计及谐波影响的直流输电换相失败分析方法技术

本发明专利技术涉及一种计及谐波影响的换相失败分析方法，包括如下步骤：考虑逆变侧交流系统故障后直流电流变化和谐波对换相过程的影响，求得计及谐波影响的关断角的最小值，用γk表示；认为换相结束后退出导通阀关断角必须大于固有极限关断角γmin，否则便认为直流系统换相失败，求取固有极限关断角γmin对应的换相电压UCR。当换相电压ULL低于UCR时，直流系统必然发生换相失败故障；当换相电压ULL大于UCR时，直流系统也可能发生换相失败故障，此时，通过将γk与固有极限关断角γmin比较来判断在该交流系统故障下直流系统是否换相失败，即：γk≤γmin换相失败。

【技术实现步骤摘要】
计及谐波影响的直流输电换相失败分析方法
本专利技术涉及计及谐波影响的直流输电换相失败分析方法。
技术介绍
直流输电具有输送功率大、功率快速可控且输电损耗低等优点，被广泛运用于跨大区远距离输电及非同步电网互联等场合，对于我国推进“西电东送，南北互供，全国联网”的能源发展战略发挥着十分重要的作用，有效解决了我国能源中心和负荷中心逆向分布的问题，带来了巨大的经济和社会效益。然而，由于换流站内换流器件采用半控型器件晶闸管，无法通过控制门极使其关断，仅依靠电网电压恢复阻断能力，这导致换相失败成为直流输电的典型故障。换相失败会造成直流系统电压降低和电流增大，严重时可能造成直流系统闭锁、直流系统功率传输中断、交流系统传输功率剧烈变化甚至反向，冲击交流系统并多次造成交流系统保护误动，严重威胁电网的安全稳定运行。作为直流输电系统最常见的故障之一，换相失败与很多因素有关，主要包括换相电压、换流变压器变比、直流电流、换相电抗、越前触发角等。其中，逆变侧交流系统故障是引起换相失败的主要原因。逆变侧交流系统故障在造成换相电压降低的同时，也会造成换相电压的畸变。正常运行时换流器将在交直流系统中产生各次特征谐波，一旦交流系统故障，受换流器不对称运行及直流电流变化的影响，换流器将在交直流系统中产生各次非特征谐波，无法被电网配备的特征谐波滤波器滤除，是交直流系统故障后谐波的主要成分，较大的故障谐波将造成换相电压的畸变，影响直流系统换相过程并导致故障初期关断角迅速降低，严重时甚至可能造成逆变侧直流系统换相失败。目前，已有文献对换相失败的机理、判断依据和预防控制策略的研究大多基于基波电气量。文献[1]提出了基于基波换相电压时间面积的换相失败分析方法，并推导了引起换相失败的理想临界换相电压计算公式。在该文献的基础上，文献文献[2]和文献[3]分别提出了改进的换相电压时间面积分析方法，分别考虑了故障时刻和故障后直流电流变化对换相失败的影响。然而，上述文献均未考虑交流系统故障后交直流混联电网中谐波对换相过程的影响。文献《谐波对HVDC系统换相失败的影响机理及定量分析方法》分析了谐波对换相过程的影响，并提出了一种基于谐波电压时间面积的换相分析方法，并利用基波换相电压时间面积裕度判断故障后谐波是否造成换相失败，但故障后谐波电压时间面积难以获得，且谐波是否造成换相失败应由关断角直接判断，然而该文没有给出计及谐波影响的关断角计算公式。参考文献1.C.V.Thio；J.B.Davies；K.L.Kent.CommutationfailuresinHVDCtransmissionsystems[C].IEEETransactionsonPowerDelivery,1996,Volume:11,Issue:2,Pages:946–957.2.徐敬友,谭海燕,孙海顺,等.考虑直流电流变化及交流故障发生时刻影响的HVDC换相失败分析方法[J].电网技术,2015,(05):1261-1267.3.刘济豪,郭春义,刘文静,等.基于改进换相面积的直流输电换相失败判别方法[J].华北电力大学学报(自然科学版),2014,(01):15-21.
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种计及谐波影响的直流输电换相失败分析方法。本专利技术首先提出了计及谐波影响的逆变侧换流器关断角计算公式，该公式同时考虑逆变侧交流系统故障后直流电流变化和谐波对换相过程的影响，克服了传统关断角计算公式无法反应故障初期关断角降低的缺点，并利用该公式和理想临界换相电压值提出了判断逆变侧交流系统故障后直流系统是否换相失败的方法，实现了逆变侧交流系统故障后谐波对换相失败影响的定量分析。本专利技术的技术方案如下：一种计及谐波影响的换相失败分析方法，包括如下步骤：(1)求得计及谐波影响的关断角的最小值，用γk表示，即：式中，Lr为交流系统每相等值电感；β为直流系统触发超前角；Id(t1)和Id(t2)分别为t1时刻换相开始和t2时刻换相结束对应的直流电流；U′1为故障后换相基波线电压幅值；ψ和θ分别记为逆变侧交流系统故障引起的谐波相移和基波相移；(2)认为换相结束后退出导通阀关断角必须大于固有极限关断角γmin，否则便认为直流系统换相失败，求取固有极限关断角γmin对应的换相电压UCR，定义UCR为理想临界换相电压值。(3)当换相电压ULL低于UCR时，直流系统必然发生换相失败故障，即：ULL≤UCR换相失败(4)当换相电压ULL大于UCR时，直流系统也可能发生换相失败故障，此时，通过将γk与固有极限关断角γmin比较来判断在该交流系统故障下直流系统是否换相失败，即：γk≤γmin换相失败。本专利技术针对传统关断角计算公式在故障初期计算误差过大的缺点，提出了计及谐波影响的关断角计算公式。与现有技术相比具有以下优点：(1)该公式考虑了逆变侧交流系统故障后直流电流变化和故障谐波对换相过程的影响，克服了传统关断角计算公式在故障初期计算误差过大的缺点，提高了关断角的计算精度，实现了逆变侧交流系统故障后谐波对换相失败影响的定量分析。(2)利用所提公式和理想换相电压值提出了判断直流系统换相失败的判据和流程图，能够在逆变侧交流系统故障后准确判断直流系统是否换相失败。附图说明图1是直流输电逆变侧单桥6脉动换流器结构示意图图2是以V1向V3换相过程为例画出的换流过程等值电路。图3是交流系统单相故障对换相过程的影响示意图图4是拟合函数z＝kx+b和原函数y＝arccos(x)在区间(10°，16°)内的图像。图5是逆变侧交流系统故障后判断直流系统是否换相失败流程图。具体实施方式本专利技术的计及谐波影响的换相失败分析方法，由以下步骤构成：(1)根据传统关断角γ计算公式求得固有极限关断角γmin对应的换相电压UCR，定义UCR为理想临界换相电压值。(2)当换相电压ULL低于UCR时，直流系统必然发生换相失败故障，即：ULL≤UCR换相失败(3)当换相电压ULL大于UCR时，直流系统也可能发生换相失败故障。利用本专利技术所提计及谐波影响的关断角计算公式计算出逆变侧交流系统故障初期关断角的最小值，用表示γk，即：式中，Lr为交流系统每相等值电感；β为直流系统触发超前角；Id(t1)和Id(t2)分别为t1时刻换相开始和t2时刻换相结束对应的直流电流；U′1为故障后换相基波线电压幅值；ψ和θ分别记为逆变侧交流系统故障引起的谐波相移和基波相移。基波相移θ是逆变侧交流系统故障导致的换相线电压基波过零点偏移，可以由换相电压傅里叶分解后基波电压求得。谐波相移ψ与谐波电压和换相角有关，用下式计算：其中：Un为故障产生的n次非特征谐波电压幅值；μ′为故障后的换相角；a为系数，取值272.2。(4)当计算所得γk低于γmin时，直流系统必然发生换相失败故障，即：γk≤γmin换相失败(5)综合以上步骤，可以得到在逆变侧交流系统故障后判断直流系统是否换相失败的流程图。下面结合附图和实施例对本专利技术的进行详细的描述。(1)图1和图2中ea、eb、ec为逆变侧交流系统三相等值电动势，即换流器的换相电压；Lr为交流系统每相等值电感，即换流器的换相电感；Ld为直流平波电抗器电感；Id为直流电流；V1～V6为几十到上百个晶闸管串联而成的换流阀；i1和i3分别为V1和V3上流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计及谐波影响的换相失败分析方法，包括如下步骤：(1)求得计及谐波影响的关断角的最小值，用γk表示，即：

【技术特征摘要】
1.一种计及谐波影响的换相失败分析方法，包括如下步骤：(1)求得计及谐波影响的关断角的最小值，用γk表示，即：式中，Lr为交流系统每相等值电感；β为直流系统触发超前角；Id(t1)和Id(t2)分别为t1时刻换相开始和t2时刻换相结束对应的直流电流；U′1为故障后换相基波线电压幅值；ψ和θ分别记为逆变侧交流系统故障引起的谐波相移和基波相移；(2)认为换相结束后退出导通阀关断角必须大于固有极限关断角γmin，否则便认为直流系统换相失败，求取固有极限关断角γmin对应的换相电压UCR，定义UCR为理想临界换相电压值；(3)当换相电压ULL低于UCR时，直流系统必然发生换...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓龙，李瑞鹏，李永丽，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12