一种高压直流系统控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高压直流系统控制方法，即是在VDCOL控制器之后设置VDDCFP，VDDCFP控制过程为：S1：实时监测逆变侧三相电压幅值，通过傅里叶分解得到电压瞬时值的各次谐波电压值；S2：电压畸变限流，通过傅里叶分解后的各次谐波电压幅值计算谐波畸变率，并取三相电压中最大的谐波畸变率作为反馈信号；S3：直流电流偏差限流，在直流电流整定值中计算直流电流瞬时值Id与额定值Id_ref之间的差值，此差值与步骤S2中的反馈信号一起作为增益过程的输入信号；S4：增益，通过优化算法进行选取，选择合适的增益大小。本发明专利技术在换流母线电压谐波畸变率较高时，通过降低直流电流，使谐波对换相电压时间面积的影响不足以导致换相失败。

【技术实现步骤摘要】
一种高压直流系统控制方法
本专利技术涉及高压直流系统控制领域，具体涉及一种高压直流输电系统中预防换相失败的控制方法。
技术介绍
直流输电因其可控性强、输电容量大等优点被广泛用于远距离输电，具有很高的经济效益。换相失败是基于晶闸管换流原理的一个传统直流输电系统原理性问题。随着我国特高压直流输电技术的发展，单回直流输送的功率越来越大，多馈入直流落点越来越多，当发生换相失败时，对所连交流系统的扰动也越来越大，多次连续的换相失败会导致直流输电系统闭锁。电压降低和电压畸变是造成换相失败的主要原因，其中电压畸变可通过傅里叶分解表示为各次谐波的组合。目前，大多数研究都是基于基波电压降低采取的换相失败预防措施(如CFPREV，commutationfailureprevention)和恢复策略，传统的低压限流单元VDCOL(VoltageDependentCurrentOrderLimiter)控制是在检测到直流电压降低时通过限制直流电流来避免换相失败，没有考虑谐波畸变的影响。实际上，随着电网复杂性的增加，大量电力电子器件的使用，造成直流换流母线发生电压畸变的因素越来越多，并且直流输电系统故障恢复阶段，直流电流上升会造成换流变压器饱和，产生大量谐波也会造成电压畸变，从而引起换相失败。目前，抑制由谐波引起的换相失败的控制方法还少有研究。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供了一种高压直流输电换相失败预防控制方法，在换流母线电压谐波畸变率较高时，通过降低直流电流，使得谐波对换相电压时间面积的影响不足以导致换相失败。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种高压直流系统控制方法，在VDCOL控制器之后设置换相失败限流预防控制器VDDCFP(VoltageDistortionDependentCommutationFailurePrevention)，所述VDDCFP控制过程如下：S1：实时监测逆变侧三相电压幅值，通过傅里叶分解得到电压瞬时值的各次谐波电压值，傅里叶分解表达式为：式中，u(t)为电压瞬时值，ωn为n次角频率，F(ωn)为n次谐波电压幅值；S2：电压畸变限流，通过傅里叶分解后的各次谐波电压幅值计算谐波畸变率，并取三相电压中最大的谐波畸变率作为反馈信号，谐波畸变率计算公式为：式中，E1为基波电压幅值；S3：直流电流偏差限流，在直流电流整定值中计算直流电流瞬时值Id与额定值Id_ref之间的差值，此差值与步骤S2中的反馈信号一起作为增益过程的输入信号；S4：增益，通过优化算法进行选取，选择合适的增益大小。本专利技术所述控制方法还包括S5：在电压畸变限流和直流电流偏差限流后设置启动控制过程，确定阈值a，当a大于反馈信号b时，VDDCFP控制器不工作，当a不大于反馈信号b时，VDDCFP控制器工作。本专利技术所述控制方法还包括在所述增益过程后对电流Iout进行幅值限制。本专利技术所述控制方法在步骤S4中，增益过程的优化算法为单纯形法或者二分法。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：实时监测逆变侧三相电压幅值，通过傅里叶分解计算谐波畸变率，并取最大的谐波畸变率作为反馈信号，最后通过增益环节减小直流电流的整定值，使得谐波对换相电压时间面积的影响不足以导致换相失败。同时，对输出电流进行了限幅，能够有效防止谐波畸变率较高的暂态过程中电流整定值严重偏离。由于系统稳态运行时谐波含量很少，VDDCFP控制器输出也较小，不影响直流输电系统的正常运行。附图说明图1是在高压直流输电系统中加入VDDCFP控制器后的结构示意图。图2是CIGRE直流输电第一标准测试系统结构与参数。图3是本专利技术中加入VDDCFP控制器后CIGRE直流输电第一标准测试系统结构图。图4是采用本专利技术方法三次谐波注入后熄弧角响应图。图5是采用本专利技术方法三次谐波注入后直流电流响应图。图6是采用本专利技术方法三相短路故障熄弧角响应图。图7是采用本专利技术方法三相短路故障直流电流响应图。图中：MAX表示取三相电压中最大的谐波畸变率作为反馈信号；0.0表示VDDCFP控制器不工作；K为增益过程；Ua、Ub、Uc分别为三相电压瞬时值；UDC为逆变侧直流电压；Rv是复合电阻，用于确定VDCOL的启动电压是由直流线路上哪一点的直流电压决定的；为滤波环节；VDCOL具有关键意义的参数有四个，分别为最大直流电流IH、最小直流电流IL、高电压门槛值UH和低电压门槛值UL；Iout为直流电流整定值。具体实施方式本专利技术的目的是提供一种能抑制谐波引起换相失败的高压直流系统控制方法，主要是在直流输电系统逆变侧VDCOL后增加了考虑谐波畸变率的换相失败限流预防控制器VDDCFP。其原理是直流输电系统换相过程所需的换相电压时间面积是固定的(由直流电流Id决定)，谐波会导致电压畸变，电压畸变导致相应的换相时间增加，从而增大了换相重叠角，减小了熄弧角，造成换相失败，因此，在换流母线电压谐波畸变率较高时，通过降低直流电流，使得谐波对换相电压时间面积的影响不足以导致换相失败。在VDDCFP正常运行时，直流输电系统监测到逆变侧电压UDC降低，进行限流作用，限流值按照VDCOL整定值运行，不同的直流压降对应着不同的运行电流，然后将限流后的直流电流Iout输出到直流侧，从而改变(一般是降低)整个系统的直流电流值，防止换相失败的发生。本专利技术控制方法由以下步骤实现：1)实时监测逆变侧三相电压幅值，通过傅里叶分解得到电压瞬时值的各次谐波电压值。傅里叶分解表达式如(1)式所示。式中，u(t)为电压瞬时值，ωn为n次角频率，F(ωn)为n次谐波电压幅值。2)通过傅里叶分解后的各次谐波电压幅值计算谐波畸变率，并取三相电压中最大的谐波畸变率作为反馈信号。谐波畸变率计算公式如(2)式所示。式中，E1为基波电压幅值。3)故障时，由于逆变侧电压降低会造成直流电流突升，从而导致换相过程所需的电压时间面积增大，进一步增加换相失败发生的可能性。因此在限流后增加直流电流差值环节，在直流电流整定值中考虑直流电流瞬时值与额定值之间的差值。此差值与反馈信号一起作为增益过程的输入信号。4)在电压畸变限流环节和直流电流偏差限流环节后增加启动环节，通过设置阈值防止控制器误动作，使其不影响直流输电系统的稳态运行。确定阈值a，当a大于反馈信号b时，VDDCFP控制器不工作，当a不大于反馈信号b时，VDDCFP控制器工作。5)最后设置增益环节。增益的大小反映了谐波畸变率对直流电流参考值的影响力，增益太大会导致系统对谐波畸变率过于敏感，降低了直流输电系统的输送功率，增益太小则会增大换相失败发生的几率。增益的大小可通过优化算法进行选取，如单纯形法、二分法等。增益环节后设置限幅环节，防止直流电流过低，影响功率输送。选取国际大电网会议(InternationalCouncilonLargeElectricsystems，CIGRE)直流输电第一标准测试系统作为仿真算例，系统结构及参数如图2所示。加入VDDCFP后的CIGRE模型控制器完整的结构如图3所示。VDDCFP控制参数按照前述步骤进行设置，CIGRE模型正常运行时输送电流为2kA，故其直流参考值为Id-ref＝2，阈值设置为0.05，即谐波畸变率超过5％时，控制器VDDCFP动作。增益值通过二分法优化设置为2。限本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压直流系统控制方法，其特征在于，在VDCOL控制器之后设置换相失败限流预防控制器VDDCFP，所述VDDCFP控制过程如下：S1：实时监测逆变侧三相电压幅值，通过傅里叶分解得到电压瞬时值的各次谐波电压值，傅里叶分解表达式为：式中，u(t)为电压瞬时值，ωn为n次角频率，F(ωn)为n次谐波电压幅值；S2：电压畸变限流，通过傅里叶分解后的各次谐波电压幅值计算谐波畸变率，并取三相电压中最大的谐波畸变率作为反馈信号，谐波畸变率计算公式为：式中，E1为基波电压幅值；S3：直流电流偏差限流，在直流电流整定值中计算直流电流瞬时值Id与额定值Id_ref之间的差值，此差值与步骤S2中的反馈信号一起作为增益过程的输入信号；S4：增益，通过优化算法进行选取，选择合适的增益大小。

【技术特征摘要】
1.一种高压直流系统控制方法，其特征在于，在VDCOL控制器之后设置换相失败限流预防控制器VDDCFP，所述VDDCFP控制过程如下：S1：实时监测逆变侧三相电压幅值，通过傅里叶分解得到电压瞬时值的各次谐波电压值，傅里叶分解表达式为：式中，u(t)为电压瞬时值，ωn为n次角频率，F(ωn)为n次谐波电压幅值；S2：电压畸变限流，通过傅里叶分解后的各次谐波电压幅值计算谐波畸变率，并取三相电压中最大的谐波畸变率作为反馈信号，谐波畸变率计算公式为：式中，E1为基波电压幅值；S3：直流电流偏差限流，在直流电流整定值中计算直流电流瞬时值Id与额定值Id_ref之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘天琪，王峰，李保宏，李兴源，彭慧敏，张英敏，曾琦，
申请(专利权)人：四川大学，国家电网公司，国网浙江省电力公司，中国电力科学研究院，国网电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：四川;51