本發(fā)明涉及一種適用于分層接入方式的換相失敗預(yù)測方法，屬于特高壓直流輸電控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

普通接入方式下，受端雙極四閥組同時接入同一個交流電網(wǎng)，而分層接入方式下，受端屬于直流系統(tǒng)同一極的高、低端兩個閥組分別接入兩個電壓等級不同的交流電網(wǎng)。如圖1所示，電壓等級為1100kV的直流系統(tǒng)同一極的高、低端兩個閥組分別接入電壓等級為500kV及1 000kV交流電網(wǎng)中。由于常規(guī)的特高壓直流受端高低端閥組接入同一交流電網(wǎng)，當(dāng)交流近端發(fā)生故障時，同一極的高、低端兩個閥組能同時檢測到故障，導(dǎo)致?lián)Q相失敗預(yù)測功能動作。但是，當(dāng)受端采用分層接入方式時，同一極的高、低端閥組分別接入到兩個不同的交流電網(wǎng)，由于兩個交流電網(wǎng)的耦合較弱，當(dāng)一個交流電網(wǎng)發(fā)生交流故障時，另一交流電網(wǎng)受到影響較小繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。但是，當(dāng)同極的一個閥組發(fā)生換相失敗故障時，會因故障閥組直流側(cè)直接短路而導(dǎo)致直流電流突變，因同極的兩個閥組屬于串聯(lián)閥組，直流電流相等，故障閥組引起的直流電流的快速上升會引起同極的非故障閥組換相面積快速減小，最終導(dǎo)致非故障閥組因換相面積不足而引發(fā)換相失敗故障。

目前，工程中的換相失敗預(yù)測判據(jù)，如零序電壓判據(jù)或變換電壓判據(jù)，都是基于交流電壓的算法，對于常規(guī)特高壓直流受端高、低端閥組接入同一交流電網(wǎng)是足夠靈敏的，但是對于受端采用分層接入方式，由于同一極串聯(lián)的兩個閥組接在不同的交流電網(wǎng)中，分層接入方式下的兩個交流電網(wǎng)不存在強(qiáng)耦合現(xiàn)象，單一交流電網(wǎng)受到干擾時，另一交流電網(wǎng)可不受干擾繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，而常規(guī)的換相失敗預(yù)測判據(jù)完全依靠判斷與本閥組相連的交流電網(wǎng)的交流電壓畸變情況來動作，只適用于本閥組的換相失敗預(yù)測，而完全不能反映同極的另一串聯(lián)閥組的換相情況。例如在圖1中，當(dāng)500kV交流電網(wǎng)受到擾動而導(dǎo)致與之相連的高端閥組發(fā)生換相失敗時，此時與低端閥組相連的1 000kV交流電網(wǎng)并未受到擾動，因此低端閥組中配置的常規(guī)換相失敗判據(jù)則無法動作，而與1 000kV交流電網(wǎng)相連的低端閥組卻會因直流電流的突變而導(dǎo)致?lián)Q相面積不足發(fā)生換相失敗故障。

因此，對于受端采用分層接入方式的特高壓直流輸電工程，當(dāng)一個換流閥組發(fā)生換相失敗時，如何避免同一極的另一個換流閥組跟隨換相失敗成為一個亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種適用于分層接入方式的換相失敗預(yù)測方法，用于解決在受端采用分層接入方式的特高壓直流輸電工程中，當(dāng)一個換流閥發(fā)生換相失敗時，如何避免同一極的另一個換流閥跟隨換相失敗的技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種適用于分層接入方式的換相失敗預(yù)測方法，包括以下方案：

方案一：包括以下步驟：

步驟1，采集本極中性母線的直流電流；

步驟2，判斷是否滿足換相失敗預(yù)測判據(jù)，所述換相失敗預(yù)測判據(jù)包括所述直流電流的突變量大于第一設(shè)定閾值時與所述直流電流的突變量大于第二設(shè)定閾值時的時間差值小于設(shè)定時間長度；

步驟3，若滿足換相失敗預(yù)測判據(jù)，則執(zhí)行防止換相失敗的措施。

方案二：在方案一的基礎(chǔ)上，步驟2中所述換相失敗預(yù)測判據(jù)的表達(dá)式為：

其中，為本極中性母線直流電流的突變量ΔI_DNC大于第一設(shè)定閾值K₁I_pu的時刻，I_pu為本極中性母線滿標(biāo)幺直流電流，K₁為滿標(biāo)幺直流電流的第一比例系數(shù)，T_{(ΔIDNC＞K2Ipu)}為本極中性母線直流電流的突變量ΔI_DNC大于第二設(shè)定閾值K₂I_pu的時刻，K₂為滿標(biāo)幺直流電流的第二比例系數(shù)，ΔT表示本極中性母線直流電流的突變量ΔI_DNC大于第一設(shè)定閾值K₁I_pu時與直流電流的突變量ΔI_DNC大于第二設(shè)定閾值K₂I_pu時的時間差值，T_s為設(shè)定時間長度，I_DNC為本極中性母線直流電流的當(dāng)前值，為對本極中性母線直流電流的歷史值I′_DNC進(jìn)行T秒鐘平滑后的值。

方案三：在方案二的基礎(chǔ)上，第一比例系數(shù)K₁＝0.06，第二比例系數(shù)K₂＝0.02，設(shè)定時間長度T_s＝10ms，對本極中性母線直流電流的歷史值I′_DNC進(jìn)行20秒鐘平滑。

方案四、五、六：在方案一、二或三的基礎(chǔ)上，步驟3中所述防止換相失敗的措施包括增加本極換流閥的熄弧角參考值并減小換流閥的觸發(fā)角。

方案七、八、九：在方案四、五或六的基礎(chǔ)上，步驟3中所述換流閥的熄弧角參考值增加10度，換流閥的觸發(fā)角減小5度。

方案十、十一、十二：在方案一、二或三的基礎(chǔ)上，步驟3中還包括滿足換相失敗預(yù)測判據(jù)的信號出口后，對出口信號展寬設(shè)定的時間。

本發(fā)明的有益效果是：根據(jù)本極中性母線直流電流的突變量大于第一設(shè)定閾值時與直流電流的突變量大于第二設(shè)定閾值時的時間差值是否小于設(shè)定時間長度來判斷本極換流閥是否會出現(xiàn)換相失敗，若本極換流閥會出現(xiàn)換相失敗，則執(zhí)行防止換相失敗的措施，有效避免了當(dāng)本極的一個換流閥換相失敗時，本極的其他換流閥出現(xiàn)跟隨換相失敗的現(xiàn)象。

附圖說明

圖1是分層接入方式下直流輸電系統(tǒng)主接線簡圖；

圖2是分層接入方式下受端控制保護(hù)系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)圖；

圖3是分層接入方式下直流電流的測點(diǎn)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

分層接入方式下受端控制保護(hù)系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)如圖2所示，整個系統(tǒng)由直流站控系統(tǒng)、極控制系統(tǒng)和閥組控控制系統(tǒng)三層裝置來實現(xiàn)，各裝置之間通過快速通訊總線來通訊，各裝置可以采用高壓直流輸電領(lǐng)域常用的嵌入式工業(yè)控制平臺或PC裝置來實現(xiàn)。本發(fā)明的適用于分層接入方式的換相失敗預(yù)測方法主要應(yīng)用在閥組控制系統(tǒng)中，當(dāng)同極中的一個換流閥換相失敗后，避免本極的其他換流閥跟隨出現(xiàn)換相失敗。

適用于分層接入方式的換相失敗預(yù)測方法包括以下步驟：

步驟1，采集本極中性母線的直流電流。

如圖3所示，對于極1換流閥組和極2換流閥組分層接入500kV的交流系統(tǒng)和1000kV的交流系統(tǒng)，換相失敗預(yù)測方法的直流電流測點(diǎn)的位置處于中性母線上，其中，A點(diǎn)為極1直流電流的測試點(diǎn)，B點(diǎn)為極2直流電流的測試點(diǎn)。中性母線直流電流的當(dāng)前值I_DNC為直接采集獲取的電流值，即在其采集處理過程中不增加任何的平滑過程。

步驟2，判斷是否滿足換相失敗預(yù)測判據(jù)，該換相失敗預(yù)測判據(jù)包括本極中性母線直流電流的突變量大于第一設(shè)定閾值時與直流電流的突變量大于第二設(shè)定閾值時的時間差值小于設(shè)定時間長度。

步驟2中換相失敗預(yù)測判據(jù)的表達(dá)式為：

其中，為本極中性母線直流電流的突變量ΔI_DNC大于第一設(shè)定閾值K₁I_pu的時刻，I_pu為本極中性母線滿標(biāo)幺直流電流，K₁為滿標(biāo)幺直流電流的第一比例系數(shù)，為本極中性母線直流電流的突變量ΔI_DNC大于第二設(shè)定閾值K₂I_pu的時刻，K₂為滿標(biāo)幺直流電流的第二比例系數(shù)，ΔT表示本極中性母線直流電流的突變量ΔI_DNC大于第一設(shè)定閾值K₁I_pu時與直流電流的突變量ΔI_DNC大于第二設(shè)定閾值K₂I_pu時的時間差值，T_s為設(shè)定時間長度，I_DNC為本極中性母線直流電流的當(dāng)前值，為對本極中性母線直流電流的歷史值I′_DNC進(jìn)行T秒鐘平滑后的值。

具體的，第一比例系數(shù)K₁＝0.06，第二比例系數(shù)K₂＝0.02，設(shè)定時間長度T_s＝10ms，對本極中性母線直流電流的歷史值I′_DNC進(jìn)行20秒鐘平滑。

當(dāng)然，上述換相失敗預(yù)測判據(jù)中的第一比例系數(shù)K₁，第二比例系數(shù)K₂，設(shè)定時間長度T_s以及平滑的時間20秒鐘僅是作為一種具體的實施例，在實際設(shè)定時，可根據(jù)直流系統(tǒng)的主回路參數(shù)來確定。

步驟3，若滿足換相失敗預(yù)測判據(jù)，則執(zhí)行防止換相失敗的措施。

在本實施例中，防止換相失敗的措施為增加本極換流閥的熄弧角參考值并減小換流閥的觸發(fā)角。具體的，換流閥的熄弧角參考值增加10度，換流閥的觸發(fā)角減小5度。實際應(yīng)用中，可以根據(jù)直流輸電系統(tǒng)的主回路參數(shù)的具體情況來進(jìn)步一優(yōu)化兩個角度改變的大小。在可以避免本極換流閥換相失敗的情況下，增加本極換流閥的熄弧角參考值和減小換流閥的觸發(fā)角的動作可以同時投入，也可以擇一投入。

另外，當(dāng)滿足換相失敗預(yù)測判據(jù)時，也可以選擇投入現(xiàn)有技術(shù)中其他的防止換相失敗的措施。

在步驟3中，若滿足換相失敗預(yù)測判據(jù)，在滿足換相失敗預(yù)測判據(jù)的信號出口后，對出口信號展寬設(shè)定一個時間，以防止連續(xù)換相失敗故障的發(fā)生。在整個出口信號展寬過程中，直流控制系統(tǒng)會根據(jù)這個信號來主動增大換流閥的熄弧角，為換流閥提供更大的換相面積來抵御換相失敗故障的發(fā)生。具體展寬時間的大小可根據(jù)直流系統(tǒng)的主回路參數(shù)來確定。

上述適用于分層接入方式的換相失敗預(yù)測方法需要在一個程序執(zhí)行周期內(nèi)完成，整個算法的計算周期不能高于設(shè)定的時間，例如設(shè)定時間為0.625ms。

在直流輸電控制系統(tǒng)中，上述的換相失敗預(yù)測判據(jù)可以與其它換相失敗預(yù)測判據(jù)如零序電壓判據(jù)或變換電壓判據(jù)同時開放，不需要相互閉鎖，也不需要更改原有換相失敗判據(jù)的算法邏輯，多個換相失敗判據(jù)可以同時出口，以避免直流系統(tǒng)故障的擴(kuò)大化。