本發(fā)明涉及直流控制保護(hù)系統(tǒng)，具體涉及一種直流控制保護(hù)系統(tǒng)換相失敗預(yù)測控制的優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

換相失敗是直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行中逆變站最為常見的故障，發(fā)生換相失敗期間，會出現(xiàn)直流電壓突降導(dǎo)致直流功率大幅下降的情況，對送受端電網(wǎng)都有著嚴(yán)重不良影響。導(dǎo)致?lián)Q相失敗的原因包括以下兩點(diǎn)：一是直流輸電系統(tǒng)自身的故障，如閥短路和丟失觸發(fā)脈沖；二是交流系統(tǒng)故障引起的換流母線電壓波動。在直流控制保護(hù)系統(tǒng)中有相應(yīng)的換相失敗預(yù)測控制（CFPREV）來預(yù)防交流系統(tǒng)故障引起的換相失敗，其原理是在檢測到交流系統(tǒng)故障后輸出關(guān)斷角的增量，增大換流閥的換相裕度，以降低換相失敗發(fā)生的概率。

公開號CN104810847公開了一種基于直流電流模糊預(yù)測控制的換相失敗預(yù)防方法，PSCAD中CFPREV模塊檢測交流系統(tǒng)是否發(fā)生故障，若檢測到發(fā)生故障，發(fā)出Start信號使能直流電流模糊預(yù)測控制模塊；被使能的直流電流模糊預(yù)測控制模塊測量當(dāng)前逆變側(cè)交流系統(tǒng)三相電壓有效值E的變化ΔE及變化率dΔE/dt，并通過PSCAD與MATLAB/Simulink間的接口將其送入MATLAB/Simulink中的模糊控制器；MATLAB/Simulink 中的模糊控制器通過模糊化、模糊推理、解模糊化、疊加控制時(shí)長等步驟運(yùn)算得出整流側(cè)直流電流減小值ΔI c，并返還給 PSCAD；PSCAD 中的 VDCL 減去 ΔI c 后的值作為整流側(cè)直流電流整定值 I do_rec，最終運(yùn)用于整流側(cè)直流電流控制。

公開號CN103078312公開了一種基于直流電流預(yù)測控制的換相失敗抑制方法，輸入逆變側(cè)直流電流Idinv以及交流母線三相瞬時(shí)電壓ua、ub和uc； 換相失敗預(yù)測控制模塊對當(dāng)前交直流系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)予以檢測判斷是否可能發(fā)生逆變器換相失?。粨Q相失敗預(yù)測控制模塊預(yù)測輸出逆變器觸發(fā)延遲角變化值 ΔαinvPREV；對換相失敗預(yù)測控制模塊的判斷信號予以檢測，若可能發(fā)生換相失敗，則對直流電流整定值進(jìn)行預(yù)測，得到預(yù)測值Id_PREV，否則直流電流為正常整定值Id_NOR；將Id_PREV與Δαinv_PREV 輸出至整流器和逆變器控制系統(tǒng)，用于抑制換相失敗的發(fā)生。

以上的方法均不能解決現(xiàn)有的CFPREV控制邏輯無法對勵(lì)磁涌流擾動和單相故障進(jìn)行區(qū)分，存在抗諧波能力較差、易造成直流功率波動的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種直流控制保護(hù)系統(tǒng)換相失敗預(yù)測控制的優(yōu)化方法，以保證在交流側(cè)發(fā)生單相故障時(shí)，該控制邏輯可靠動作；在交流側(cè)存在勵(lì)磁涌流的情況下，該控制邏輯能夠有效地進(jìn)行識別，并抑制直流功率的反復(fù)波動。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下：

一種直流控制保護(hù)系統(tǒng)換相失敗預(yù)測控制的優(yōu)化方法，其中，包括：

將零序電壓3U₀信號輸入快速傅里葉轉(zhuǎn)換器，分離出其中的基波分量，并將所述基波分量與設(shè)置整定值進(jìn)行比較，當(dāng)小于整定值時(shí)輸出1，反之輸出0；

將動作信號Z_DET輸入單穩(wěn)態(tài)多頻振蕩器，設(shè)置相應(yīng)的時(shí)間定值使所述動作信號Z_DET維持在高位，然后經(jīng)延時(shí)組件延時(shí)輸出；

兩個(gè)信號共同經(jīng)與門輸出至兩路輸入選擇器作為動作判據(jù)Ctrl。

優(yōu)選的，當(dāng)所述基波分量大于整定值時(shí)輸出0，判斷CFPREV動作原因是交流系統(tǒng)單相故障；與門輸出為0，兩路輸入選擇器在Ctrl=0時(shí)，輸出初始狀態(tài)B，B的定值設(shè)置為常數(shù)0，MAX模塊在0與主邏輯輸出之間選擇主邏輯輸出。

優(yōu)選的，當(dāng)所述基波分量小于整定值時(shí)輸出1，判斷CFPREV動作原因?yàn)閯?lì)磁涌流擾動；與門輸出為1，兩路輸入選擇器在Ctrl=1的情況下輸出為A，MAX模塊在A與主邏輯輸出之間選擇輸出不經(jīng)主邏輯判定的穩(wěn)定關(guān)斷角增量A。

優(yōu)選的，在CFPREV動作和基波分量判定之間設(shè)置延時(shí)。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明目的是對基于零序檢測法的CFPREV進(jìn)行優(yōu)化完善，以保證在交流側(cè)發(fā)生單相故障時(shí)，該控制邏輯可靠動作；在交流側(cè)存在勵(lì)磁涌流的情況下，該控制邏輯能夠有效地進(jìn)行識別，并抑制直流功率的反復(fù)波動。

本發(fā)明通過對逆變站換流母線零序電壓3U₀的基波含量進(jìn)行判定，區(qū)分勵(lì)磁涌流擾動和單相故障；在CFPREV動作和3U₀基波含量判定之間加入適當(dāng)?shù)难訒r(shí)，給予CFPREV主邏輯一定的調(diào)節(jié)時(shí)間，同時(shí)增加快速傅里葉轉(zhuǎn)換器的采樣時(shí)間，從而更加準(zhǔn)確地判定3U₀的基波含量。優(yōu)化后的CFPREV能夠有效識別勵(lì)磁涌流造成的擾動，在勵(lì)磁涌流期間輸出穩(wěn)定的關(guān)斷角增量，從而避免了逆變站關(guān)斷角的頻繁調(diào)節(jié)，防止了直流電壓反復(fù)波動的發(fā)生，最終抑制了直流功率的周期性波動，在保證直流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行方面起到了重要作用。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中換相失敗預(yù)測控制原理圖。

圖2是勵(lì)磁涌流擾動導(dǎo)致CFPREV動作的錄波示意圖。

圖3是本發(fā)明優(yōu)化后的CFPREV部分控制邏輯原理圖。

圖4是仿真系統(tǒng)一次電氣模型示意圖。

圖5是優(yōu)化前CFPREV輸出結(jié)果示意圖。

圖6是優(yōu)化后CFPREV輸出結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)一步說明：

直流控制保護(hù)系統(tǒng)中有相應(yīng)的換相失敗預(yù)測控制（CFPREV）來預(yù)防交流系統(tǒng)故障引起的換相失敗，其原理是在檢測到交流系統(tǒng)故障后輸出關(guān)斷角的增量，增大換流閥的換相裕度，以降低換相失敗發(fā)生的概率。

如圖1所示，目前普遍采用的CFPREV包括兩個(gè)并行的部分：Ⅰ是基于零序檢測法來檢測單相故障，當(dāng)檢測到零序電壓（3U₀）高于定值時(shí)，判斷交流系統(tǒng)出現(xiàn)單相故障；Ⅱ是基于交流電壓α/β轉(zhuǎn)換來檢測三相故障，當(dāng)α/β變換輸出值小于穩(wěn)態(tài)情況下的α/β變換輸出值時(shí)，判斷交流系統(tǒng)出現(xiàn)三相故障。

在實(shí)際運(yùn)行過程中，當(dāng)逆變站附近變電站空投變壓器時(shí)，所產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流會引起換流母線電壓畸變， 3U₀周期性到達(dá)定值門檻，導(dǎo)致基于零序檢測法的CFPREV反復(fù)動作，關(guān)斷角反復(fù)地增大和減小，使得直流電壓反復(fù)波動，進(jìn)而引起直流功率周期性波動，對交流系統(tǒng)有著嚴(yán)重不良影響。具體波形如圖2所示?？梢钥闯觯F(xiàn)有的CFPREV控制邏輯無法對勵(lì)磁涌流擾動和單相故障進(jìn)行區(qū)分，存在抗諧波能力較差、易造成直流功率波動的缺陷，需要進(jìn)一步優(yōu)化完善。

交流系統(tǒng)單相故障與勵(lì)磁涌流擾動時(shí)3U₀的頻率特性存在極大差異。單相故障時(shí)3U₀以基波分量為主，諧波分量較低；勵(lì)磁涌流擾動時(shí)3U₀中基波分量極低，諧波分量較高，并且諧波分量在經(jīng)電網(wǎng)傳輸后各次諧波的含量不具備規(guī)律性。因此，本發(fā)明在基于零序檢測法的CFPREV控制邏輯中，增加輔助控制邏輯，利用傅里葉變換對3U₀的波形進(jìn)行分析，以區(qū)分勵(lì)磁涌流擾動和單相故障，并結(jié)合零序檢測法的動作信號，在勵(lì)磁涌流擾動時(shí)輸出穩(wěn)定的關(guān)斷角增量。具體如圖3虛框區(qū)域所示。

如圖3所示，模塊1為快速傅里葉轉(zhuǎn)換器，模塊2為比較單元，模塊3為單穩(wěn)態(tài)多頻振蕩器，模塊4為延時(shí)組件，模塊5為與門，模塊6為兩輸入選擇器，模塊7為MAX模塊。當(dāng)CFPREV零序檢測法主邏輯啟動并對關(guān)斷角調(diào)節(jié)一段時(shí)間后，模塊2對3U₀基波分量進(jìn)行判定：當(dāng)其大于整定值時(shí)，判斷CFPREV動作原因是交流系統(tǒng)單相故障，模塊2輸出為0，繼而模塊5輸出為0，模塊6在Ctrl=0的情況下輸出B=0，模塊7在0與主邏輯輸出之間選最大值，對主控制邏輯不產(chǎn)生影響；當(dāng)其小于整定值時(shí)，判斷CFPREV動作原因?yàn)閯?lì)磁涌流擾動，模塊2輸出為1，繼而模塊5輸出為1，模塊6在Ctrl=1的情況下輸出為A，然后經(jīng)模塊7比較之后輸出不經(jīng)零序檢測法判定的穩(wěn)定關(guān)斷角增量，防止直流電壓反復(fù)波動，從而避免直流功率周期性波動。

如圖4所示，利用PSCAD/EMTDC電磁仿真程序，建立一個(gè)以單12脈動直流輸電為核心的電氣模型。在直流控保經(jīng)典模型基礎(chǔ)上增加CFPREV功能模塊，以逆變站換流母線電壓作為CFPREV的輸入源，空投逆變站附近變壓器，分別得出優(yōu)化前后CFPREV的輸出結(jié)果。圖5是優(yōu)化前CFPREV的輸出結(jié)果，圖6是優(yōu)化后CFPREV的輸出結(jié)果，橫坐標(biāo)是時(shí)間，單位是秒；縱坐標(biāo)是關(guān)斷角增量，單位是度。

仿真結(jié)果對比可知，優(yōu)化后的CFPREV能夠有效識別勵(lì)磁涌流造成的擾動，在勵(lì)磁涌流期間輸出穩(wěn)定的關(guān)斷角增量，從而避免了逆變站關(guān)斷角的頻繁調(diào)節(jié)，防止了直流電壓反復(fù)波動的發(fā)生，最終抑制了直流功率的周期性波動，在保證直流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行方面起到了重要作用。

最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。