一种减少整流侧交流系统故障引发换相失败的控制方法

1.本发明属于高压直流输电技术领域，尤其涉及一种减少整流侧交流系统故障引发换相失败的控制方法。


背景技术：

2.高压直流输电技术因其输电容量大、输电距离远、线路损耗低、不存在同步问题等优点被广泛运用于我国长距离电力输送，有效解决了我国能源分布不均的问题，推动了我国西电东送能源发展战略的实施。近年来，我国高压直流输电技术发展迅猛，但其两端的换流器采用无自关断能力的晶闸管，逆变器在换相时易发生换相失败。据现有数据统计，换相失败是直流输电中最常见的故障之一，换相失败将导致直流电流激增，直流电压骤降，甚至引发直流系统闭锁，给系统的安全稳定运行带来强烈冲击。
3.目前研究发现整流侧交流系统故障信息可通过直流系统传递至逆变侧影响受端交流系统响应，甚至引发受端换相失败。但目前传统的换相失败抑制措施均依靠受端交流母线电压幅值作为判据，然而在整流侧交流系统故障及恢复过程中，受端交流母线电压幅值变化不明显，换言之，传统换相失败抑制措施在整流侧交流系统故障时失效，目前并没有针对整流侧交流系统故障引发的换相失败抑制措施，这将严重威胁直流系统的安全稳定运行。因此，亟需提出针对整流侧交流系统故障引发的换相失败抑制措施。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种减少整流侧交流系统故障引发换相失败的控制方法。
5.本发明的一种减少整流侧交流系统故障引发换相失败的控制方法，包括以下步骤：
6.步骤a、数据采集：
7.高压直流输电系统控制保护装置以10khz的采样频率，实时采集整流站直流输送功率pd(t)、交流滤波器提供的无功功率qf(t)、整流侧换流器消耗的无功功率q
dc
(t)、高压直流输电无功控制模块rpc的控制输出信号k，其中t为采样时刻。
8.步骤b、整流侧交流系统无功交换量求取：
9.控制保护装置计算出当前时刻t整流侧交流系统的无功交换量δq
ac
(t)，δq
ac
(t)＝|qf(t)-q
dc
(t)|。
10.步骤c、故障检测：
11.步骤c1、将当前时刻t和之前的39个采样时刻的整流侧交流系统无功交换量δq
ac
(t)、δq
ac
(t-1)、δq
ac
(t-2)、
……
、δq
ac
(t-37)、δq
ac
(t-38)、δq
ac
(t-39)构成当前时刻t整流侧交流系统的无功交换量序列δq(t)，并计算δq(t)的平均值q
mean
。
12.步骤c2、判断q
mean
大于阈值δq
set
是否成立，若是，进入步骤c3；若否，返回步骤c1。
13.步骤c3、判断当前时刻t无功控制模块rpc控制的输出信号是否为0，若是，进入步
骤d；若否，返回步骤c1。
14.步骤d、直流电流指令值计算：
15.求取当前时刻t整流侧换流器无功消耗的参考值q
d_ref
(t)：q
d_ref
(t)＝qf(t)-δq
set
；
16.再求取直流电流指令值i
d_ref
(t)：其中u
d0r
为整流站的理想空载直流电压。
17.步骤e、将步骤d计算得到的直流电流指令值i
d_ref
(t)输入至整流侧定电流控制环节中，对高压直流输电的直流电流控制，且直流电流指令值i
d_ref
(t)输入的持续时长为a毫秒。
18.进一步的，步骤c2中δq
set
取值为50mvar。
19.进一步的，步骤e中a取值12。
20.本发明的有益技术效果为：
21.一.本发明考虑利用换流器自身无功消耗特性减小换相失败，与其他方法相比，本发明可操作性更强。
22.二.本发明在整流侧设置无功调节模块，能更快速的抑制整流侧交流系统故障对直流系统带来的影响，与其他方法相比，动作更为迅速。
23.三.本发明无需改变直流输电系统的硬件结构，只需基于系统现有量测信息，进行简单的乘除加减、比较等运算实现控制功能。对硬件软件要求低，响应迅速，适于实际工程应用。
具体实施方式
24.下面结合具体实施方法和仿真实验对本发明做进一步详细说明。
25.本发明的一种减少整流侧交流系统故障引发换相失败的控制方法，包括以下步骤：
26.步骤a、数据采集：
27.高压直流输电系统控制保护装置以10khz的采样频率，实时采集整流站直流输送功率pd(t)、交流滤波器提供的无功功率qf(t)、整流侧换流器消耗的无功功率q
dc
(t)、高压直流输电无功控制模块rpc的控制输出信号k，其中t为采样时刻。
28.步骤b、整流侧交流系统无功交换量求取：
29.控制保护装置计算出当前时刻t整流侧交流系统的无功交换量δq
ac
(t)，δq
ac
(t)＝|qf(t)-q
dc
(t)|。
30.步骤c、故障检测：
31.步骤c1、将当前时刻t和之前的39个采样时刻的整流侧交流系统无功交换量δq
ac
(t)、δq
ac
(t-1)、δq
ac
(t-2)、
……
、δq
ac
(t-37)、δq
ac
(t-38)、δq
ac
(t-39)构成当前时刻t整流侧交流系统的无功交换量序列δq(t)，并计算δq(t)的平均值q
mean
。
32.步骤c2、判断q
mean
大于阈值δq
set
(δq
set
取值为50mvar)是否成立，若是，进入步骤c3；若否，返回步骤c1。
33.步骤c3、判断当前时刻t无功控制模块rpc控制的输出信号是否为0，若是，进入步骤d；若否，返回步骤c1。
34.步骤d、直流电流指令值计算：
35.求取当前时刻t整流侧换流器无功消耗的参考值q
d_ref
(t)：q
d_ref
(t)＝qf(t)-δq
set
；
36.再求取直流电流指令值i
d_ref
(t)：其中u
d0r
为整流站的理想空载直流电压。
37.步骤e、将步骤d计算得到的直流电流指令值i
d_ref
(t)输入至整流侧定电流控制环节中，对高压直流输电的直流电流控制，且直流电流指令值i
d_ref
(t)输入的持续时长为a毫秒(a取值12)。
38.本发明减少整流侧交流系统故障引发换相失败的原理和依据如下：
39.根据直流输电系统中整流侧交流系统故障引发换相失败的影响因素可知，整流侧交流系统无功不平衡将影响换相失败几率，无功补偿过剩会加剧换相失败的风险。在此过程中，投切交流滤波器不能连续快速调节无功，而增设静止无功补偿器具有实用性差，投资大等缺点，因此考虑改善整流侧换流器无功消耗进一步抑制换相失败。因此本发明基于整流器无功消耗特性构造了无功调节模块，可在整流侧故障及恢复过程中减小换相失败的风险。
40.当检测到整流侧交流系统故障，且整流侧交流系统无功交换量超过额定值，同时整流侧无功调节模块rpc闭锁时，此时启动无功调节模块，该模块根据系统设定的无功交换参考值计算出直流电流参考值，输入至整流侧定电流控制模块中，使得整流侧交流系统故障平稳恢复，换相失败风险减小。
41.仿真实验：
42.为验证无功调节模块在不同故障工况下的适应性，将整流侧交流系统故障电感设置为0～0.8h，整流侧交流系统分别处于原有rpc控制模式及无功调节模块的控制模式，在这两种模式下逆变侧发生换相失败的次数如表1所示。
43.表1整流侧交流系统故障时rpc与本控制策略对换相失败的影响
[0044][0045]
注：表中数字达标发生换相失败的次数，“2”代表发生2次换相失败，“1”代表发生单次换相失败，“0”代表不发生换相失败。
[0046]
由表1分析可知，在原有rpc控制功能下，因为rpc无法进一步减小交流系统存在的无功交换量，因此无功过剩将加剧换相失败的风险，当整流侧交流系统发生轻微接地故障时(0.5～0.7h)，系统仍然易发生换相失败。而当整流侧交流系统增设无功调节模块后，换相失败概率降低，只有当整流侧交流系统发生极其严重故障时，逆变侧才会发生换相失败。
因此基于换流器无功消耗的换相失败抑制措施有效地减小了整流侧交流系统的无功交换，并进一步降低了系统换相失败的风险。