一种提升高压直流换相失败预测动作速率的装置和方法与流程

1.本发明涉及特高压直流输电领域。


背景技术：

2.高压直流输电被广泛用于解决能源与用电负荷地理逆向分布的问题。目前，我国已建成数十条高压直流输电系统，将西部能源送往东部、中部等高用电负荷地区。高压直流输电使用晶闸管器件的电网换相换流器，当逆变侧交流系统发生扰动或故障，换流器存在换相失败的风险。换相失败将引起输送功率波动和交流系统稳定的问题。
3.换相失败预测控制策略为高压直流输电控制系统应对换相失败的一个主要控制策略。换相失败预测控制采集交流母线同步电压，满足一定的判据后，输出提前触发角度指令。其动作速率反应了控制系统对交流系统变化响应的快慢。决定动作速率主要有以下因素：
4.(1)换相失败预测控制逻辑判据；
5.(2)交流母线同步电压采样速率及上送速率；
6.(3)换相失败预测控制逻辑执行速率；
7.(4)处理器性能。
8.对于第(1)点，目前装置中所使用的为成熟逻辑判据。另外三点与装置硬件处理器性能有很大关系。特别的，在目前芯片短缺的大环境下，国产中高端芯片刚刚起步，国产芯片性能暂无法达到目前使用的高端进口芯片的性能指标。因此在有限处理器性能条件下，研究如何最大提升高压直流换相失败预测动作速率的方法和装置具有重要的意义。


技术实现要素：

9.为解决上述问题，本发明提供了一种提升高压直流换相失败预测动作速率的装置和方法。
10.为实现上述目的，本发明的技术方案为：
11.一种提升高压直流换相失败预测动作速率的装置，包括第一执行单元与第二执行单元，所述第一执行单元具有快速任务执行周期，所述第二执行单元具有慢速任务执行周期，所述快速任务执行周期小于慢速任务执行周期；
12.所述第一执行单元包括交流同步电压输入及信号处理模块、换相失败预测模块、最小换相裕度控制模块以及脉冲信号生成处理模块；
13.所述第二执行单元包括其他模拟量输入及信号处理模块、通讯接口信号处理模块、主控制器逻辑模块、主要逻辑处理模块及其他逻辑处理模块。
14.为本发明所优选的是，所述交流同步电压输入及信号处理模块被配置为通过交流同步电压采集板获取电网换相换流器中的交流同步电压原始信号并转化为交流同步电压处理信号；
15.所述换相失败预测模块被配置为分析交流同步电压处理信号是否满足高压直流
换相失败预测动作判据并输出指令信号；
16.所述最小换相裕度控制模块被配置为接收指令信号并对指令信号进行比较以获得触发命令；
17.所述脉冲信号生成处理模块被配置为接收触发命令，并根据触发命令输出触发脉冲信号至vbe控制阀装置、以及接收vbe控制阀装置发送的回馈脉冲信号。
18.为本发明所优选的是，所述慢速任务执行周期为多级任务执行周期；其中，所述其他模拟量输入及信号处理模块、通讯接口信号处理模块具有第一级慢速任务执行周期；所述主控制器逻辑模块及主要逻辑处理模块具有第二级慢速任务执行周期；所述其他辅助逻辑处理模块具有第三级慢速任务执行周期；所述第一级慢速任务执行周期小于第二级慢速任务执行周期，所述第二级慢速任务执行周期小于第三慢速任务执行周期。
19.为本发明所优选的是，所述快速任务执行周期为10-20微秒，所述慢速任务执行周期大于等于100微秒。
20.为本发明所优选的是，所述其他模拟量输入及信号处理模块被配置为接收阀侧换相电流模拟量、直流电压模拟量以及直流电流模拟量；
21.所述通讯接口信号处理模块被配置为处理主机间通讯、系统间通讯、io通讯以及站层控制网通讯；
22.所述主控制器逻辑模块包括电流控制器、电压控制器以及定关断角控制器；
23.所述主要逻辑处理模块被配置为实现开关刀闸联锁控制、顺序控制以及模式控制。
24.一种提升高压直流换相失败预测动作速率的方法，首先确定快速任务执行周期，并在快速任务执行周期内完成以下步骤：
25.获取电网换相换流器中的交流同步电压原始信号；
26.对交流同步电压原始信号进行转化，得到交流同步电压处理信号；
27.对交流同步电压处理信号进行分析，得到指令信号；
28.对指令信号进行比较，得到触发命令；
29.根据触发命令生成触发脉冲信号至vbe阀控制装置，所述vbe阀控制装置生成回馈脉冲信号反馈脉冲执行结果。
30.为本发明所优选的是，所述对交流同步电压原始信号进行转化包括对交流同步电压原始信号进行差值补偿，差值补偿的算法为
31.或
[0032][0033]
其中，time
t
、uac
t
分别为现场可编程门阵列的实时时钟和交流同步电压实时值；time
ts
、uac
ts
分别为交流同步电压当前采集点对应的实时时钟和当前采集点的电压值；time
ts-n
、uac
ts-n
分别为交流同步电压n个采集点前对应的实时时钟和n个采集点前对应的电压值，n≥3。
[0034]
为本发明所优选的是，所述差值补偿中的差值为获取交流同步电压原始信号和脉冲执行时二次链路带来的时间延时。
[0035]
为本发明所优选的是，所述对交流同步电压处理信号进行分析包括判断交流同步电压处理信号是否满足预测动作判据，所述预测动作判据为
[0036]
｜uac
l1
+uac
l2
+uac
l3
｜≥z_diff_set或
[0037]
｜u
αβ-u
αβ_f
｜≥abz_det_set
[0038]
其中，uac
l1
、uac
l2
、uac
l3
为三相同步电压，z_diff_set为零序启动定值，u
αβ
为三相同步电压有效值，u
αβ_f
为经过低通滤波器的三相同步电压有效值，abz_det_set为三相启动定值。
[0039]
为本发明所优选的是，所述对指令信号进行比较包括将指令信号与设定值进行叠加及逻辑运算，并将运算结果与设定值进行比较，若运算结果小于等于设定值则输出触发命令，若运算结果大于设定值则不输出触发命令。
[0040]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0041]
本发明在有限处理器性能条件下，通过优化配置程序中各个功能模块的执行周期，可最大提升高压直流换相失败预测动作速率，利于改善换相失败发生时的应对。
[0042]
本发明所提供的的技术方案从交流同步电压获取、逻辑处理、后续执行输出均在高速的执行周期上。因此当交流同步电压发生变化，一个较短时间的执行周期就可以完成交流电压采样、信号处理、逻辑判断及执行输出。
附图说明
[0043]
图1为本发明实施例1中提升高压直流换相失败预测动作速率的装置结构示意图；
[0044]
图2为本发明实施例2中提升高压直流换相失败预测动作速率的方法的执行流程示意图；
具体实施方式
[0045]
下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。
[0046]
实施例1：
[0047]
请参照图1，本发明实施例1提供了一种提升高压直流换相失败预测动作速率的装置，包括具有快速任务执行周期的交流同步电压输入及信号处理模块、换相失败预测模块、最小换相裕度控制模块以及脉冲信号生成处理模块；
[0048]
还包括具有慢速任务执行周期的其他模拟量输入及信号处理模块、通讯接口信号处理模块、主控制器逻辑模块及主要逻辑处理模块。
[0049]
其中，交流同步电压输入及信号处理模块通过交流同步电压采集板卡获取电网换相换流器中的交流同步电压原始信号并转化为交流同步电压处理信号；
[0050]
所述换相失败预测模块分析交流同步电压处理信号是否满足高压直流换相失败预测动作判据并输出指令信号；
[0051]
所述最小换相裕度控制模块接收指令信号并对指令信号进行比较以获得触发命令；
[0052]
所述脉冲信号生成处理模块接收触发命令，并根据触发命令输出触发脉冲信号至vbe控制阀装置、以及接收vbe控制阀装置发送的回馈脉冲信号。
[0053]
其他模拟量输入及信号处理模块被配置为接收阀侧换相电流模拟量、直流电压模
拟量以及直流电流模拟量；
[0054]
所述通讯接口信号处理模块被配置为处理主机间通讯、系统间通讯、io通讯以及站层控制网通讯，其第一级慢速任务执行周期为100微秒；这样能保证对信号输入输出的快速处理。
[0055]
所述主控制器逻辑模块包括电流控制器、电压控制器以及定关断角控制器，其第二级慢速任务执行周期为1毫秒；由于平波电抗器和很长的架空线路的存在，高压直流输电整体的控制惯性还是比较大的，因此1毫秒的执行周期能够满足主控制器逻辑需求。除换流阀，其他一次设备的操作时间为数十毫秒或者秒级的，1毫秒的执行周期能够满足主要逻辑处理模块需求。
[0056]
所述主要逻辑处理模块被配置为实现开关刀闸联锁控制、顺序控制以及模式控制，其第二级慢速任务执行周期为1毫秒。另外，本实施例中的装置还包括其他辅助模块，其第三级慢速任务执行周期为4毫秒。
[0057]
实施例2：
[0058]
请参照图2，本发明实施例2提供了一种提升高压直流换相失败预测动作速率的方法，确定快速任务执行周期，并在快速任务执行周期内完成以下步骤：
[0059]
s1：获取电网换相换流器中的交流同步电压原始信号；
[0060]
s2：对交流同步电压原始信号进行转化，得到交流同步电压处理信号；
[0061]
s3：对交流同步电压处理信号进行分析，得到指令信号；
[0062]
s4：对指令信号进行比较，得到触发命令；
[0063]
s5：根据触发命令生成触发脉冲信号至vbe阀控制装置，所述vbe阀控制装置生成回馈脉冲信号至脉冲信号生成处理模块。
[0064]
对交流同步电压原始信号进行转化包括对交流同步电压原始信号进行差值补偿，差值补偿的算法为
[0065][0066]
其中，time
t
、uac
t
分别为现场可编程门阵列的实时时钟和交流同步电压实时值；time
ts
、uac
ts
分别为交流同步电压当前采集点对应的实时时钟和当前采集点的电压值。
[0067]
差值补偿中的差值为获取交流同步电压原始信号时二次链路带来的时间延时。
[0068]
对交流同步电压处理信号进行分析包括判断交流同步电压处理信号是否满足预测动作判据，所述预测动作判据为
[0069]
｜uac
l1
+uac
l2
+uac
l3
｜≥z_diff_set
[0070]
其中，uac
l1
、uac
l2
、uac
l3
为三相同步电压，z_diff_set为零序启动定值，abz_det_set为三相启动定值。
[0071]
对指令信号进行比较包括将指令信号与设定值进行叠加及逻辑运算，并将运算结果与设定值进行比较，若运算结果小于等于设定值则输出触发命令，若运算结果大于设定值则不输出触发命令。
[0072]
具体的，交流同步电压原始信号经过差值补偿转化为交流同步电压处理信号，然后发送至换相失败预测模块进行分析对比，换相失败预测模块输出指令信号发送至最小换相裕度控制模块，最小换相裕度控制模块的输出送给脉冲信号生成处理模块，生成cp(触发
信号脉冲)信号送给vbe阀控制装置，vbe阀控装置将fp(回馈信号脉冲)返回给脉冲信号生成处理模块，这个过程在一整个快速任务执行周期完成，且该快速任务执行周期为20微秒。
[0073]
从而容易得到本实施例中动作速率的灵敏度换算成电气角度为可以看出本实施例相对于现有技术大大提高了高压直流换相失败预测动作速率。
[0074]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的保护范围之内。