一種高壓直流輸電換流閥換相失敗監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種換流閥的監(jiān)測方法，具體涉及一種高壓直流輸電換流閥換相失敗監(jiān)測方法。該方法包括下述步驟：（1）建立換流閥關(guān)斷時(shí)間數(shù)學(xué)模型；（2）實(shí)時(shí)監(jiān)測換流閥電流導(dǎo)數(shù)是否小于0；（3）確定換流閥關(guān)斷面積；（4）確定臨界關(guān)斷面積；（5）確定實(shí)際關(guān)斷面積；（6）比較實(shí)際關(guān)斷面積和臨界關(guān)斷面積，判斷換流閥是否換相失敗。本發(fā)明提供的方法從換流閥設(shè)備角度對換相失敗的監(jiān)測更為直接，反應(yīng)了換相失敗故障的本質(zhì)；硬件方面易于實(shí)現(xiàn)，在TE板上增加積分功能，計(jì)算關(guān)斷面積簡單方便。
【專利說明】一種高壓直流輸電換流閥換相失敗監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種換流閥的監(jiān)測方法，具體涉及一種高壓直流輸電換流閥換相失敗監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)70年代以來，采用晶閘管作為換相元件的高壓直流輸電工程以其大容量遠(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。換相失敗(Commutation Failure,CF)是逆變器較為常見的故障形式，其發(fā)生使得傳輸功率從正常值突然下降到很小的值甚至是零，為整個交直交系統(tǒng)帶來巨大的擾動，嚴(yán)重影響了直流系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。我國電網(wǎng)中因直流工程輸送容量提升，多饋入直流以及大直流弱交流等問題造成換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步提聞。
[0003]換相失敗故障是不可避免的，晶閘管是非理想半控型器件，其阻斷能力需要在反向電壓作用下，經(jīng)過一段時(shí)間才能恢復(fù)，但實(shí)際系統(tǒng)中，總不免存在著故障或擾動，引起電壓跌落，晶閘管無法關(guān)斷，引發(fā)換相失敗。其本質(zhì)為:當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，線電壓過零點(diǎn)提前，換相閥臂的換流重疊角將增大，關(guān)斷角Y將減小并小于晶閘管所需的最小關(guān)斷角Ymin，換相橋臂失去正向阻斷能力，導(dǎo)致?lián)Q相失敗。
[0004]根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，換流站內(nèi)控制保護(hù)系統(tǒng)對換相失敗的監(jiān)測、預(yù)測主要通過檢測交、直流系統(tǒng)的電壓、電流，進(jìn)行換相面積計(jì)算、零序電壓計(jì)算，交直流電流比較等。以上監(jiān)測、預(yù)測方法均屬于對換相失敗的間接判別，并未從發(fā)生換相失敗的設(shè)備本身:換流閥設(shè)備角度進(jìn)行監(jiān)測和判斷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于臨界關(guān)斷面積數(shù)學(xué)模型的高壓直流輸電換相失敗的監(jiān)測方法，通過換流閥的智能觸發(fā)監(jiān)測系統(tǒng)，從換流閥電壓的角度對換相后的晶閘管閥正向阻斷能力進(jìn)行判斷，以此對換相失敗進(jìn)行直接監(jiān)測。
[0006]本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明提供一種高壓直流輸電換流閥換相失敗監(jiān)測方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法是基于臨界關(guān)斷面積數(shù)學(xué)模型的，該方法用的系統(tǒng)為監(jiān)測系統(tǒng)，包括依次連接的積分器、比較器、計(jì)時(shí)器；所述方法包括下述步驟:
[0008](I)建立換流閥關(guān)斷時(shí)間數(shù)學(xué)模型；
[0009](2)實(shí)時(shí)監(jiān)測換流閥電流導(dǎo)數(shù)是否小于O ;
[0010](3)確定換流閥關(guān)斷面積；
[0011](4)確定臨界關(guān)斷面積；
[0012](5)確定實(shí)際關(guān)斷面積；
[0013](6)比較實(shí)際關(guān)斷面積和臨界關(guān)斷面積，判斷換流閥是否換相失敗。
[0014]進(jìn)一步地，所述步驟(I)中，關(guān)斷時(shí)間包括關(guān)斷開始時(shí)刻h和關(guān)斷結(jié)束時(shí)刻t2，分別用下述數(shù)學(xué)表達(dá)式表示:
[0015]關(guān)斷開始時(shí)刻&的表達(dá)式如下:
I, 2π.[0016]iI =iO +7；~+<1^i
2π/ 3
[0017]關(guān)斷結(jié)束時(shí)刻t2的表達(dá)式如下:
I jSt
[0018]t2 =ta +-~-( — _?) 、2>;
2π J 6
[0019]其中4為觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)刻，α為逆變器的觸發(fā)角，f為換流閥交流系統(tǒng)頻率。
[0020]進(jìn)一步地，所述步驟(2)中，當(dāng)換流閥電流導(dǎo)數(shù)小于O時(shí)，進(jìn)行步驟(3)，否則返回步驟(1)。
[0021]進(jìn)一步地，所述步驟(3)中，采用對關(guān)斷過程中換流閥電壓積分的方式確定換流閥關(guān)斷面積；
[0022]換流閥關(guān)斷面積用下述表達(dá)式表示:

t2 [0023]Scm= \UVi{t)dt"3>
[0024]其中^為關(guān)斷開始時(shí)刻，t2為關(guān)斷結(jié)束時(shí)刻，Uvi (t)為目標(biāo)換相閥的閥電壓，Vi為目標(biāo)換相閥，Scffl為關(guān)斷面積。
[0025]進(jìn)一步地，所述逆變器包括三相六脈動的整流橋，在三相六脈動整流橋的輸入側(cè)連接有平波電抗器，輸出側(cè)的每一相均連接有電抗器-變壓器串聯(lián)支路；
[0026]三相六脈動整流橋的每個橋臂由晶閘管閥構(gòu)成。
[0027]進(jìn)一步地，所述步驟(4)中，臨界關(guān)斷面積SraS晶閘管關(guān)斷的最小關(guān)斷面積，數(shù)值范圍為200~450kV.μ s。
[0028]進(jìn)一步地，所述步驟(5)中，實(shí)際關(guān)斷面積Sm由表達(dá)式〈3>進(jìn)行確定。
[0029]進(jìn)一步地，所述步驟(6)中，當(dāng)實(shí)際換相過程中的關(guān)斷面積S?小于臨界關(guān)斷面積Scr時(shí)，發(fā)生換相失敗；反之，則換相成功，計(jì)算關(guān)斷面積的積分器數(shù)據(jù)清零。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是:
[0031]1、本發(fā)明提供的方法通過換流閥的智能觸發(fā)監(jiān)測系統(tǒng)，從換流閥電壓的角度對換相后的晶閘管閥正向阻斷能力進(jìn)行判斷，以此對換相失敗進(jìn)行直接監(jiān)測，從換流閥設(shè)備角度對換相失敗的監(jiān)測更為直接，反應(yīng)了換相失敗故障的本質(zhì)；
[0032]2、硬件方面易于實(shí)現(xiàn)，在晶閘管的TE板上增加積分、比較、計(jì)時(shí)等功能即可實(shí)現(xiàn)全部監(jiān)測過程，計(jì)算關(guān)斷面積簡單方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明提供的逆變器原理接線圖；
[0034]圖2是本發(fā)明提供的閥Vl與V3的換相過程圖；
[0035]圖3是本發(fā)明提供的換流閥換相過程中某一橋臂的閥電壓波形及關(guān)斷面積圖；
[0036]圖4是本發(fā)明提供的基于臨界關(guān)斷面積數(shù)學(xué)模型的高壓直流輸電換相失敗監(jiān)測方法工作流程圖。【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0038]本發(fā)明提供一種基于臨界關(guān)斷面積數(shù)學(xué)模型的高壓直流輸電換相失敗的監(jiān)測方法。該方法是:監(jiān)測計(jì)算晶閘管閥關(guān)斷所必須的關(guān)斷面積，即臨界關(guān)斷面積Sra。當(dāng)實(shí)際換相過程中的關(guān)斷面積Sm小于臨界關(guān)斷面積Sra時(shí)，判斷會發(fā)生換相失敗。
[0039]本發(fā)明提供的基于臨界關(guān)斷面積數(shù)學(xué)模型的高壓直流輸電換相失敗監(jiān)測方法工作流程圖如圖4所示，包括下述步驟:
[0040](I)對晶閘管承受的反向電壓進(jìn)行積分得到換流閥關(guān)斷時(shí)間數(shù)學(xué)模型；
[0041]以圖1中的Vl閥向V3閥換相為例，在正常運(yùn)行情況下，其換相過程中電壓電流波形如圖2所示，其中:μ和Y分別為換相角和熄弧角，β為觸發(fā)越前角。
[0042]關(guān)斷時(shí)間包括關(guān)斷開始時(shí)刻記作h和關(guān)斷結(jié)束時(shí)刻記作t2，則h和t2的表達(dá)式分別為:
【權(quán)利要求】
1.一種高壓直流輸電換流閥換相失敗監(jiān)測方法，其特征在于，所述方法是基于臨界關(guān)斷面積數(shù)學(xué)模型的，該方法用的系統(tǒng)為監(jiān)測系統(tǒng)，包括依次連接的積分器、比較器、計(jì)時(shí)器；所述方法包括下述步驟: (1)建立換流閥關(guān)斷時(shí)間數(shù)學(xué)模型； (2)實(shí)時(shí)監(jiān)測換流閥電流導(dǎo)數(shù)是否小于O; (3)確定換流閥關(guān)斷面積； (4)確定臨界關(guān)斷面積； (5)確定實(shí)際關(guān)斷面積； (6)比較實(shí)際關(guān)斷面積和臨界關(guān)斷面積，判斷換流閥是否換相失敗。
2.如權(quán)利要求1所述的換流閥換相失敗監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟(1)中，關(guān)斷時(shí)間包括關(guān)斷開始時(shí)刻A和關(guān)斷結(jié)束時(shí)刻t2，分別用下述數(shù)學(xué)表達(dá)式表示: 關(guān)斷開始時(shí)刻h的表達(dá)式如 下:
3.如權(quán)利要求1所述的換流閥換相失敗監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟(2)中，當(dāng)換流閥電流導(dǎo)數(shù)小于O時(shí)，進(jìn)行步驟(3)，否則返回步驟(1)。
4.如權(quán)利要求1所述的換流閥換相失敗監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟(3)中，采用對關(guān)斷過程中換流閥電壓積分的方式確定換流閥關(guān)斷面積； 換流閥關(guān)斷面積用下述表達(dá)式表示:
5.如權(quán)利要求4所述的換流閥換相失敗監(jiān)測方法，其特征在于，所述逆變器包括三相六脈動的整流橋，在三相六脈動整流橋的輸入側(cè)連接有平波電抗器，輸出側(cè)的每一相均連接有電抗器-變壓器串聯(lián)支路； 三相六脈動整流橋的每個橋臂由晶閘管閥構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1所述的換流閥換相失敗監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟(4)中，臨界關(guān)斷面積Scr為晶閘管關(guān)斷的最小關(guān)斷面積，數(shù)值范圍為200~450kV.μ S。
7.如權(quán)利要求1所述的換流閥換相失敗監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟(5)中，實(shí)際關(guān)斷面積Sm由表達(dá)式〈3>進(jìn)行確定。
8.如權(quán)利要求1所述的換流閥換相失敗監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟(6)中，當(dāng)實(shí)際換相過程中的關(guān)斷面積S?小于臨界關(guān)斷面積Sra時(shí)，發(fā)生換相失??；反之，則換相成功，計(jì)算關(guān)斷面積的積分器數(shù)據(jù)清零。
【文檔編號】G06Q50/06GK103488883SQ201310412303
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】劉澤洪, 湯廣福, 許韋華 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 中電普瑞電力工程有限公司