一種高壓直流輸電系統(tǒng)換相失敗檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高壓輸電直流系統(tǒng)換相失敗檢測方法，屬于電氣信息領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 直流輸電因可控性強(qiáng)、輸電容量大、輸電損耗小等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于遠(yuǎn)距離輸電、地 下和海底電纜送電及非同步電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)上，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。由于直流輸電 本身的運(yùn)行特性及大功率電力電子設(shè)備的使用，換相失敗和諧波問題也隨之產(chǎn)生。
[0003] 換相失敗是高壓直流系統(tǒng)最常見的故障之一，換相失敗會導(dǎo)致系統(tǒng)電壓降低和輸 送電流短時(shí)增大，換相失敗過程中，直流功率和電壓會發(fā)生劇烈變化，對直流兩側(cè)交流系統(tǒng) 造成沖擊，多次連續(xù)的換相失敗會導(dǎo)致直流系統(tǒng)閉鎖。電壓降低和電壓畸變是造成換相失 敗的主要原因。目前，對于換相失敗機(jī)理、判別、預(yù)防控制的研宄都是基于基波電壓和電流 的計(jì)算和分析。
[0004] 故障發(fā)生過程及故障后直流系統(tǒng)恢復(fù)階段，直流電流上升會造成換流變壓器飽 和，從而產(chǎn)生大量諧波并造成電壓畸變，目前，還未見有電壓畸變對于換相失敗檢測的專利 文獻(xiàn)和非專利文獻(xiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種高壓直流輸電系統(tǒng)換相失敗檢 測方法，其特點(diǎn)是從換相過程機(jī)理出發(fā)，在換相電壓時(shí)間面積方法的基礎(chǔ)上考慮了諧波換 相電壓時(shí)間面積，能夠量化分析諧波對換相失敗的影響。
[0006] 本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)
[0007] 圖1為高壓直流輸電的三相全波橋式電路，假設(shè)含有變壓器的交流系統(tǒng)表示為一 個(gè)電壓和頻率恒定的理想電壓源與一個(gè)無損電感串聯(lián)。換流橋主要由晶閘管構(gòu)成，晶閘管 是控電子開關(guān)，其關(guān)斷的必要條件是陽極相對于陰極電壓為正，同時(shí)正向電流小于其維持 電流。電流從一相轉(zhuǎn)移到另一相需要一定的時(shí)間，稱為換相時(shí)間，對應(yīng)的角度稱為"換相角 (y)"。每次換相過程從觸發(fā)延遲角=a開始，到on=a+y=S時(shí)結(jié)束，其中S 為熄弧角，相應(yīng)的換相裕度為熄弧超前角（Y)。圖2為閥4向閥6換相過程等值電路圖。
[0008] 高壓直流系統(tǒng)換相失敗檢測方法包括以下步驟
[0009] 1)直流系統(tǒng)換相過程由式⑴表示
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高壓直流輸電系統(tǒng)換相失敗檢測方法，其特征在于該方法包括以下步驟： 1) 直流系統(tǒng)換相過程由式（1)表示
(1) 式中，i4,i6分別為流過晶閘管4和晶閘管6的電流，Ua，Ub分別表示交流側(cè)A，B相電 壓，因?yàn)橹绷鱾?cè)都裝有一個(gè)較大的平波電抗器，因此假設(shè)直流電流Id保持恒定且無紋波，即 i4+i6=Id，式⑴可寫為
(2) 式中，Uab為線電壓，對上式兩端作關(guān)于t的定積分，下限為換流初始時(shí)刻％，《、=a或tQ=a/ ?，上限為換流結(jié)束時(shí)刻t^ a+y或t(a+y)/?，對式⑵兩邊 積分可得
(3) 在閥4向閥6換相過程中，換相電流14由Id減小到0,因此式（3)積分后可得：
(4) 2) 考慮n次（n多2)諧波的影響，線電壓可表示為
(5) 式中，EnSn次諧波電壓幅值，巾"為n次諧波相角，將式（5)代入式（4)，可得 (6) 1LL
LL C C 式中：
是所有諧波分量的疊加，若要換相成功，時(shí)刻要滿足 式 ?t!=a+y^ 180°-ymin (7)
臨界熄弧角Ymin的大小取決于晶閘管的物理特性，受材料特性的影響，晶閘管的去游 離時(shí)間約為400ys，對應(yīng)ymin= 7°，若等式（7)不成立，也就是等式（8)右側(cè)基波電壓和 各諧波電壓的積分不足以使得晶閘管2的電流從Id降到0,此時(shí)晶閘管2會持續(xù)導(dǎo)通，出現(xiàn) 換相失敗，sn (8) 式中，tQ=a/o^tfmin)/?，因此，為了避免換相失敗，諧波項(xiàng) (9)
的影響應(yīng)盡可能??； 3)n次諧波的諧波換相時(shí)間面積可表示為
由式（9)可得，諧波的影響與諧波電壓幅值，觸發(fā)超前角a，諧波次數(shù)等因素有關(guān)，將 式（9)化簡，可& (1〇) 式中，AnS義為諧波換相系數(shù)，
9n為簡化過程的附加角度， 是已知量。由式（10)可見，影響諧波換相面積的因素主要包括諧波換相系數(shù)An、n次諧波 相角％和電壓En，由于0的不確定性和不易測性，An的意義在于某一運(yùn)行狀態(tài)下n次諧波對 于換相過程的最大可能的影響程度； 式（10)可用于分析諧波對于換相過程的影響程度，由于％的不確定性，此處忽略正弦 函數(shù)項(xiàng)，計(jì)算諧波電壓換相面積對基波最大可能影響程度，定義諧波影響系數(shù)Gnl，
(ID 式（11)在式（10)的基礎(chǔ)上進(jìn)了簡化，式（8)可用于檢測各次諧波對于基波換相面積 的影響程度，Gn值越大，諧波對于換相過程的影響越大，一般可認(rèn)為15 '直流就極 有可能發(fā)生換相失敗，工程人員可根據(jù)直流的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整閾值，該方法只需計(jì)算諧 波換相系數(shù)和諧波電壓，易于工程計(jì)算和分析。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高壓直流系統(tǒng)換相失敗檢測方法，其特點(diǎn)是從換相過程機(jī)理出發(fā)，在換相電壓時(shí)間面積方法的基礎(chǔ)上考慮了諧波電壓換相時(shí)間面積，該方法能夠定量的分析諧波對換相失敗的影響，并作為高壓直流系統(tǒng)換相失敗檢測的判據(jù)。
【IPC分類】G01R31-08
【公開號】CN104614640
【申請?zhí)枴緾N201410830448
【發(fā)明人】劉天琪, 王峰, 趙磊, 李興源, 張英敏, 陳實(shí)
【申請人】四川大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月26日