高压直流输电二次换相失败的抑制方法、装置与存储介质与流程

本发明涉及高压直流输电技术领域，具体涉及一种高压直流输电二次换相失败的抑制方法、装置与存储介质。

背景技术

常规直流输电系统(linecommutatedconverterbasedhighvoltagedirectcurrent，lcc-hvdc)在正常运行时需要吸收大量无功，同时由于晶闸管的开关特性，会在交流系统侧产生各次特征谐波。尤其是当lcc-hvdc接入弱交流系统的时候，无功和谐波问题会进一步放大，增加换相失败的风险，严重影响系统稳定性。为了改善lcc-hvdc在弱交流系统下的运行特性，可在交流母线处配置无功补偿装置，如交流滤波器、低压电抗器、statcom等。其中，statcom与传统的机械投切电容器、电抗器以及svc相比，具有无功调节速度快、欠压条件下无功调节能力强的优点，可以等效提高受端弱交流系统的强度，增强系统的稳定性和抗干扰能力。然而，在交流系统发生严重故障时，hvdc系统仍然会发生换相失败，甚至在故障清除后的恢复阶段hvdc系统也有可能面临由于交流母线电压振荡引起的二次换相失败的风险。

在交流系统发生严重故障之后的系统恢复阶段，statcom传统的无功控制策略通常采用定交流电压控制。由于直流功率传输中断，换流器吸收无功大幅减少，交流母线处并联的滤波器及无功补偿设备发出的无功过剩将导致系统出现短时过电压，此时，直流系统会增大电流指令增加功率传输从而吸收无功增加，statcom采用定交流电压控制会吸收无功，二者共同作用下交流电压会有较大下降，一旦交流电压下降超过系统运行极限，系统就会发生二次换相失败。

技术实现要素：

基于此，本发明提供了一种高压直流输电二次换相失败的抑制方法、装置与存储介质，能够优化statcom(静止同步补偿器)控制系统，使得在故障期间及故障后的系统恢复期间，实现statcom的暂态无功补偿模式的差异化配置，极大地提高statcom无功补偿能力，加快高压直流输电系统换相电压的建立速度，改善高压直流输电系统的故障恢复特性。

本发明实施例提供了一种高压直流输电二次换相失败的抑制方法，包括：

当高压直流输电系统的逆变侧交流母线发生接地故障时，检测所述逆变侧交流母线的电压以及电压变化率；

根据所述逆变侧交流母线的电压和电压变化率，判断所述高压直流输电系统的故障类型；所述故障类型包括轻度接地故障、重度接地故障；

当所述高压直流输电系统发生轻度接地故障时，采用静止同步补偿器对所述逆变侧进行定交流电压控制，以使得所述交流母线的电压大于交流母线极限电压且逆变侧关断角大于关断角整定值；

当所述高压直流输电系统发生重度接地故障时，采用所述静止同步补偿器对所述逆变侧进行满发下的无功功率控制，以使得所述交流母线的电压大于换流器的运行极限电压。

优选地，所述根据所述逆变侧交流母线的电压和电压变化率，判断所述高压直流输电系统的故障类型，具体包括：

当所述逆变侧交流母线的电压小于交流电压跌落速率阈值且所述逆变侧交流母线的电压变化率大于交流电压跌落水平阈值时，判定所述高压直流输电系统发生重度接地故障；

当所述逆变侧交流母线的电压不小于所述交流电压跌落速率阈值或所述逆变侧交流母线的电压变化率不大于所述交流电压跌落水平阈值时，判定所述高压直流输电系统发生轻度接地故障。

优选地，所述高压直流输电二次换相失败的抑制方法还包括:

根据所述逆变侧关断角和所述逆变侧交流母线的电压，判断所述高压直流输电系统的故障是否清除；

当所述高压直流输电系统的故障已清除时，采用所述静止同步补偿器将所述逆变侧的当前控制切换为稳态下的定无功功率控制，以使得所述高压直流输电系统稳态运行。

优选地，所述判断所述高压直流输电系统的故障是否清除，具体包括：

当所述交流母线的电压大于交流电压返回值且所述逆变侧关断角大于关断角返回值时，判定所述高压直流输电系统的故障已清除；

当所述交流母线的电压不大于所述交流电压返回值或所述逆变侧关断角不大于所述关断角返回值时，判定所述高压直流输电系统的故障未清除。

优选地，所述交流电压跌落水平阈值为0.9pu。

优选地，所述交流电压返回值为0.98pu；所述关断角返回值为15°。

优选地，所述静止同步补偿器在满发下的无功功率控制时功率因素为1.0pu；所述静止同步补偿器在定交流电压控制时电压整定值为1.0pu。

优选地，所述关断角整定值为7.2°。

本发明实施例还提供了一种高压直流输电二次换相失败的抑制装置，包括：

电压检测模块，用于当高压直流输电系统的逆变侧交流母线发生接地故障时，检测所述逆变侧交流母线的电压以及电压变化率；

故障判断模块，用于根据所述逆变侧交流母线的电压和电压变化率，判断所述高压直流输电系统的故障类型；所述故障类型包括轻度接地故障、重度接地故障；

定交流电压控制模块，用于当所述高压直流输电系统发生轻度接地故障时，采用静止同步补偿器对所述逆变侧进行定交流电压控制，以使得所述交流母线的电压大于换流器的运行极限电压；

无功功率控制模块，用于当所述高压直流输电系统发生重度接地故障时，采用所述静止同步补偿器对所述逆变侧进行满发下的无功功率控制，以使得所述交流母线的电压大于换流器的运行极限电压。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述的高压直流输电二次换相失败的抑制方法。

相对于现有技术，本发明实施例提供的本发明提供了一种高压直流输电二次换相失败的抑制方法的有益效果在于：当高压直流输电系统的逆变侧交流母线发生接地故障时，依据逆变侧交流母线的电压和电压变化率判定故障的故障类型，得出故障的严重程度；当所述高压直流输电系统发生轻度接地故障时，采用静止同步补偿器对所述逆变侧进行定交流电压控制，以使得所述交流母线的电压大于交流母线极限电压且逆变侧关断角大于关断角整定值；当所述高压直流输电系统发生重度接地故障时，采用所述静止同步补偿器对所述逆变侧进行满发下的无功功率控制，以使得所述交流母线的电压大于换流器的运行极限电压；实现在不同故障严重程度下，对statcom的暂态无功补偿模式的差异化配置，优化statcom控制系统，从而极大地提高statcom无功补偿能力，加快高压直流输电系统换相电压的建立速度，改善高压直流输电系统的故障恢复特性。

附图说明

图1是一种含statcom的单馈入直流输电系统的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种高压直流输电二次换相失败的抑制方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种高压直流输电二次换相失败的抑制装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，其是一种含statcom的单馈入直流输电系统的示意图；statcom联接于直流输电系统的逆变侧交流母线，提供无功功率和电压支撑。

请参阅图2，其是发明实施例提供的一种高压直流输电二次换相失败的抑制方法的流程图；所述高压直流输电二次换相失败的抑制方法，包括：

s100：当高压直流输电系统的逆变侧交流母线发生接地故障时，检测所述逆变侧交流母线的电压以及电压变化率；

s200：根据所述逆变侧交流母线的电压和电压变化率，判断所述高压直流输电系统的故障类型；所述故障类型包括轻度接地故障、重度接地故障；

s300：当所述高压直流输电系统发生轻度接地故障时，采用静止同步补偿器(statcom)对所述逆变侧进行定交流电压控制，以使得所述交流母线的电压大于交流母线极限电压且逆变侧关断角大于关断角整定值；

定交流电压控制指的是通过statcom对逆变侧的交流母线进行感性无功补偿，并快速将交流母线电压维持在交流母线极限电压，关断角始终大于关断角整定值，从而保证换流器避免发生换相失败。其中，所述交流母线极限电压可以是交流电压整定值，所述关断角整定值与所述交流电压整定值可根据工程实际进行调整。优选地，所述关断角整定值为7.2°。

s400：当所述高压直流输电系统发生重度接地故障时，采用所述静止同步补偿器对所述逆变侧进行满发下的无功功率控制，以使得所述交流母线的电压大于换流器的运行极限电压。

满发下的无功功率控制是指在statcom满发的状态下对逆变侧的交流母线进行感性无功补偿，使得statcom尽可能多的发出感性无功，从而使得交流母线电压在故障恢复阶段更快地抬升，进一步将故障恢复阶段的交流电压波动过程整体抬升，确保交流电压始终处于换流器运行极限电压之上，避免换流器因躲过由于母线交流电压波动而产生的二次换相失败风险。

在本实施例中，依据逆变侧交流母线的电压和电压变化率判定故障的故障类型，得出故障的严重程度，并在轻度接地故障下对所述逆变侧进行定交流电压控制，在重度接地故障时下对所述逆变侧进行满发下的无功功率控制，实现不同的故障严重程度下，对statcom的暂态无功补偿模式的差异化配置，优化statcom控制系统，从而极大地提高statcom无功补偿能力，加快高压直流输电系统换相电压的建立速度，改善高压直流输电系统的故障恢复特性。

在一种可选的实施例中，s200：根据所述逆变侧交流母线的电压和电压变化率，判断所述高压直流输电系统的故障类型，具体包括：

当所述逆变侧交流母线的电压小于交流电压跌落速率阈值且所述逆变侧交流母线的电压变化率大于交流电压跌落水平阈值时，判定所述高压直流输电系统发生重度接地故障；

当所述逆变侧交流母线的电压不小于所述交流电压跌落速率阈值或所述逆变侧交流母线的电压变化率不大于所述交流电压跌落水平阈值时，判定所述高压直流输电系统发生轻度接地故障。

其中，所述交流电压跌落速率阈值和所述交流电压跌落水平阈值可根据工程实际进行调整。优选地，所述交流电压跌落水平阈值为0.9pu。优选地，所述交流电压跌落速率阈值为1％-5％中任意一数值。

在一种可选的实施例中，所述高压直流输电二次换相失败的抑制方法还包括:

根据所述逆变侧关断角和所述逆变侧交流母线的电压，判断所述高压直流输电系统的故障是否清除；

当所述高压直流输电系统的故障已清除时，采用所述静止同步补偿器将所述逆变侧的当前控制切换为稳态下的定无功功率控制，以使得所述高压直流输电系统稳态运行。

在一种可选的实施例中，所述判断所述高压直流输电系统的故障是否清除，具体包括：

当所述交流母线的电压大于交流电压返回值且所述逆变侧关断角大于关断角返回值时，判定所述高压直流输电系统的故障已清除；

当所述交流母线的电压不大于所述交流电压返回值或所述逆变侧关断角不大于所述关断角返回值时，判定所述高压直流输电系统的故障未清除。

在本实施例中，通过检测逆变侧关断角和逆变侧交流母线的电压是否达到相应的关断角返回值和交流电压返回值，判断高压直流输电系统是否完成恢复过程；如果逆变侧关断角和逆变侧交流母线的电压达到相应的关断角返回值和交流电压返回值，说明高压直流输电系统已经完成恢复过程，此时，交流电压恢复，高压直流输电系统开始重新建立直流功率，暂态无功控制策略切换为稳态下的定无功功率控制；如果逆变侧关断角和逆变侧交流母线的电压没有达到相应的关断角返回值和交流电压返回值，则继续暂态无功控制过程，即重复上述步骤s200～s400。其中，所述交流电压返回值和所述关断角返回值同样也可根据工程实际进行调整。优选地，所述交流电压返回值为0.98pu；所述关断角返回值为15°。

在一种可选的实施例中，所述静止同步补偿器在满发下的无功功率控制时功率因素为1.0pu；所述静止同步补偿器在定交流电压控制时电压整定值为1.0pu。

请参阅图2，其实本发明实施例提供的一种高压直流输电二次换相失败的抑制装置的示意图，所述高压直流输电二次换相失败的抑制装置包括：

电压检测模块1，用于当高压直流输电系统的逆变侧交流母线发生接地故障时，检测所述逆变侧交流母线的电压以及电压变化率；

故障判断模块2，用于根据所述逆变侧交流母线的电压和电压变化率，判断所述高压直流输电系统的故障类型；所述故障类型包括轻度接地故障、重度接地故障；

定交流电压控制模块3，用于当所述高压直流输电系统发生轻度接地故障时，采用静止同步补偿器对所述逆变侧进行定交流电压控制，以使得所述交流母线的电压大于换流器的运行极限电压；

定交流电压控制指的是通过statcom对逆变侧的交流母线进行感性无功补偿，并快速将交流母线电压维持在交流母线极限电压，关断角始终大于关断角整定值，从而保证换流器避免发生换相失败。其中，所述交流母线极限电压可以是交流电压整定值，所述关断角整定值与所述交流电压整定值可根据工程实际进行调整。优选地，所述关断角整定值为7.2°。

无功功率控制模块4，用于当所述高压直流输电系统发生重度接地故障时，采用所述静止同步补偿器对所述逆变侧进行满发下的无功功率控制，以使得所述交流母线的电压大于换流器的运行极限电压。

满发下的无功功率控制是指在statcom满发的状态下对逆变侧的交流母线进行感性无功补偿，使得statcom尽可能多的发出感性无功，从而使得交流母线电压在故障恢复阶段更快地抬升，进一步将故障恢复阶段的交流电压波动过程整体抬升，确保交流电压始终处于换流器运行极限电压之上，避免换流器因躲过由于母线交流电压波动而产生的二次换相失败风险。

在本实施例中，依据逆变侧交流母线的电压和电压变化率判定故障的故障类型，得出故障的严重程度，并在轻度接地故障下对所述逆变侧进行定交流电压控制，在重度接地故障时下对所述逆变侧进行满发下的无功功率控制，实现不同的故障严重程度下，对statcom的暂态无功补偿模式的差异化配置，优化statcom控制系统，从而极大地提高statcom无功补偿能力，加快高压直流输电系统换相电压的建立速度，改善高压直流输电系统的故障恢复特性。

在一种可选的实施例中，故障判断模块2，用于当所述逆变侧交流母线的电压小于交流电压跌落速率阈值且所述逆变侧交流母线的电压变化率大于交流电压跌落水平阈值时，判定所述高压直流输电系统发生重度接地故障；

故障判断模块2，用于当所述逆变侧交流母线的电压不小于所述交流电压跌落速率阈值或所述逆变侧交流母线的电压变化率不大于所述交流电压跌落水平阈值时，判定所述高压直流输电系统发生轻度接地故障。

其中，所述交流电压跌落速率阈值和所述交流电压跌落水平阈值可根据工程实际进行调整。优选地，所述交流电压跌落水平阈值为0.9pu。优选地，所述交流电压跌落速率阈值为1％-5％中任意一数值。

在一种可选的实施例中，所述高压直流输电二次换相失败的抑制装置还包括:

故障清除判断模块，用于根据所述逆变侧关断角和所述逆变侧交流母线的电压，判断所述高压直流输电系统的故障是否清除；

控制切换模块，用于当所述高压直流输电系统的故障已清除时，采用所述静止同步补偿器将所述逆变侧的当前控制切换为稳态下的定无功功率控制，以使得所述高压直流输电系统稳态运行。

在一种可选的实施例中，所述故障清除判断模块，用于当所述交流母线的电压大于交流电压返回值且所述逆变侧关断角大于关断角返回值时，判定所述高压直流输电系统的故障已清除；

所述故障清除判断模块，用于当所述交流母线的电压不大于所述交流电压返回值或所述逆变侧关断角不大于所述关断角返回值时，判定所述高压直流输电系统的故障未清除。

在本实施例中，通过检测逆变侧关断角和逆变侧交流母线的电压是否达到相应的关断角返回值和交流电压返回值，判断高压直流输电系统是否完成恢复过程；如果逆变侧关断角和逆变侧交流母线的电压达到相应的关断角返回值和交流电压返回值，说明高压直流输电系统已经完成恢复过程，此时，交流电压恢复，高压直流输电系统开始重新建立直流功率，暂态无功控制策略切换为稳态下的定无功功率控制；如果逆变侧关断角和逆变侧交流母线的电压没有达到相应的关断角返回值和交流电压返回值，则继续暂态无功控制过程，即重复上述步骤s200～s400。其中，所述交流电压返回值和所述关断角返回值同样也可根据工程实际进行调整。优选地，所述交流电压返回值为0.98pu；所述关断角返回值为15°。

在一种可选的实施例中，所述静止同步补偿器在满发下的无功功率控制时功率因素为1.0pu；所述静止同步补偿器在定交流电压控制时电压整定值为1.0pu。

本发明实施例还提供了一种高压直流输电二次换相失败的抑制装置包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，例如高压直流输电二次换相失败的抑制程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个高压直流输电二次换相失败的抑制方法实施例中的步骤，例如图2所示的步骤s100-s400。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如电压检测模块1，用于当高压直流输电系统的逆变侧交流母线发生接地故障时，检测所述逆变侧交流母线的电压以及电压变化率；故障判断模块2，用于根据所述逆变侧交流母线的电压和电压变化率，判断所述高压直流输电系统的故障类型；所述故障类型包括轻度接地故障、重度接地故障；定交流电压控制模块3，用于当所述高压直流输电系统发生轻度接地故障时，采用静止同步补偿器对所述逆变侧进行定交流电压控制，以使得所述交流母线的电压大于换流器的运行极限电压；无功功率控制模块4，用于当所述高压直流输电系统发生重度接地故障时，采用所述静止同步补偿器对所述逆变侧进行满发下的无功功率控制，以使得所述交流母线的电压大于换流器的运行极限电压。

示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述高压直流输电二次换相失败的抑制装置中的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割成如图3所述的高压直流输电二次换相失败的抑制装置的功能模块。

所述高压直流输电二次换相失败的抑制装置可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述高压直流输电二次换相失败的抑制装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是高压直流输电二次换相失败的抑制装置的示例，并不构成对高压直流输电二次换相失败的抑制装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述高压直流输电二次换相失败的抑制装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述高压直流输电二次换相失败的抑制装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个高压直流输电二次换相失败的抑制装置的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述高压直流输电二次换相失败的抑制装置的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

其中，所述高压直流输电二次换相失败的抑制装置集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述的高压直流输电二次换相失败的抑制方法。

相对于现有技术，本发明实施例提供的本发明提供了一种高压直流输电二次换相失败的抑制方法的有益效果在于：当高压直流输电系统的逆变侧交流母线发生接地故障时，依据逆变侧交流母线的电压和电压变化率判定故障的故障类型，得出故障的严重程度；当所述高压直流输电系统发生轻度接地故障时，采用静止同步补偿器对所述逆变侧进行定交流电压控制，以使得所述交流母线的电压大于交流母线极限电压且逆变侧关断角大于关断角整定值；当所述高压直流输电系统发生重度接地故障时，采用所述静止同步补偿器对所述逆变侧进行满发下的无功功率控制，以使得所述交流母线的电压大于换流器的运行极限电压；实现在不同故障严重程度下，对statcom的暂态无功补偿模式的差异化配置，优化statcom控制系统，从而极大地提高statcom无功补偿能力，加快高压直流输电系统换相电压的建立速度，改善高压直流输电系统的故障恢复特性。

需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。