預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防方法與裝置，本發(fā)明的方法在計(jì)算中所需的角度α取自鎖相環(huán)的輸出，不再需要測(cè)量交流同步電壓的過零點(diǎn)和半周期時(shí)間；由于同時(shí)計(jì)算12個(gè)橋臂的換相裕度面積，不再需要考慮預(yù)觸發(fā)閥號(hào)；并且選取12個(gè)面積的最小值，使得預(yù)防換相失敗的效果更好；使用直流電流整形和非線性補(bǔ)償技術(shù)，對(duì)觸發(fā)后的換相電壓和直流電流波動(dòng)進(jìn)行修正，以增強(qiáng)預(yù)防換相失敗能力。
【專利說明】預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防方法與裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及直流輸電預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防領(lǐng)域，特別是預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防方法 與裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 換相失敗是直流輸電系統(tǒng)逆變器最常見的故障之一。主要是逆變器中，當(dāng)2個(gè) 橋臂之間換相時(shí)，若剛退出導(dǎo)通的閥在反向電壓作用的時(shí)間內(nèi)未能恢復(fù)阻斷能力，或在反 向電壓期間換相過程未能進(jìn)行完畢，則在閥電壓轉(zhuǎn)變?yōu)檎驎r(shí)原來預(yù)定退出的閥將重新導(dǎo) 通。換相失敗將導(dǎo)致直流電壓降低、輸送功率減少、電流增大、換流閥壽命縮短、換流變壓器 直流偏磁及逆變側(cè)交流系統(tǒng)過電壓等不良后果。如果換相失敗后控制不當(dāng)，還會(huì)引起連續(xù) 換相失敗，最終導(dǎo)致直流停運(yùn)。
[0003] 隨著西電東送和全國(guó)聯(lián)網(wǎng)，華東電網(wǎng)和南方電網(wǎng)都已經(jīng)是多直流饋入系統(tǒng)，一個(gè) 直流子系統(tǒng)換相失敗，可能引起其它直流子系統(tǒng)也換相失敗。為了增加輸送容量、節(jié)約線路 走廊，在建的和新規(guī)劃的直流都是特高壓直流輸電；特高壓直流輸電普遍使用了串聯(lián)閥組 結(jié)構(gòu)，一個(gè)閥組故障產(chǎn)生的故障電流將穿過另外一個(gè)閥組，可能引起另外一個(gè)閥組的換相 失敗。因此近幾年來，直流輸電系統(tǒng)的換相失敗呈現(xiàn)增多和惡化的趨勢(shì)。
[0004] 換相失敗發(fā)生的根本原因是換相裕度小于晶閘管的關(guān)斷需求，晶閘管實(shí)際需要的 關(guān)斷角通常在6°?9°之間，在逆變側(cè)各角度的關(guān)系如下：
[0005] Y = 180° -α -μ (I)
[0006] 式中Y為關(guān)斷角，α為觸發(fā)角，μ為換相重疊角。其中α是由控制器決定的， μ是由換相過程決定的；防止換相失敗就是保證Y大于晶閘管的關(guān)斷需求，這需要通過減 小α來實(shí)現(xiàn)；因此本發(fā)明是對(duì)逆變器觸發(fā)角α的輔助控制儀器。
[0007] 逆變器發(fā)生換相失敗的主要原因是由于交流電壓幅值降低、直流電流突增、交流 換相電壓過零點(diǎn)相角偏移等原因。防止換相失敗發(fā)生可以從一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 兩方面想辦法，對(duì)于控制系統(tǒng)來說預(yù)防換相失敗有以下兩種可行的技術(shù)方案：
[0008] 第一種，增大正常運(yùn)行時(shí)的關(guān)斷角Y。在逆變側(cè)使用定直流電壓控制，正常運(yùn)行時(shí) 關(guān)斷角Y的范圍是17. 5°?21. 5°，相對(duì)較大，因此無(wú)功功率消耗也要大一些；換流閥通 過閥基電子設(shè)備向控制系統(tǒng)發(fā)送每個(gè)橋臂的關(guān)斷信號(hào)，此關(guān)斷信號(hào)和交流同步電壓通過硬 件計(jì)時(shí)實(shí)測(cè)出每個(gè)橋臂的關(guān)斷角，12個(gè)關(guān)斷角的最小值作用于一個(gè)PI控制器；如果最小關(guān) 斷角小于17°，ΡΙ控制器就開始減小觸發(fā)角α，西門子直流控制保護(hù)相關(guān)技術(shù)平臺(tái)主要采 用此方案。
[0009] 這種方案關(guān)斷角大，其無(wú)功功率消耗也大，需要逆變側(cè)配置較多的交流濾波器。而 且對(duì)設(shè)備的依賴性強(qiáng)，無(wú)法與同類換流閥相配合。
[0010] 第二種，在檢測(cè)到將要發(fā)生換相失敗時(shí)，將觸發(fā)角α減小以增加換相裕度，從而 減少換相失敗的發(fā)生。在逆變側(cè)使用定關(guān)斷角控制，正常運(yùn)行時(shí)關(guān)斷角Y為17°，相對(duì)較 小，而無(wú)功功率消耗也相對(duì)較??；通過對(duì)交流換相電壓和直流電流的快速采樣（通過TDM 光纖傳輸，采樣間隔24us)，依次計(jì)算12個(gè)橋臂的換相裕度面積CM (通過DSP實(shí)現(xiàn)，計(jì)算間 隔50us)，計(jì)算中需要用到換相電壓正向過零點(diǎn)到當(dāng)前計(jì)算點(diǎn)的時(shí)間；當(dāng)CMA小于等于換相 裕度面積參考值CMAref時(shí)（CMAref為關(guān)斷角等于14°的額定換相電壓面積），立即強(qiáng)制觸 發(fā)該橋臂，從而保證足夠的換相裕度，ABB直流控制保護(hù)相關(guān)技術(shù)平臺(tái)主要采用此方案。
[0011] 這種方法屬于預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防（Predictive Commutation Prevention):當(dāng) 外部條件變化即將導(dǎo)致逆變側(cè)換相失敗時(shí)，適當(dāng)?shù)貙⒂|發(fā)角向90度方向移動(dòng)以增加換相 裕度；由于能夠在很大程度上減小換相失敗發(fā)生的概率，所以這種方法被稱為換相失敗預(yù) 防。預(yù)測(cè)型是指不需要逆變器提供橋臂關(guān)斷信號(hào)，只依靠交流電壓和直流電流測(cè)量值、以及 逆變器設(shè)計(jì)參數(shù)實(shí)現(xiàn)的換相失敗預(yù)防方法。換相裕度面積（Commutation Margin Area,簡(jiǎn) 稱CM)是指：在換相重疊過程結(jié)束后，剩下的換相正向電壓對(duì)時(shí)間的積分面積。該積分面 積和晶閘管的去電離成正比，是晶閘管成功換相的關(guān)鍵因素。換相裕度面積取決于直流電 流和換流變短路阻抗，后者也稱為換相阻抗。
[0012] 第二種方案的預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防，雖然相對(duì)第一種方案對(duì)設(shè)備依賴性低，但效 果不穩(wěn)定，換相失敗仍時(shí)有發(fā)生。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的目的是提供預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防方法與裝置，用以解決現(xiàn)有預(yù)測(cè)型換相 失敗預(yù)防方法效果不穩(wěn)定的問題。
[0014] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括：
[0015] 一種預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防方法，步驟如下：
[0016] a)，測(cè)量換相電壓；
[0017] b)，測(cè)量直流電流；
[0018] c)，根據(jù)a)、b)步驟的輸出進(jìn)行12路換相裕度面積計(jì)算，采用鎖相環(huán)PLL的輸出 進(jìn)行計(jì)算；
[0019] d)，將c)步驟輸出與換相裕度面積參考值CMAref進(jìn)行比較，確定避免換相失敗的 提前觸發(fā)角度。
[0020] 步驟如下：還包括步驟e)，對(duì)d)步驟輸出角度進(jìn)行非線性補(bǔ)償。
[0021] 所述非線性補(bǔ)償包括大小補(bǔ)償和變化速度補(bǔ)償；大小補(bǔ)償為對(duì)輸出角度減去補(bǔ) 償量；對(duì)變化速度的補(bǔ)償是指當(dāng)輸出角度向90°變化時(shí)，不限制變化速度，當(dāng)輸出角度向 160°方向變化時(shí)，對(duì)速度進(jìn)行限制。
[0022] 步驟d)中，對(duì)計(jì)算出的各橋臂的觸發(fā)角度取最小值。
[0023] 6,根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防方法，其特征在于，步驟b)中， 對(duì)直流電流進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)采集的直流電路的短時(shí)間窗取最大值。
[0024] -種預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防裝置，包括如下模塊：
[0025] 模塊a)，測(cè)量換相電壓；
[0026] 模塊b)，測(cè)量直流電流；
[0027] 模塊c)，根據(jù)模塊a)、b)的輸出進(jìn)行12路換相裕度面積計(jì)算，采用鎖相環(huán)PLL的 輸出進(jìn)行計(jì)算；
[0028] 模塊d)，將模塊c)輸出與換相裕度面積參考值CMAref進(jìn)行比較，確定避免換相失 敗的提前觸發(fā)角度。
[0029] 還包括模塊e)，對(duì)模塊d)輸出角度進(jìn)行非線性補(bǔ)償。
[0030] 所述非線性補(bǔ)償包括大小補(bǔ)償和變化速度補(bǔ)償；大小補(bǔ)償為對(duì)輸出角度減去補(bǔ) 償量；對(duì)變化速度的補(bǔ)償是指當(dāng)輸出角度向90°變化時(shí)，不限制變化速度，當(dāng)輸出角度向 160°方向變化時(shí)，對(duì)速度進(jìn)行限制。
[0031] 模塊d)中，對(duì)計(jì)算出的各橋臂的觸發(fā)角度取最小值。
[0032] 以上技術(shù)方案基于對(duì)預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防方法的深入研究和剖析。
[0033] 如圖1所示，換相裕度面積CM的表達(dá)式如下所示：

【權(quán)利要求】
1. 一種預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防方法，其特征在于，步驟如下： a) ，測(cè)量換相電壓； b) ，測(cè)量直流電流； c) ，根據(jù)a)、b)步驟的輸出進(jìn)行12路換相裕度面積計(jì)算，采用鎖相環(huán)PLL的輸出進(jìn)行 計(jì)算； d) ，將c)步驟輸出與換相裕度面積參考值CMAref進(jìn)行比較，確定避免換相失敗的提前 觸發(fā)角度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防方法，其特征在于，步驟如下：還包 括步驟e)，對(duì)d)步驟輸出角度進(jìn)行非線性補(bǔ)償。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防方法，其特征在于，所述非線性補(bǔ) 償包括大小補(bǔ)償和變化速度補(bǔ)償；大小補(bǔ)償為對(duì)輸出角度減去補(bǔ)償量；對(duì)變化速度的補(bǔ)償 是指當(dāng)輸出角度向90°變化時(shí)，不限制變化速度，當(dāng)輸出角度向160°方向變化時(shí)，對(duì)速度 進(jìn)行限制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防方法，其特征在于，步驟d)中，對(duì)計(jì) 算出的各橋臂的觸發(fā)角度取最小值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防方法，其特征在于，步驟b)中，對(duì)直 流電流進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)采集的直流電路的短時(shí)間窗取最大值。
6. -種預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防裝置，其特征在于，包括如下模塊： 模塊a)，測(cè)量換相電壓； 模塊b)，測(cè)量直流電流； 模塊c)，根據(jù)模塊a)、b)的輸出進(jìn)行12路換相裕度面積計(jì)算，采用鎖相環(huán)PLL的輸出 進(jìn)行計(jì)算； 模塊d)，將模塊c)輸出與換相裕度面積參考值CMAref進(jìn)行比較，確定避免換相失敗 的提前觸發(fā)角度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防裝置，其特征在于，還包括模塊e)， 對(duì)模塊d)輸出角度進(jìn)行非線性補(bǔ)償。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防裝置，其特征在于，所述非線性補(bǔ) 償包括大小補(bǔ)償和變化速度補(bǔ)償；大小補(bǔ)償為對(duì)輸出角度減去補(bǔ)償量；對(duì)變化速度的補(bǔ)償 是指當(dāng)輸出角度向90°變化時(shí)，不限制變化速度，當(dāng)輸出角度向160°方向變化時(shí)，對(duì)速度 進(jìn)行限制。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防裝置，其特征在于，模塊d)中，對(duì)計(jì) 算出的各橋臂的觸發(fā)角度取最小值。
【文檔編號(hào)】H02J3/36GK104333029SQ201410395254
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】傅潤(rùn)煒, 賈德峰, 莊良文, 周鵬鵬, 李志勇, 姚致清, 李亞萍, 王崢夏, 王偉, 胡衛(wèi)東 申請(qǐng)人:許昌開普檢測(cè)技術(shù)有限公司