本發(fā)明涉及一種抑制直流輸電連續(xù)換相失敗的控制方法。

背景技術：

直流輸電具有輸送功率大、功率快速可控且輸電損耗低等優(yōu)點，被廣泛運用于跨大區(qū)遠距離輸電及非同步電網(wǎng)互聯(lián)等場合，對于我國推進“西電東送，南北互供，全國聯(lián)網(wǎng)”的能源發(fā)展戰(zhàn)略發(fā)揮著十分重要的作用，有效解決了我國能源中心和負荷中心逆向分布的問題，帶來了巨大的經(jīng)濟和社會效益。然而，由于換流站內換流器件采用半控型器件晶閘管，無法通過控制門極使其關斷，僅依靠電網(wǎng)電壓恢復晶閘管阻斷能力，這導致?lián)Q相失敗成為直流輸電的典型故障。隨著直流輸電工程的大量投運，華東地區(qū)電網(wǎng)已形成多直流饋入系統(tǒng)，直流輸電換相失敗給交直流混聯(lián)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來的影響日益成為值得關注的問題。

作為直流輸電系統(tǒng)最常見的故障之一，換相失敗與很多因素有關，主要包括換相電壓、換流變壓器變比、直流電流、換相電抗、越前觸發(fā)角等。其中，逆變側交流系統(tǒng)故障是引起換相失敗的主要原因。直流輸電首次換相失敗一般難以避免，但采取合適的控制措施可以抑制直流輸電連續(xù)換相失敗。對于交直流混聯(lián)電網(wǎng)，連續(xù)多次換相失敗會造成直流系統(tǒng)閉鎖、直流系統(tǒng)功率傳輸中斷、交流系統(tǒng)傳輸功率劇烈變化甚至反向，沖擊交流系統(tǒng)并多次造成交流系統(tǒng)保護誤動，嚴重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。因此，研究合適的控制方法在抑制直流輸電連續(xù)換相失敗的同時縮短故障恢復時間，改善直流系統(tǒng)故障恢復特性，具有十分重要意義。

目前對直流輸電換相失敗預測控制策略的研究成果均集中于預防直流輸電首次換相失敗，很少有文獻對抑制直流輸電連續(xù)換相失敗進行研究。文獻[1]提出一種基于漸變恢復理論的新型動態(tài)低壓限流器控制方法，通過延緩單條直流功率恢復速率，可降低故障期間直流系統(tǒng)對交流系統(tǒng)的無功需求，進而達到抑制連續(xù)換相失敗的目的。但是動態(tài)低壓限流器延時環(huán)節(jié)時間常數(shù)選擇困難，難以準確獲得，制約了該方法的實際運用；文獻[2]指出對低壓限流器參數(shù)進行優(yōu)化可以在一定程度上減少逆變側交流系統(tǒng)故障引起的直流輸電連續(xù)換相失敗幾率，但并未給出低壓限流器參數(shù)優(yōu)化的具體方法；文獻[3]提出了一種抑制直流輸電連續(xù)換相失敗的虛擬電阻電流限制控制方法。該方法在直流系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)中引入虛擬電阻以反應故障情況以及恢復過程中直流電流的變化特征，并將考慮虛擬電阻壓降之后的電壓作為低壓限流器啟動電壓，具有簡單易實現(xiàn)的優(yōu)點。但是，故障穩(wěn)態(tài)時直流電流不再等于額定值，虛擬電阻上壓降一直存在，將造成其低壓限流器啟動電壓偏低，在抑制直流輸電連續(xù)換相失敗的同時將改變直流系統(tǒng)故障穩(wěn)態(tài)運行點，增加系統(tǒng)故障后直流系統(tǒng)控制調節(jié)時間，不利于故障后直流系統(tǒng)恢復。

參考文獻：

[1]郭利娜,劉天琪,李興源.抑制多饋入直流輸電系統(tǒng)后續(xù)換相失敗措施研究[j].電力自動化設備,2013,(11):95-99.

[2]李新年,陳樹勇,龐廣恒,等.華東多直流饋入系統(tǒng)換相失敗預防和自動恢復能力的優(yōu)化[j].電力系統(tǒng)自動化,2015,(06):134-140.

[3]郭春義,李春華,劉羽超,等.一種抑制傳統(tǒng)直流輸電連續(xù)換相失敗的虛擬電阻電流限制控制方法[j].中國電機工程學報,2016,(18):4930-4937+5117.

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提出一種能夠抑制直流輸電連續(xù)換相失敗的控制方法。本發(fā)明在直流輸電控制環(huán)節(jié)中低壓限流器的輸入值的計算中，考慮了故障后直流電流和換流母線電壓的變化情況，同時考慮了故障后直流系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)的作用，能夠較快獲得低壓限流器啟動電壓故障穩(wěn)態(tài)值，縮短故障恢復時間且不改變系統(tǒng)故障穩(wěn)態(tài)運行點。本發(fā)明的技術方案如下：

一種抑制直流輸電連續(xù)換相失敗的控制方法，包括步驟：

(1)利用三相電壓互感器采集逆變側換流母線線電壓有效值en，直流電流傳感器采集逆變側直流系統(tǒng)電流idn。

(2)將采集得到的en和idn代入低壓限流器啟動電壓計算公式：

上式中：γ0為逆變側定關斷角控制中的關斷角整定值；rv為補償電阻；drn為逆變器等效換相電阻；b為直流輸電系統(tǒng)每一極6脈動換流器串聯(lián)的個數(shù)；idn為逆變側直流電流額定值；udn為逆變側直流電壓額定值；tn為逆變側換流變壓器變比。

(3)將該式計算值us作為直流輸電控制環(huán)節(jié)中低壓限流器的輸入值，用以抑制由于低壓限流器啟動電壓變化劇烈而引起的直流輸電連續(xù)換相失敗。

由于系統(tǒng)中儲能元件的作用，故障后逆變側直流電流idn和逆變側換流母線電壓en變化緩慢，本發(fā)明將us作為直流輸電控制環(huán)節(jié)中低壓限流器的輸入值，能夠抑制由于低壓限流器啟動電壓變化劇烈而引起的直流輸電連續(xù)換相失敗，并且由于上式中令關斷角恒等于額定關斷角，體現(xiàn)了故障后逆變側定關斷角控制的持續(xù)作用，能夠較快取得低壓限流器啟動電壓故障穩(wěn)態(tài)值，縮短故障恢復時間。與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：

(1)計算公式體現(xiàn)了故障后直流電流和換流母線電壓的變化情況，能夠反映故障后系統(tǒng)動態(tài)特性，能夠抑制直流輸電連續(xù)換相失敗

(2)該公式由直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性方程推導而來，同時考慮了故障后直流系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)的作用，能夠較快求得低壓限流器啟動電壓故障穩(wěn)態(tài)值，縮短故障恢復時間且不改變系統(tǒng)故障穩(wěn)態(tài)運行點。

附圖說明

圖1cigrehvdc標準測試模型控制環(huán)節(jié)結構框圖。

圖2低壓限流器特性曲線。

圖3cigrehvdc標準測試模型穩(wěn)態(tài)運行曲線。

圖4直流輸電系統(tǒng)等值電路圖。

圖中標號說明：

圖1中idz為整流側直流電流；udn為逆變側直流電壓；idn為逆變側直流電流；γ為逆變側關斷角測量值；ides為主控制極給出的直流電流整定值；rv為補償電阻；γ0為逆變側定關斷角控制中的關斷角整定值；αrec為整流側定電流控制輸出的整流側觸發(fā)角指令；βinv_i和βinv_γ分別為逆變側定電流控制和定關斷角控制輸出的逆變側觸發(fā)角指令；一階慣性環(huán)節(jié)是用來模擬直流電壓和電流的測量過程，其中慣性時間常數(shù)t反映測量設備的響應速度，增益g將直流電壓和電流的實際值變?yōu)闊o量綱的標幺值。

圖2中u為低壓限流器啟動電壓；i為低壓限流器輸出的直流電流指令。

圖3中ud和id分別為直流系統(tǒng)電壓和電流的標幺值。

圖4中ud0z、ud0n分別為整流側和逆變側的無相控理想空載直流電壓，與各自所連交流換流母線電壓成正比；ud0zcosα、ud0ncosγ分別為整流側和逆變側的有相控理想空載直流電壓；udz、udn分別為整流側和逆變側出口處電壓，即直流線路始末端電壓；drz、drn分別為整流器和逆變器的等效換相電阻，與各自的換相電感成正比；ld為平波電抗器的電感值；l，r，c為直流線路的等值電抗、電阻和電容。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的進行詳細的描述。

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的進行詳細的描述。

(1)由圖1可知，直流系統(tǒng)整流側配備有帶αmin限制的定電流控制器，逆變側配備有定電流控制器和定關斷角控制器。另外逆變側還配備有電流偏差控制器(currenterrorcontrollor，cec)，能夠實現(xiàn)逆變側從定關斷角控制到定電流控制的平穩(wěn)切換。ides一般取1p.u，在故障時大于低壓限流器輸出電流指令i，因此故障后整流側和逆變側定電流控制器的電流指令均由低壓限流器(voltagedependentcurrentorderlimiter，vdcol)決定。

當?shù)蛪合蘖髌鲉与妷捍蠓秶▌訒r將導致低壓限流器輸出電流指令同樣變化，進而引起整流側觸發(fā)角指令αrec和逆變側觸發(fā)角指令βinv_i大幅度波動，直流系統(tǒng)首次換相失敗恢復后可能因為直流系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)輸出觸發(fā)角指令的劇烈變化再次發(fā)生一次或多次換相失敗故障，直流輸電可能由單次換相失敗發(fā)展為連續(xù)換相失敗。

根據(jù)圖1虛線框內低壓限流器啟動電壓u的獲得過程，u可用下式表示：

(2)由圖2可知，低壓限流器啟動電壓u和輸出的直流電流指令i關系可以用函數(shù)i＝f(u)表示：

(3)如圖3所示，當交直流混聯(lián)電網(wǎng)正常運行時，直流系統(tǒng)整流側運行在定電流idn控制決定直流系統(tǒng)電流，逆變側運行在定關斷角γ0控制決定直流系統(tǒng)電壓，系統(tǒng)運行在a點。當整流側換流母線電壓下降時，直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行曲線如圖3中黃實線a-i所示，整流側運行于定αmin控制，逆變側運行于定電流控制；當逆變側換流母線電壓下降時，直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行曲線如圖3中紅實線a-z所示，整流側運行于定電流控制，逆變側運行于定關斷角γ0控制。逆變側交流系統(tǒng)故障后直流系統(tǒng)故障穩(wěn)態(tài)運行點將從圖中a點下移至紅實線a-z上某一點，假設該點為k，k點即為該故障條件下直流系統(tǒng)故障穩(wěn)態(tài)運行點，從a點移至k點的時間即為故障恢復時間，此時，整流側運行于定電流指令id_k控制，逆變側仍運行于定關斷角γ0控制。

(4)如圖4所示為雙端直流輸電系統(tǒng)的等效電路圖，當直流輸電系統(tǒng)每一極由b(b為正整數(shù))個6脈動換流器串聯(lián)組成時，整流側和逆變側的無相控理想空載直流電壓ud0z、ud0n分別為：

其中，ez和en分別為換流站整流側和逆變側換流母線線電壓有效值。tz和tn為整流側和逆變側換流變壓器變比。

(5)由于逆變側交流系統(tǒng)故障后逆變側直流系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)維持定關斷角控制，控制逆變側關斷角γ等于額定關斷角γ0，因此逆變側出口處伏安特性可表示為：

udn＝ud0ncosγ0-idndrnb

(6)聯(lián)立以上步驟所提公式，可得仍按直流線路中點直流電壓啟動的低壓限流器啟動電壓計算公式，在該公式中用逆變側交流母線線電壓en代替了逆變側直流電壓udn。用us表示該公式所得低壓限流器啟動電壓，即：

(7)實時采集逆變側換流母線電壓en和逆變側直流電流idn，代入步驟(6)所提公式即可得到低壓限流器啟動電壓us。該計算公式同時利用交流量和直流量進行計算，其中直流量可以利用若干個采樣點求平均值得到，交流量一般需要一個交流周波的采樣數(shù)據(jù)計算得到有效值。由于直流輸電首次換相失敗后再次發(fā)生換相失敗的時間間隔通常大于一個交流周波，因此該公式所需故障后交流量en和直流量idn是能夠準確獲得。

顯然，當系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時，逆變側直流電壓udn采樣值等于由步驟(5)所得計算值，因此步驟(6)所得啟動電壓us等于步驟(1)中低壓限流器啟動電壓u，不會對直流穩(wěn)定運行帶來任何不良影響。當系統(tǒng)處于故障暫態(tài)時，由于系統(tǒng)中儲能元件的作用，直流電流和逆變側換流母線電壓變化情況相比于逆變側直流電壓緩慢得多，由步驟(6)所得低壓限流器啟動電壓us變化較為緩慢，能夠抑制由于低壓限流器啟動電壓變化劇烈而引起的直流輸電連續(xù)換相失敗，并且由于令關斷角γ等于額定關斷角γ0，體現(xiàn)了故障后逆變側定關斷角控制的持續(xù)作用，能夠較快取得低壓限流器啟動電壓故障穩(wěn)態(tài)值，縮短故障恢復時間。

將步驟(6)中所示低壓限流器啟動電壓計算公式計算值作為直流輸電控制環(huán)節(jié)中低壓限流器的輸入值，即能在抑制直流輸電連續(xù)換相失敗的同時縮短故障恢復時間。