基于逆变器熄弧角附加控制策略的直流控制方法及装置与流程

1.本发明属于交直流混联电网技术领域，尤其涉及一种基于逆变器熄弧角附加控制策略的直流控制方法及装置。


背景技术：

2.交直流混联大电网是典型的非线性系统，大扰动冲击下交直流交互耦合作用使得混联电网的暂态响应过程十分复杂。因此，直流控制功能通常需要依据所连接电网的特性进行相应的优化设定。
3.换相失败是逆变器最常见的故障之一。当两个桥臂之间换相结束后，刚退出导通的阀在反向电压作用的时间内，如果未能恢复阻断能力，或者在反向电压期问换相过程一直未能进行完毕，这两种情况在阀电压转变正向时被换相的阀都将向原来预定退出导通的阀倒换相，这称为换相失败。
4.现有换相失败控制方法应用于高压直流输电系统时，可以有效地缓解无法在同一周期连续换相的双换相故障。然而，现有方法不能减轻瞬态时的连续换相故障。即当直流电流低于参考逆变电流时，整流器和逆变器都在电流控制下短暂运行，交流电压的微小变化会导致连续换流失败，因此，降低交流电压、增加直流电流、相电压过点移位是导致换相失败的主要原因。
5.在高压直流正常运行时，运行点由整流器的恒电流控制和逆变器的恒熄弧角控制决定。在过渡状态的情况下，如过渡直流电流降低，整流器工作在最小触发角值，以保持恒定的电流，而逆变器在定电流控制工作。如果在运行点到达之前，直流电流由整流和逆变器的定电流控制，系统非常容易受到交流电压的微小变化的影响。换句话说，交流故障时，由于换相电压振荡，直流电流很容易增大或减小。因此，这种直流电流的变化增加了换相失败的频率。在瞬态时，降低交流电压和增加直流电流会导致换相失败。逆变器的交流电压降低瞬间，直流电流增加。相移和重叠角增加，熄弧角减小。这些特征可以归因于故障清除后不久的控制模式不明确。因此，需要一种方法来减轻换向失败，并减少由于交流故障或控制模式模糊引起的直流系统的不稳定性。


技术实现要素：

6.本发明提供一种基于逆变器熄弧角附加控制策略的直流控制方法及装置，用于至少解决上述技术问题之一。
7.第一方面，本发明提供一种基于逆变器熄弧角附加控制策略的直流控制方法，包括：响应于获取的三相电压，基于比较器判断各相电压是否低于预设电压值；若某一相电压值低于预设电压值，则减小交流电压、增大直流电流，计算各相电压之间的最大相移值，并基于电压的变化量和电流的变化量计算重叠角增加值；基于所述比较器判断逆变器的控制方式是否由定熄弧角控制切换为定电流控制；若逆变器的控制方式由定熄弧角控制切换为定电流控制，判断定熄弧角控制下的触发角是否大于定电流控制下的触发角；若定熄弧角
控制下的触发角大于定电流控制下的触发角，则提高参考熄弧角，使逆变器的定熄弧角控制下的触发角能够跟踪定电流控制下的触发角；若定熄弧角控制下的触发角不大于定电流控制下的触发角，则对定电流控制下的初始参考熄弧角进行修正，使得到修正熄弧角，其中，计算所述修正熄弧角的表达式为：，式中，为修正熄弧角，为各相电压之间的最大相移值，为重叠角增加值，为定电流控制下的初始参考熄弧角；基于所述修正熄弧角和定熄弧角控制下的初始参考熄弧角，计算最终的熄弧角，使用以跟踪定电流控制下触发角。
8.第二方面，本发明提供一种基于逆变器熄弧角附加控制策略的直流控制装置，包括：第一判断模块，配置为响应于获取的三相电压，基于比较器判断各相电压是否低于预设电压值；第一计算模块，配置为若某一相电压值低于预设电压值，则减小交流电压、增大直流电流，计算各相电压之间的最大相移值，并基于电压的变化量和电流的变化量计算重叠角增加值；第二判断模块，配置为基于所述比较器判断逆变器的控制方式是否由定熄弧角控制切换为定电流控制；第三判断模块，配置为若逆变器的控制方式由定熄弧角控制切换为定电流控制，判断定熄弧角控制下的触发角是否大于定电流控制下的触发角；调节模块，配置为若定熄弧角控制下的触发角大于定电流控制下的触发角，则提高参考熄弧角，使逆变器的定熄弧角控制下的触发角能够跟踪定电流控制下的触发角；修正模块，配置为若定熄弧角控制下的触发角不大于定电流控制下的触发角，则对定电流控制下的初始参考熄弧角进行修正，使得到修正熄弧角，其中，计算所述修正熄弧角的表达式为：，式中，为修正熄弧角，为各相电压之间的最大相移值，为重叠角增加值，为定电流控制下的初始参考熄弧角；第二计算模块，配置为基于所述修正熄弧角和定熄弧角控制下的初始参考熄弧角，计算最终的熄弧角，使用以跟踪定电流控制下触发角。
9.第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的一种基于逆变器熄弧角附加控制策略的直流控制方法的步骤。
10.第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行本发明任一实施例的一种基于逆变器熄弧角附加控制策略的直流控制方法的步骤。
11.本技术的一种基于逆变器熄弧角附加控制策略的直流控制方法及装置，在逆变器的主控制是电流控制时，逆变器的交流电压降低瞬间，直流电流增加，相移和重叠角增加，熄弧角减小。因此在瞬态时，降低交流电压和增加直流电流会导致熄弧角减小从而引起换相失败，由于定熄弧角控制的输出跟踪定电流控制的输出，因此，通过修正熄弧角和定熄弧角控制下的初始参考熄弧角，计算定电流控制下最终的熄弧角，保证了换向系统有足够的时间熄弧、换向，减轻换相失败的风险，以保持直流电流稳定性。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用
的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
13.图1为本发明一实施例提供的一种基于逆变器熄弧角附加控制策略的直流控制方法的流程图；图2为本发明一实施例提供的三相逆变器原理图；图3为本发明一实施例提供的某一故障扰动下交流电压暂态响应示意图；图4为本发明一实施例提供的某一故障扰动下触发角暂态响应示意图；图5为本发明一实施例提供的某一故障扰动下无功暂态响应示意图；图6为本发明一实施例提供的某一故障扰动下熄弧角暂态响应示意图；图7为本发明一实施例提供的一种基于逆变器熄弧角附加控制策略的直流控制装置的结构框图；图8是本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
14.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
15.请参阅图1，其示出了本技术的一种基于逆变器熄弧角附加控制策略的直流控制方法的流程图。
16.如图1所示，在步骤s101中，响应于获取的三相电压值，基于比较器判断各相电压是否低于预设电压值；在步骤s102中，若某一相电压值低于预设电压值，则减小交流电压、增大直流电流，计算各相电压之间的最大相移值，并基于电压的变化量和电流的变化量计算重叠角增加值；在步骤s103中，基于所述比较器判断逆变器的控制方式是否由定熄弧角控制切换为定电流控制；在步骤s104中，若逆变器的控制方式由定熄弧角控制切换为定电流控制，判断定熄弧角控制下的触发角是否大于定电流控制下的触发角；在步骤s105中，若定熄弧角控制下的触发角大于定电流控制下的触发角，则提高参考熄弧角，使逆变器的定熄弧角控制下的触发角能够跟踪定电流控制下的触发角；在步骤s106中，若定熄弧角控制下的触发角不大于定电流控制下的触发角，则对定电流控制下的初始参考熄弧角进行修正，使得到修正熄弧角，其中，计算所述修正熄弧角的表达式为：，式中，为修正熄弧角，为各相电压之间的最大相移值，为重叠角增加值，为定电流控制下的初始参考熄弧角；在步骤s107中，基于所述修正熄弧角和定熄弧角控制下的初始参考熄弧角，计算最终的熄弧角，使用以跟踪定电流控制下触发角。
17.本实施例的方法，通过修正熄弧角和定熄弧角控制下的初始参考熄弧角，计算定
电流控制下最终的熄弧角，这样可以保证直流电流增加时在附加熄弧角控制模式下换向系统也有足够的熄弧角，从而保证了换向系统有足够的时间熄弧、换向，减轻换相失败的风险。
18.请参阅图2，其示出了本技术的三相逆变器原理图。
19.如图2所示，三相线对地电压可以用以下公式表示：，
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（1）式中， 、和分别为a相电压、b相电压和c相电压，为角速度，t为时间，为瞬时线对地电压。
20.相移可以由交流电压的交点的关系来计算，如果单相线对地故障使a相的幅值减小，则其交点可定义为：
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（2）式中，为三相电压最大值与最小值之差。
21.当a相电压降低时，相移加快，可以用下式表示：
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（3）在单相线对地故障时，熄弧角的减小可以由换向电压的关系来计算。当电流换向时，换向电压为：
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（4）其中，、。
22.根据基尔霍夫电压定律，由换向电抗引起的电压降低表示为：
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（5）式中，为触发角，为换相电抗引起的电压降低，= +，为重叠角由式（6）可计算出重叠角由式（6）可计算出重叠角
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（6）当直流电流因任何干扰而增大时，由换向电抗引起的重叠角和电压降低也会增
加。因此，熄弧角减小，换相失败更加频繁。由换向电抗引起的电压降低可以进一步表示为：
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（7）式中，为换相电抗引起的电压降低值，为角速度，为交流电源的电感，为直流线路的电流。
23.综上描述，为了减小高压直流系统的控制模式模糊度，采用了一种附加控制方法，即:当逆变器的主控制是电流控制时，采用pi控制器。在这种方法中，熄弧角控制的输出跟踪电流控制的输出。因此，附加控制器的输出被作为熄弧角的参考，以保持直流电流稳定性。
24.在一个具体的实施例中，采用本技术的方法对逆变器熄弧角附加控制策略的直流控制优化效果进行验证过程如下：某特高压直流受端电网故障后将失去电压稳定，仿真结果如图3、图4、图5、图6所示。可以看出采用本文逆变器熄弧角附加控制策略的直流控制优化措施后，对应触发角增大，逆变站从交流电网中吸收的无功功率大幅减小，受端电网电压能够维持稳定，直流也可恢复平稳送电。此外，从图6所示逆变器熄弧角对比曲线可以看出，对应原控制参数，故障清除后，逆变器熄弧角一直维持在较大数值运行，虽然没有发生换相失败，但是由于逆变站无功需求大，受端电网将失去电压稳定。采用本方法优化预测参数，故障后逆变器熄弧角快速减小，虽然发生了两次短时换相失败，但受端系统能够恢复电压稳定。因此，对于存在电压稳定问题的直流馈入受端电网，采用本方法可以大大缓解高压直流输电系统换流器换相失败的风险，保证系统的稳定运行。
25.请参阅图7，其示出了本技术的一种基于逆变器熄弧角附加控制策略的直流控制装置的结构框图。
26.如图7所示，直流控制装置200，包括第一判断模块210、第一计算模块220、第二判断模块230、第三判断模块240、调节模块250、修正模块260以及第二计算模块270。
27.其中，第一判断模块210，配置为响应于获取的三相电压，基于比较器判断各相电压是否低于预设电压值；第一计算模块220，配置为若某一相电压值低于预设电压值，则减小交流电压、增大直流电流，计算各相电压之间的最大相移值，并基于电压的变化量和电流的变化量计算重叠角增加值；第二判断模块230，配置为基于所述比较器判断逆变器的控制方式是否由定熄弧角控制切换为定电流控制；第三判断模块240，配置为若逆变器的控制方式由定熄弧角控制切换为定电流控制，判断定熄弧角控制下的触发角是否大于定电流控制下的触发角；调节模块250，配置为若定熄弧角控制下的触发角大于定电流控制下的触发角，则提高参考熄弧角，使逆变器的定熄弧角控制下的触发角能够跟踪定电流控制下的触发角；修正模块260，配置为若定熄弧角控制下的触发角不大于定电流控制下的触发角，则对定电流控制下的初始参考熄弧角进行修正，使得到修正熄弧角，其中，计算所述修正熄
弧角的表达式为：，式中，为修正熄弧角，为各相电压之间的最大相移值，为重叠角增加值，为定电流控制下的初始参考熄弧角；第二计算模块270，配置为基于所述修正熄弧角和定熄弧角控制下的初始参考熄弧角，计算最终的熄弧角，使用以跟踪定电流控制下触发角。
28.应当理解，图7中记载的诸模块与参考图1中描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作和特征以及相应的技术效果同样适用于图7中的诸模块，在此不再赘述。
29.在另一些实施例中，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的基于逆变器熄弧角附加控制策略的直流控制方法；作为一种实施方式，本发明的计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为：响应于获取的三相电压值，基于比较器判断各相电压是否低于预设电压值；若某一相电压值低于预设电压值，则减小交流电压、增大直流电流，计算各相电压之间的最大相移值，并基于电压的变化量和电流的变化量计算重叠角增加值；基于所述比较器判断逆变器的控制方式是否由定熄弧角控制切换为定电流控制；若逆变器的控制方式由定熄弧角控制切换为定电流控制，判断定熄弧角控制下的触发角是否大于定电流控制下的触发角；若定熄弧角控制下的触发角大于定电流控制下的触发角，则提高参考熄弧角，使逆变器的定熄弧角控制下的触发角能够跟踪定电流控制下的触发角；若定熄弧角控制下的触发角不大于定电流控制下的触发角，则对定电流控制下的初始参考熄弧角进行修正，使得到修正熄弧角，其中，计算所述修正熄弧角的表达式为：，式中，为修正熄弧角，为各相电压之间的最大相移值，为重叠角增加值，为定电流控制下的初始参考熄弧角；基于所述修正熄弧角和定熄弧角控制下的初始参考熄弧角，计算最终的熄弧角，使用以跟踪定电流控制下触发角。
30.计算机可读存储介质可以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、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据基于逆变器熄弧角附加控制策略的直流控制装置的使用所创建的数据等。此外，计算机可读存储介质可以包括高速随机存取存储器，还可以包括存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，计算机可读存储介质可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至基于逆变器熄弧角附加控制策略的直流控制装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
31.图8是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图8所示，该设备包括：一个处理器310以及存储器320。电子设备还可以包括：输入装置330和输出装置340。处理器310、
存储器320、输入装置330和输出装置340可以通过总线或者其他方式连接，图8中以通过总线连接为例。存储器320为上述的计算机可读存储介质。处理器310通过运行存储在存储器320中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例基于逆变器熄弧角附加控制策略的直流控制方法。输入装置330可接收输入的数字或字符信息，以及产生与基于逆变器熄弧角附加控制策略的直流控制装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置340可包括显示屏等显示设备。
32.上述电子设备可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。
33.作为一种实施方式，上述电子设备应用于基于逆变器熄弧角附加控制策略的直流控制装置中，用于客户端，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：响应于获取的三相电压值，基于比较器判断各相电压是否低于预设电压值；若某一相电压值低于预设电压值，则减小交流电压、增大直流电流，计算各相电压之间的最大相移值，并基于电压的变化量和电流的变化量计算重叠角增加值；基于所述比较器判断逆变器的控制方式是否由定熄弧角控制切换为定电流控制；若逆变器的控制方式由定熄弧角控制切换为定电流控制，判断定熄弧角控制下的触发角是否大于定电流控制下的触发角；若定熄弧角控制下的触发角大于定电流控制下的触发角，则提高参考熄弧角，使逆变器的定熄弧角控制下的触发角能够跟踪定电流控制下的触发角；若定熄弧角控制下的触发角不大于定电流控制下的触发角，则对定电流控制下的初始参考熄弧角进行修正，使得到修正熄弧角，其中，计算所述修正熄弧角的表达式为：，式中，为修正熄弧角，为各相电压之间的最大相移值，为重叠角增加值，为定电流控制下的初始参考熄弧角；基于所述修正熄弧角和定熄弧角控制下的初始参考熄弧角，计算最终的熄弧角，使用以跟踪定电流控制下触发角。
34.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
35.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。