基于谐波检测的抑制高压直流输电连续换相失败控制方法技术

本发明专利技术公开了基于谐波检测的抑制高压直流输电连续换相失败控制方法，属于热光和电光技术领域，该方法利用过换相电压‑时间面积分析法，推导出各次谐波控制回路的控制参数，并将其加入到原有控制系统的低压限流控制中；当高压直流系统发生换相失败后，通过对换流母线电压进行检测并经过傅里叶分解后，由新增的谐波控制系统来对各次谐波分量进行抑制，以此来达到抑制后续换相失败的目的。本发明专利技术没有增加一次设备，仅对控制系统进行了改进，系统改造工作量即成本低；当检测到系统谐波电压后，所提控制方法通过减少谐波分量的影响，来改进低压限流控制(VDCOL)性能，达到抑制连续换相失败的效果，降低直流闭锁风险，提高系统运行的安全稳定性。

Control Method for Suppressing Continuous Commutation Failure of HVDC Transmission Based on Harmonic Detection

【技术实现步骤摘要】
基于谐波检测的抑制高压直流输电连续换相失败控制方法
本专利技术属于热光和电光
，具体涉及基于谐波检测的抑制高压直流输电连续换相失败控制方法。
技术介绍
高压直流输电(HighVoltageDirectCurrenttransmission，HVDC)已成为世界上电力大国解决大容量、远距离输电和电网异步互联的重要手段。换相失败作为HVDC最为常见的故障之一，其存在对电网的安全稳定运行造成了极大的威胁。当系统发生换相失败后，会引起直流电压下降和直流电流迅速上升，且对换流阀产生冲击，并可能引发后续换相失败，严重时造成直流闭锁和设备损坏等后果。交流系统故障后，直流输电的首次换相失败一般无法避免，但可通过合适的控制措施避免直流输电发生后续的连续换相失败，保障系统的安全稳定运行。国内外关于抑制连续换相失败的研究已经取得了一些成果：一种抑制传统直流输电连续换相失败的虚拟电阻电流限制控制方法，在低压限流器中增添虚拟电阻控制方法，使系统在故障期间直流电流指令提前减小，从而减少发生连续换相失败的可能性；基于虚拟换相面积缺乏量的HVDC系统连续换相失败抑制策略，以换相电压-时间面积的需求量与提供能力之差作为故障衡量标准，继而提出虚拟换相面积缺乏指标，并将该指标增添到系统原有的直流电流控制环节；抑制多馈入直流输电系统后续换相失败措施研究，提出一种渐变恢复策略控制方法，该方法通过延缓单条直流功率恢复速率来降低系统故障时对交流系统的无功需求，并利用延时环节消除暂态不良交互影响，达到抑制连续换相失败的目的。上述研究均对抑制连续换相失败取得了一定成果，但发生换相失败后产生的谐波也是导致连续换相失败产生的原因，上述研究内容并未对此进行分析。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于提供基于谐波检测的抑制高压直流输电连续换相失败控制方法，作用于直流输电控制系统低压限流控制环节，达到降低直流输电发生后续换相失败的效果。技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于谐波检测的抑制高压直流输电连续换相失败控制方法，包括以下步骤：1)检测稳态情况下直流输电逆变侧交流母线线电压有效值E1、逆变侧的延迟触发角α、换相重叠角μ、系统角频率ω，通过实时检测得到直流输电逆变侧交流母线上的n次谐波电压幅值En，并根据晶闸管物理特性得到其临界熄弧角γmin；2)当系统处于稳态运行时，计算换流阀换相电压-时间面积A′CR；3)当系统检测到谐波后，此时换相电压-时间面积ACR；4)在保障成功换相的临界情况下，为量化评估不同次数谐波对换相过程的影响，设n次谐波的换相电压-时间面积为ACRn；5)由步骤4)求得n次谐波影响系数kn，并将其代入谐波控制参数的计算公式得到n次谐波控制回路的控制参数kPn；6)将n次谐波控制回路的控制参数kPn与其相对应的n次谐波电压En相结合，以此来得出谐波补偿控制分量总和Usup，并加入低压限流控制中，形成新的直流电压等值控制量U’dc；将控制系统里低压限流器原有的直流电压输入值Udc由该步骤得出得直流电压等值控制量U’dc代替，用以减少系统中谐波的影响来达到抑制后续换相失败的效果。进一步地，步骤2)中，所述的换流阀换相电压-时间面积A′CR为：式中：t0为换相开始时间，t0＝α/ω；t1为晶闸管换相结束时刻，t1＝(μ+α)/ω。进一步地，步骤3)中，所述的换流阀换相电压-时间面积ACR为：式中：为n次谐波相角。进一步地，步骤4)中，为保障所述的成功换相，晶闸管换相结束时刻t1需满足：ωt1＝α+μ≤180-γmin。进一步地，步骤4)-步骤5)中，所述的换相电压-时间面积为ACRn：其中，令则可由上式得出n次谐波影响系数kn；将其代入谐波控制参数的计算公式得到kPn：进一步地，步骤6)中，将n次谐波控制回路的控制参数kPn加入低压限流控制中，形成新的直流电压等值控制量U’dc：式中：Usup为各次谐波分量影响的总和；Udc为直流电压。在直流输电控制系统低压限流器(VDCOL)输入信号中，加入本专利技术提出的谐波补偿控制分量Usup，用以减少系统中谐波的影响来达到抑制后续换相失败的效果。当电力系统处于正常工况时，换流母线中含有的谐波电压分量较小(En≈0)，Usup值接近于0，本专利技术的控制方法不会影响系统的正常运行；当系统发生故障导致各次换流母线谐波电压分量急剧变化，本专利技术可以通过减少谐波分量的影响来避免后续换相失败的发生。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的基于谐波检测的抑制高压直流输电连续换相失败控制方法，没有增加一次设备，仅对控制系统进行了改进，系统改造工作量即成本低；实时检测换流母线各次谐波电压，当系统处于正常运行过程时，谐波电压较基波电压几乎为零，所提谐波补偿机制不会对系统正常运行产生影响；当检测到系统谐波电压后，所提控制方法通过减少谐波分量的影响，来改进低压限流控制(VDCOL)性能，达到抑制连续换相失败的效果，降低直流闭锁风险，提高系统运行的安全稳定性。附图说明图1为CIGREHVDC标准测试系统结构图；图2为低压限流控制特性曲线；图3为谐波检测控制方法结构图；图4为不同控制方式在三相故障时系统的响应曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作更进一步的说明。基于谐波检测的抑制高压直流输电连续换相失败控制方法，包括以下步骤：1)检测稳态情况下直流输电逆变侧交流母线线电压有效值E1、逆变侧的延迟触发角α、换相重叠角μ、系统角频率ω，通过实时检测得到直流输电逆变侧交流母线上的n次谐波电压幅值En，并根据晶闸管物理特性得到其临界熄弧角γmin；2)当系统处于稳态运行时，计算换流阀换相电压-时间面积A′CR；3)当系统检测到谐波后，此时换相电压-时间面积ACR；4)在保障成功换相的临界情况下，为量化评估不同次数谐波对换相过程的影响，设n次谐波的换相电压-时间面积为ACRn；5)由步骤4)求得n次谐波影响系数kn，并将其代入谐波控制参数的计算公式得到n次谐波控制回路的控制参数kPn；6)将n次谐波控制回路的控制参数kPn与其相对应的n次谐波电压En相结合，以此来得出谐波补偿控制分量总和Usup，并加入低压限流控制中，形成新的直流电压等值控制量U’dc；将控制系统里低压限流器原有的直流电压输入值Udc由该步骤得出得直流电压等值控制量U’dc代替，用以减少系统中谐波的影响来达到抑制后续换相失败的效果。步骤2)中，换流阀换相电压-时间面积A′CR为：式中：t0为换相开始时间，t0＝α/ω；t1为晶闸管换相结束时刻，t1＝(μ+α)/ω。步骤3)中，换流阀换相电压-时间面积ACR为：式中：为n次谐波相角。步骤4)中，为保障成功换相，晶闸管换相结束时刻t1需满足：ωt1＝α+μ≤180-γmin。步骤4)-步骤5)中，换相电压-时间面积为ACRn：其中，令则可由上式得出n次谐波影响系数kn；将其代入谐波控制参数的计算公式得到kPn：步骤6)中，将n次谐波控制回路的控制参数kPn加入低压限流控制中，形成新的直流电压等值控制量U’dc：式中：Usup为各次谐波分量影响的总和；Udc为直流电压。实施例本专利技术拟采用CIGREHVDC标准测试系统进行算例验证，其系统结构图如图1所示。检测CIGREHVDC标准测试系统中稳态情况本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于谐波检测的抑制高压直流输电连续换相失败控制方法，其特征在于：包括以下步骤：1)检测稳态情况下直流输电逆变侧交流母线线电压有效值E1、逆变侧的延迟触发角α、换相重叠角μ、系统角频率ω，通过实时检测得到直流输电逆变侧交流母线上的n次谐波电压幅值En，并根据晶闸管物理特性得到其临界熄弧角γmin；2)当系统处于稳态运行时，计算换流阀换相电压‑时间面积A′CR；3)当系统检测到谐波后，此时换相电压‑时间面积ACR；4)在保障成功换相的临界情况下，为量化评估不同次数谐波对换相过程的影响，设n次谐波的换相电压‑时间面积为ACRn；5)由步骤4)求得n次谐波影响系数kn，并将其代入谐波控制参数的计算公式得到n次谐波控制回路的控制参数kPn；6)将n次谐波控制回路的控制参数kPn与其相对应的n次谐波电压En相结合，以此来得出谐波补偿控制分量总和Usup，并加入低压限流控制中，形成新的直流电压等值控制量U’dc；将控制系统里低压限流器原有的直流电压输入值Udc由该步骤得出得直流电压等值控制量U’dc代替，用以减少系统中谐波的影响来达到抑制后续换相失败的效果。

【技术特征摘要】
1.基于谐波检测的抑制高压直流输电连续换相失败控制方法，其特征在于：包括以下步骤：1)检测稳态情况下直流输电逆变侧交流母线线电压有效值E1、逆变侧的延迟触发角α、换相重叠角μ、系统角频率ω，通过实时检测得到直流输电逆变侧交流母线上的n次谐波电压幅值En，并根据晶闸管物理特性得到其临界熄弧角γmin；2)当系统处于稳态运行时，计算换流阀换相电压-时间面积A′CR；3)当系统检测到谐波后，此时换相电压-时间面积ACR；4)在保障成功换相的临界情况下，为量化评估不同次数谐波对换相过程的影响，设n次谐波的换相电压-时间面积为ACRn；5)由步骤4)求得n次谐波影响系数kn，并将其代入谐波控制参数的计算公式得到n次谐波控制回路的控制参数kPn；6)将n次谐波控制回路的控制参数kPn与其相对应的n次谐波电压En相结合，以此来得出谐波补偿控制分量总和Usup，并加入低压限流控制中，形成新的直流电压等值控制量U’dc；将控制系统里低压限流器原有的直流电压输入值Udc由该步骤得出得直流电压等值控制量U’dc代替，用以减少系统中谐波的影响来达到抑制后续换相失败的效果。2.根据权利要求1所述的基于谐波检测的抑制高压直...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，陈佳浩，朱鑫要，
申请(专利权)人：南京师范大学，国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，江苏省电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32