一種同塔雙回直流輸電系統(tǒng)周期性換相失敗的防御方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種同塔雙回直流輸電系統(tǒng)周期性換相失敗的防御方法，該方法包括以下步驟：I、逆變站根據(jù)網(wǎng)側(cè)三相交流電壓瞬時值確定電壓幅值下降速度；II、運(yùn)用正余弦分量檢測法和零序電壓法判別網(wǎng)側(cè)電壓的變化；III、運(yùn)用關(guān)斷角邏輯法確定關(guān)斷角增加值和關(guān)斷角返回時間常數(shù)，通過關(guān)斷角控制器減小觸發(fā)角；IV、整流站在換相失敗故障恢復(fù)過程中投入瞬時電流控制。該方法可以有效防止直流輸電系統(tǒng)發(fā)生周期性換相失敗，避免發(fā)生直流閉鎖事故。
【專利說明】—種同塔雙回直流輸電系統(tǒng)周期性換相失敗的防御方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種輸配電【技術(shù)領(lǐng)域】的方法，具體涉及一種同塔雙回直流輸電系統(tǒng)周期性換相失敗的防御方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電力電子技術(shù)經(jīng)過了 20世紀(jì)70?80年代的晶閘管閥時期，使直流輸電得到了大發(fā)展，并在大電網(wǎng)互聯(lián)方面展現(xiàn)了更多優(yōu)勢，傳統(tǒng)的純交流電網(wǎng)已發(fā)展成為交直流混合電網(wǎng)；采用晶閘管作為換相元件的常規(guī)電網(wǎng)換相高壓直流輸電(Line-Commutated-ConverterHigh Voltage Direct Current, LCC-HVDC)以其大容量遠(yuǎn)距離輸電、有功功率快速可控等特點(diǎn)在世界范圍內(nèi)得到了快速的發(fā)展。
[0003]換相失敗是采用半控元件晶閘管組成的換流器處于逆變工作狀態(tài)的一種常見的瞬時故障過程，逆變站近區(qū)發(fā)生交流系統(tǒng)故障，直流系統(tǒng)發(fā)生瞬時換相失敗難以避免。目前同塔架設(shè)的林楓直流輸電工程中，采用的電壓跌落法檢測換相失敗的啟動時間較慢不能有效避免直流換相失敗，另外由于整流站直流控制中瞬時電流控制導(dǎo)致?lián)Q相是恢復(fù)過程中直流過沖，易引發(fā)周期性換相失敗，換相失敗造成直流閉鎖的風(fēng)險明顯提高。
[0004]因此，為了提高同塔架設(shè)直流輸電工程運(yùn)行的可靠性，需要提供一種新的同塔雙回直流輸電系統(tǒng)周期性換相失敗的防御方法，防止直流輸電系統(tǒng)發(fā)生周期性換相失敗，避免發(fā)生直流閉鎖事故。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種同塔雙回直流輸電系統(tǒng)周期性換相失敗的防御方法，該方法可以有效防止直流輸電系統(tǒng)發(fā)生周期性換相失敗，避免發(fā)生直流閉鎖事故。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0007]—種同塔雙回直流輸電系統(tǒng)周期性換相失敗的防御方法，其改進(jìn)之處在于:所述方法包括以下步驟:
[0008]1、逆變站根據(jù)網(wǎng)側(cè)三相交流電壓瞬時值確定電壓幅值下降速度；
[0009]I1、運(yùn)用正余弦分量檢測法和零序電壓法判別網(wǎng)側(cè)電壓的變化；
[0010]II1、運(yùn)用關(guān)斷角邏輯法確定關(guān)斷角增加值和關(guān)斷角返回時間常數(shù)，通過關(guān)斷角控制器減小觸發(fā)角；
[0011]IV、整流站在換相失敗故障恢復(fù)過程中投入瞬時電流控制。
[0012]進(jìn)一步的，所述步驟I包括以下步驟:
[0013]S101、根據(jù)網(wǎng)側(cè)三相交流電壓的相電壓瞬時值確定相電壓幅值；
[0014]S102、穩(wěn)態(tài)時交流電壓為正弦波，通過移相90度確定對應(yīng)時刻交流電壓所對應(yīng)的余弦值，根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系確定交流電壓的幅值ua、Ub' U。；
[0015]S103、比較當(dāng)前時刻所述交流電壓的幅值，獲得交流電壓幅值中的最小值Umin ；[0016]S104、將當(dāng)前時刻與上一時刻的所述電壓幅值中的最小值作差，差值乘以與計算周期的時間系數(shù)，取反，獲得電壓幅值下降速度。
[0017]進(jìn)一步的，所述步驟II包括以下步驟:
[0018]S201、根據(jù)網(wǎng)側(cè)單相交流電壓的相電壓瞬時值分解為正余弦分量
[0019]V = V I cos ( Θ + ψ) = acos Θ+bsin Θ(I)
[0020]式中，Θ為旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo),且ω = d Θ /dt, ω為正弦電壓的角頻率，Ψ為相角，a和b分別為cos Θ和sin Θ的幅值；
[0021]根據(jù)上式(I)確定V如下式(2)和(3)；
[0022]jv| = ι/β『+P:.:.(2)
[0023]ψ = tarf1 (b/a)(3)
[0024]根據(jù)上式(2)和(3)確定a和b如下式(4)和(5):
[0025]a = vcos Θ -v，sin θ(4)
[0026]b = vsin Θ +v，cos Θ(5)
[0027]式中，V表示正 余弦分量；v’表示正余弦分量V對t的求導(dǎo)，v’=-asinΘ+bcosΘ ；
[0028]S202、根據(jù)網(wǎng)側(cè)三相交流電壓的相電壓瞬時值ua、ub、u。確定零序電壓U。:
[0029]U0 = ua+ub+uc(6)
[0030]S203、當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生故障時，電壓瞬時跌落，根據(jù)所述正余弦分量絕對值|v|和故障前所述正余弦分量的差及所述零序電壓的絕對值IucJ作為故障判據(jù)。
[0031]進(jìn)一步的，所述步驟III包括以下步驟:
[0032]S301、將連續(xù)三個時刻的電壓幅值偏差中的最大值與100%作比較，若偏差大于100%，確認(rèn)交流電壓跌落，啟動增大關(guān)斷角；
[0033]S302、根據(jù)正余弦分量獲得換流母線電壓絕對值|v|與故障前所述正余弦分量的差和換流母線零序電壓IucJ最大值大于設(shè)定值，則啟動增大關(guān)斷角。
[0034]S303、根據(jù)電壓下降的幅度確定需要增加的關(guān)斷角，由電壓下降的表么值aU*25獲得所需增加的角度；
[0035]S304、調(diào)節(jié)關(guān)斷角邏輯的啟動和返回時間常數(shù)；
[0036]S305、所需增加的所述角度輸入關(guān)斷角控制器，通過減小發(fā)角實(shí)現(xiàn)增加逆變站關(guān)斷角，避免發(fā)生換相失敗。
[0037]進(jìn)一步的，所述步驟IV中，當(dāng)直流電壓降低時運(yùn)用低壓限流法限值直流電流指令，用于在交流網(wǎng)擾動后，提高交流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)在交直流故障后快速可控的恢復(fù)，避免連續(xù)的換相失敗引起的閥應(yīng)力。
[0038]進(jìn)一步的，所述步驟IV包括以下步驟:
[0039]S401、為加快直流輸電系統(tǒng)換相失敗后的恢復(fù)速度，整流站在直流控制中增加瞬時電流控制，當(dāng)?shù)蛪合蘖鞯妮旊姶笥谙蘖鏖撝?，則判定故障結(jié)束，增加電流參考值，所述電流參考值的增加值為0.1+0.038/Iref ；
[0040]S402、為防止逆變站在換相失敗恢復(fù)期間，直流電流過沖，發(fā)送周期性換失敗，當(dāng)檢測到直流線路電流上升至故障前的故障閾值時，退出瞬時電流控制；[0041]S403、經(jīng)所述瞬時電流控制確定新的電流指令，通過整流站電流調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)對直流電流的閉環(huán)控制。
[0042]進(jìn)一步的，所述步驟S304中，調(diào)節(jié)所述關(guān)斷角邏輯啟動和返回時間常數(shù)，防止所述關(guān)斷角邏輯在逆變站電壓下降后，由于啟動時間緩慢發(fā)生換相失敗，返回時間過快造成周期性換相失敗，增加所述關(guān)斷角邏輯啟動速度快而返回相對緩慢，避免周期性換相失敗。
[0043]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)異效果在于:
[0044]1、本發(fā)明的方法在直流極控程序中優(yōu)化瞬時電流控制功能和低壓限流環(huán)節(jié)參數(shù)及在增加關(guān)斷角邏輯中引入正余弦分量和零序電壓判據(jù)并優(yōu)化相應(yīng)參數(shù)，方法簡單易行，無需增加設(shè)備，具有良好的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
[0045]2、本發(fā)明的方法與可應(yīng)用與其它直流控制和保護(hù)兼容，且不會對系統(tǒng)及設(shè)備安全運(yùn)行產(chǎn)生影響，具有良好的適用性。
[0046]3、本發(fā)明的方法不僅可以提高了防止直流輸電系統(tǒng)發(fā)生周期性換相失敗，而且對直流輸電系統(tǒng)預(yù)防首次換相失敗也有很好的效果，本方法僅在逆變站換流母線電壓發(fā)生擾動時投入，對正常運(yùn)行時的控制保護(hù)邏輯沒有影響，本發(fā)明的安全性更高，實(shí)用性更強(qiáng)。
[0047]4、本發(fā)明的方法在逆變側(cè)交流線路故障、鄰近變壓器充電等導(dǎo)致?lián)Q流母線電壓擾動的情況下，可以有效預(yù)防發(fā)生連續(xù)換相失敗，避免直流輸電系統(tǒng)閉鎖，提高直流輸電系統(tǒng)的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0048]圖1為交流電壓跌落引起換相失敗預(yù)測流程圖；
[0049]圖2為電壓下降速度判別流程圖；
[0050]圖3為正余弦分量檢測法流程圖；
[0051]圖4為增加關(guān)斷角流程圖；
[0052]圖5為瞬時電流控制流程圖；
[0053]圖6為增加正余弦分量和零序電壓判據(jù)并優(yōu)化后參數(shù)后增大關(guān)斷角邏輯示意圖；
[0054]圖7為低壓限流環(huán)節(jié)的靜態(tài)特性曲線圖；
[0055]圖8為逆變站附近變壓器充電換流母線電壓畸變時故障檢測邏輯優(yōu)化前后仿真波形圖；
[0056]圖9為優(yōu)化瞬時電流控制前后直流系統(tǒng)的仿真對比波形圖；
[0057]圖10為增加正余弦分量檢測和零序電壓判據(jù)前后直流系統(tǒng)的仿真對比波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0058]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0059]本發(fā)明提供一種直流輸電系統(tǒng)周期性換相失敗的防御方法，該方法使用電壓跌落法來防御直流輸電系統(tǒng)周期性換相失敗，且本發(fā)明的方法中使用正余弦分量及零序分量檢查法、瞬時電流限制等優(yōu)化電壓跌落法，提高其效果。
[0060]本發(fā)明的方法具體包括以下步驟:
[0061]步驟一、逆變站根據(jù)網(wǎng)側(cè)三相交流電壓瞬時值確定電壓幅值下降速度；
[0062]步驟二、逆變站基于正余弦分量檢測法和零序電壓法判別網(wǎng)側(cè)電壓的變化；[0063]步驟三、逆變站運(yùn)用關(guān)斷角邏輯法確定關(guān)斷角增加值，確定關(guān)斷角返回時間常數(shù)，觸發(fā)關(guān)斷角控制器；
[0064]步驟四、整流站在換相失敗故障恢復(fù)過程中投入瞬時電流控制。
[0065]步驟一中，逆變站根據(jù)網(wǎng)側(cè)三相交流電壓瞬時值確定電壓幅值下降速度；如圖2所示，圖2為電壓下降速度判別流程圖；確定電壓幅值下降速度包括以下步驟:
[0066]S101、根據(jù)網(wǎng)側(cè)三相交流電壓的相電壓瞬時值確定相電壓幅值；
[0067]S102、穩(wěn)態(tài)時交流電壓為正弦波，通過移相90度確定對應(yīng)時刻交流電壓所對應(yīng)的余弦值，根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系確定交流電壓的幅值ua、Ub' U。；
[0068]S103、比較當(dāng)前時刻相電壓幅值，獲得交流電壓幅值中的最小值Umin ；
[0069]S104、將當(dāng)前時刻的電壓幅值中的最小值與上一時刻的電壓幅值中的最小值作差，并乘以與計算周期有關(guān)的時間系數(shù)，對獲得的數(shù)據(jù)取反，獲得電壓幅值下降速度。
[0070]步驟一中基于正余弦分量用于檢查單相故障，啟動速度較快，利用電壓幅值下降速度既可用檢查單相故障也可以檢測三相故障，二則互為補(bǔ)充。
[0071]步驟二中，逆變站基于正余弦分量檢測法和零序電壓判別網(wǎng)側(cè)電壓的變化；如圖3所示，圖3為正余弦分量檢測法流程圖；具體包括以下步驟:
[0072]S201、根據(jù)網(wǎng)側(cè)單相交流電壓的相電壓瞬時值分解為正余弦分量；
[0073]V = V I cos ( Θ + ψ) = acos Θ+bsin Θ(I)
[0074]式中，Θ為旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo),且ω = d Θ /dt, ω為正弦電壓的角頻率，Ψ為相角，a和b分別為cos Θ和sin Θ的幅值；
[0075]根據(jù)上式(I)確定V如下式(2)和(3);
【權(quán)利要求】
1.一種同塔雙回直流輸電系統(tǒng)周期性換相失敗的防御方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: I.逆變站根據(jù)網(wǎng)側(cè)三相交流電壓瞬時值確定電壓幅值下降速度； II、運(yùn)用正余弦分量檢測法和零序電壓法判別網(wǎng)側(cè)電壓的變化； III、運(yùn)用關(guān)斷角邏輯法確定關(guān)斷角增加值和關(guān)斷角返回時間常數(shù)，通過關(guān)斷角控制器減小觸發(fā)角； IV、整流站在換相失敗故障恢復(fù)過程中投入瞬時電流控制。
2.如權(quán)利要求1所述的一種同塔雙回直流輸電系統(tǒng)周期性換相失敗的防御方法，其特征在于:所述步驟I包括以下步驟: S101、根據(jù)網(wǎng)側(cè)三相交流電壓的相電壓瞬時值確定相電壓幅值； S102、穩(wěn)態(tài)時交流電壓為正弦波，通過移相90度確定對應(yīng)時刻交流電壓所對應(yīng)的余弦值，根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系確定交流電壓的幅值Ua、Ub、U。； S103、比較當(dāng)前時刻所述交流電壓的幅值，獲得交流電壓幅值中的最小值Umin; S104、將當(dāng)前時刻與上一時刻的所述電壓幅值中的最小值作差，差值乘以與計算周期的時間系數(shù)，取反，獲得電壓幅值下降速度。
3.如權(quán)利要求1所述的一種同塔雙回直流輸電系統(tǒng)周期性換相失敗的防御方法，其特征在于:所述步驟II包括以下步驟: 5201、根據(jù)網(wǎng)側(cè)單相交流電壓的相電壓瞬時值分解為正余弦分量 V= |v|cos(0+iy) = acos Θ+bsin Θ(I) 式中，θ為旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)；ω為正弦電壓的角頻率，ω = d Θ /dt, Ψ為相角，a、b分別為cos Θ和sin Θ的幅值； 根據(jù)上式(1)確定|v|如下式(2)和(3)；
4.如權(quán)利要求1所述的一種同塔雙回直流輸電系統(tǒng)周期性換相失敗的防御方法，其特征在于:所述步驟III包括以下步驟: S301、將連續(xù)三個時刻的電壓幅值偏差中的最大值與100%作比較，若偏差大于100%，確認(rèn)交流電壓跌落，啟動增大關(guān)斷角； S302、根據(jù)正余弦分量獲得換流母線電壓絕對值|v|與故障前所述正余弦分量的差和換流母線零序電壓IucJ最大值大于設(shè)定值，則啟動增大關(guān)斷角。s303、根據(jù)電壓下降的幅度確定需要增加的關(guān)斷角，由電壓下降的表么值aU*25獲得所需增加的角度； s304、調(diào)節(jié)關(guān)斷角邏輯的啟動和返回時間常數(shù)； s305、所需增加的所述角度輸入關(guān)斷角控制器，通過減小發(fā)角實(shí)現(xiàn)增加逆變站關(guān)斷角，避免發(fā)生換相失敗。
5.如權(quán)利要求1所述的一種同塔雙回直流輸電系統(tǒng)周期性換相失敗的防御方法，其特征在于:所述步驟IV中，當(dāng)直流電壓降低時運(yùn)用低壓限流法限值直流電流指令，用于在交流網(wǎng)擾動后，提高交流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)在交直流故障后快速可控的恢復(fù)，避免連續(xù)的換相失敗引起的閥應(yīng)力。
6.如權(quán)利要求1所述的一種直流輸電系統(tǒng)周期性換相失敗的防御方法，其特征在于:其特征在于:所述步驟IV包括以下步驟: s401、為加快直流輸電系統(tǒng)換相失敗后的恢復(fù)速度，整流站在直流控制中增加瞬時電流控制，當(dāng)?shù)蛪合蘖鞯妮旊姶笥谙蘖鏖撝?，則判定故障結(jié)束，增加電流參考值，所述電流參考值的增加值為0.1+0.038/Iref ； s402、為防止逆變站在換相失敗恢復(fù)期間，直流電流過沖，發(fā)送周期性換失敗，當(dāng)檢測到直流線路電流上升至故障前的故障閾值時，退出瞬時電流控制； s403、經(jīng) 所述瞬時電流控制確定新的電流指令，通過整流站電流調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)對直流電流的閉環(huán)控制。
7.如權(quán)利要求3所述的一種同塔雙回直流輸電系統(tǒng)周期性換相失敗的防御方法，其特征在于:所述步驟S304中，調(diào)節(jié)所述關(guān)斷角邏輯啟動和返回時間常數(shù)，防止所述關(guān)斷角邏輯在逆變站電壓下降后，由于啟動時間緩慢發(fā)生換相失敗，返回時間過快造成后續(xù)周期性換相失敗，增加所述關(guān)斷角邏輯啟動速度快而返回相對緩慢，避免周期性換相失敗。
【文檔編號】H02J1/00GK103762581SQ201410031085
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】李新年, 雷霄, 陳樹勇, 劉耀, 周暉, 楊鵬, 王華偉, 王晶芳, 吳婭妮 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院, 北京交通大學(xué)