息是否满足电流补偿器5的启动判据或退出判据，参阅图4，在本实施例中，电流补偿器5的启动判据具体为即该启动判据为且UNL＞UL＞UCL或电流补偿器5的退出判据具体为UL＜UCL；其中，UL为逆变侧2的换流母线的交流电压，UNL为逆变侧2的换流母线的交流电压额定值，UCL为逆变侧2的换流母线的暂态交流电压临界值，为逆变侧2的换流母线的交流电压UL的变化率，为逆变侧2的直流线路的直流电流Id的变化率，εU为逆变侧2的换流母线的交流电压预设变化速率，εI为逆变侧2的直流线路的直流电流预设变化速率。
根据上述电流补偿器5的启动判据和退出判据，参阅图2，在本实施例中，比较模块41包括包括用于比较电信号变化率与电信号变化率阈值大小的第一对比较器，用于比较电信号与电信号阈值大小的第二对比较器，一个或门415以及一个与门416；其中，第一对比较器的信号输入端和第二对比较器的信号输入端均与信号检测器3的信号输出端相连；第一对比较器的输出端分别与或门415的输入端相连；第二对比较器的输出端、或门415的输出端分别与与门416的输入端相连；与门416的输出端与选通模块43的信号输入端相连。作为比较模块41的一种具体实施方式，第二对比较器和第一对比较器分别为第一比较器411、第二比较器412、第三比较器413和第四比较器414，其中，第三比较器413的输出端、第四比较器414的输出端分别和或门415的输入端相连，第一比较器411的输出端、第二比较器412的输出端、或门415的输出端分别和与门416的输入端相连；第一比较器411用于比较UL＜UNL，第二比较器412用于比较UL＞UCL，第三比较器413用于比较第四比较器414用于比较
值得一提的是，运算模块42用于确定直流电流补偿值ΔId-T，参阅图4，在本实施例中，直流电流补偿值ΔId-T＝ρ·ΔI，其中，ρ为电流补偿系数，ΔI为暂态电流差值；而电流补偿系数ρ和暂态电流差值ΔI的计算方式一般有多种，在本实施例中，优选的，电流补偿系数ρ的计算公式为暂态电流差值ΔI的计算公式为ΔI＝Id_inv-Idref，Kr为整流侧1的空载直流电压与逆变侧2的交流母线电压有效值的比例系数，Ki为逆变侧2的空载直流电压与逆变侧2交流母线电压有效值的比例系数，UR为整流侧1的换流母线的交流电压，α为整流侧1的触发角，γ为逆变侧2的熄弧角，R为直流输电系统的等效电阻，Idref为直流输电系统预设的整流侧1的直流电流参考值。而在直流输电系统还未进入熄弧角控制响应之前，直流输电系统的逆变侧2的熄弧角γ与整流侧1的触发角α对应呈正比关系，其具体关系式为： 结合直流输电系统的运行特性，可知整流侧1的触发角α∈(5°,150°)，A1＜1，A2＞0。
采用上述方式获得电流补偿系数ρ和暂态电流差值ΔI时，电流补偿系数ρ的大小取决于逆变侧2的换流母线的交流电压UL，当交流电压电压UL＝UNL时，则ρ取值为1，当电压UL＝UCL时，则ρ取值为0。直流电流补偿值ΔId-T＝ρ·ΔI，即该直流电流补偿值同时取决于逆变侧2的换流母线的交流电压UL与暂态电流差值ΔI，能在一定程度上实现直流输电系统的整流侧1的直流电流的快速补偿，以减小交流故障瞬间的过电流值，从而抑制换相失败发生。
根据上述直流电流补偿值ΔId-T的计算方式，参阅图3，在本实施例中，优选的，运算模块42包括用于确定UNL与UCL差值的第一加法器421，用于确定UNL与UL差值的第二加法器422，用于确定UNL与UCL差值和UNL与UL差值之和的第三加法器423，以及用于确定暂态电流差值ΔI的第四加法器424；其中，第一加法器421的输入端、第二加法器422的输入端和第四加法器424的输入端分别与信号检测器3的信号输出端相连；第一加法器421的输出端和第二加法器422的输出端分别与第三加法器423的输入端相连；第三加法器423的输出端和第一加法器421的输出端分别与除法器425的输入端相连，第四加法器424的输出端和除法器425的输出端分别与乘法器426的输入端相连，乘法器426的输出端与选通模块43的信号输入端相连。
在上述实施例的判断控制器4中，比较模块41的信号输出端、运算模块42的信号输出端分别与选通模块43的信号输入端相连，选通模块43的信号输出端与电流补偿器5的信号输入端相连。具体实施时，比较模块41对信号检测器3检测的电信号信息进行比较判断后，比较模块41将是否使电流补偿器5启动或退出的信号输出给选通模块43，而运算模块42根据信号检测器3检测的电信号信息进行运算后，运算模块42将确定的直流电流补偿值ΔId-T信号输出给选通模块43；选通模块43根据比较模块41和运算模块42发送的信号，输出使电流补偿器5启动或退出电流补偿的控制信号。
为了更清楚的说明上述实施例所提供的暂态电流补偿控制装置的控制效果，以PSCAD电磁暂态仿真程序中的CIGRE-1DC标准直流输电系统模型为例，来验证本实施例所提供的暂态电流补偿控制装置的控制效果。
该直流输电系统模型中的受端交流系统为弱系统，取SCR＝2.5，当逆变侧的换流母线的交流电压发生单相接地故障，且故障持续时间为50ms时，结合表1所示的相关参数的取值，在该直流输电系统从暂态运行向稳态运行的过渡过程中，该直流输电系统的整流侧的电流补偿量的变化如图5所示，暂态过程中电流补偿量迅速增大，电流补偿结束后，电流补偿量归零。
参阅图6，在该直流输电系统的暂态恢复过程中，采取暂态电流补偿控制装置对该直流输电系统的整流侧进行电流补偿后，引发的逆变侧的熄弧角的变化曲线如图6中实线所示；未采取暂态电流补偿控制装置对该直流输电系统的整流侧进行电流补偿后，引发的逆变侧的熄弧角的变化曲线如图6中虚线所示。
结合图5，当逆变侧的换流母线的交流电压在2.0秒发生单相接地故障后，暂态电流补偿控制装置在2.02秒完成暂态电流补偿。若不采取暂态电流补偿控制装置对该直流输电系统的整流侧进行电流补偿而只采取常规暂态熄弧角控制时，该直流输电系统的逆变侧的熄弧角在2.02秒迅速增大到50°，在2.03秒迅速减小为0°，然后维持0°在0.05秒左右，而在熄弧角为0°的期间，该直流输电系统还未进入暂态熄弧角控制，该直流输电系统很容易发生逆变侧换相失败。若采取暂态电流补偿控制装置对该直流输电系统的整流侧进行电流补偿后，该直流输电系统的逆变侧的熄弧角在2.02秒迅速增大到45°，在2.03秒减小为30°，然后维持30°在0.05秒左右，可以保证在未进入暂态熄弧角控制响应之前使熄弧角γ保持为一个较大值，从而抑制此时逆变侧的熄弧角γ的突然减小，有效避免该直流输电系统发生逆变侧换相失败。
表1暂态电流补偿控制整定参数表
| 整定参数 | 数值 |
| UCL | 0.8 |
| εU | -0.01 |
| εI | 0.1 |
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种暂态电流补偿控制装置，其特征在于，包括：用于检测直流输电系统的逆变侧的电信号信息的信号检测器，所述信号检测器的信号输出端与判断控制器的信号输入端相连，所述判断控制器的控制信号输出端与电流补偿器的信号输入端相连，所述电流补偿器的补偿信号输出端与所述直流输电系统的整流侧相连。
2.根据权利要求1所述的暂态电流补偿控制装置，其特征在于，所述信号检测器的信号输入端分别与所述逆变侧的换流母线和所述逆变侧的直流线路相连。
3.根据权利要求2所述的暂态电流补偿控制装置，其特征在于，
所述信号检测器包括电压传感器、电流传感器以及两个电信号变化率检测器；其中，
所述电压传感器与所述逆变侧的换流母线相连；
所述电流传感器与所述逆变侧的直流线路相连；
其中一个所述电信号变化率检测器与所述逆变侧的换流母线相连，另一个所述电信号变化率检测器与所述逆变侧的直流线路相连。
4.根据权利要求3所述的暂态电流补偿控制装置，其特征在于，
与所述逆变侧的换流母线相连的电信号变化率检测器为交流电压变化率检测器；
与所述逆变侧的直流线路相连的电信号变化率检测器为直流电流变化率检测器。
5.根据权利要求1所述的暂态电流补偿控制装置，其特征在于，所述判断控制器包括用于比较所述信号检测器检测的电信号信息与电信号信息阈值大小的比较模块，用于确定直流电流补偿值的运算模块，以及用于控制直流电流补偿值输出的选通模块；其中，
所述比较模块的信号输入端、所述运算模块的信号输入端分别与所述信号检测器的信号输出端相连；
所述比较模块的信号输出端、所述运算模块的信号输出端分别与所述选通模块的信号输入端相连；
所述选通模块的信号输出端与所述电流补偿器的信号输入端相连。
6.根据权利要求5所述的暂态电流补偿控制装置，其特征在于，所述比较模块包括用于比较电信号变化率与电信号变化率阈值大小的第一对比较器，用于比较电信号与电信号阈值大小的第二对比较器，一个或门以及一个与门；其中，
第一对比较器的信号输入端和第二对比较器的信号输入端均与所述信号检测器的信号输出端相连；
第一对比较器的输出端分别与所述或门的输入端相连；
第二对比较器的输出端、所述或门的输出端分别与所述与门的输入端相连；
所述与门的输出端与所述选通模块的信号输入端相连。
7.根据权利要求5或6所述的暂态电流补偿控制装置，其特征在于，所述运算模块包括用于确定UNL与UCL差值ΔU1的第一加法器，用于确定UNL与UL差值ΔU2的第二加法器，用于确定ΔU1和ΔU2之和的第三加法器，以及用于确定暂态电流差值ΔI的第四加法器；UNL为逆变侧的换流母线的交流电压额定值，UCL为所述逆变侧的换流母线的暂态交流电压临界值，UL为检测到的所述逆变侧的换流母线的交流电压值；其中，
所述第一加法器的输入端、所述第二加法器的输入端和所述第四加法器的输入端分别与所述信号检测器的信号输出端相连；所述第一加法器的输出端和所述第二加法器的输出端分别与所述第三加法器的输入端相连；所述第三加法器的输出端和所述第一加法器的输出端分别与除法器的输入端相连，所述第四加法器的输出端和所述除法器的输出端分别与乘法器的输入端相连，所述乘法器的输出端与所述选通模块的信号输入端相连。
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