一种计及暂态直流电流变化过程的换相失败预测方法技术

本发明专利技术公开了一种计及暂态直流电流变化过程的换相失败预测方法，包括：(1)获取计算所需的原始参数；(2)根据已有参数计算故障发生后逆变侧系统的越前触发角和暂态直流电流；(3)计算故障发生后3.3ms系统的实际关断角；(4)通过与固有极限关断角进行对比对换相失败进行预测；本发明专利技术可以克服现有HVDC系统换相失败电压预测判据不够精确的缺点，避免了由误判或者漏判带来的换相失败防御策略误动或者拒动所造成的直流输送功率波动等不良后果，对大容量长距离交直流互联电网的安全稳定运行具有一定实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种计及暂态直流电流变化过程的换相失败预测方法
本专利技术涉及高压直流输电技术，具体涉及一种计及暂态直流电流变化过程的换相失败预测方法。
技术介绍
由于特殊的地理环境条件和区域发展特性，我国东西部在能源生产消费方面出现了很大程度的不平衡。实施“西电东送”能源战略则是解决此问题的一个重要举措。从二十世纪八十年代至今，全国范围内已建成并投运二十余条常规直流输电工程。相比于交流输电，高压直流输电在非同步联网、短路容量控制、功率快速调节、传输距离和线路损耗等方面具有独到的优势，已经成为我国能源战略中的重要一环，极大地推动了国民经济发展和人民生活水平提高，产生了巨大的经济效益和社会效益。但常规HVDC工程也存在着一些问题，换相失败故障便是其中之一。换相失败是指阀退出运行后，在反向电压作用的一段时间内未能恢复阻断能力，在阀电压转变为正向之后重新开通。换相失败一旦发生，将导致直流电流过大、直流传输功率减少、继电保护误动作、换流变直流偏磁、换流阀寿命缩短以及逆变侧弱交流系统电压不稳定等不良后果。如果控制不当，还可能引发连续换相失败，甚至导致直流传输功率中断，潮流大范围转移，引发互联电网的稳定性问题。因此，深入研究换相失败的影响因素并形成切实可行的预防控制策略，对减少换相失败发生几率，保证HVDC系统和互联电网的安全稳定运行具有重要意义。当前运行的HVDC系统采用的换相失败抑制策略主要是检测到交流系统发生故障后采取提前发出触发脉冲，控制直流电流等方式对于HVDC系统进行控制。其启动判据是通过电压互感器采集换流站母线三相电压，对其进行处理后与启动门槛值进行比较来判断是否对系统进行控制。换言之，是将HVDC系统逆变侧交流故障引起的换流母线电压降作为判断换相失败是否发生的依据。但从原理上分析，HVDC系统换相失败的临界压降受到多个因素影响，如果仅固定的门槛值作为换相失败预测判据在某些场合下是不够精确的，有可能出现误判或者漏判，造成换相失败防御策略的误动或者拒动，从而影响HVDC系统的稳定运行或者功率恢复。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为：基于换相失败的原理分析，提供一种考虑故障前系统运行状态和故障发生后电流动态的换相失败电压预测判据。应用该方法可以较为准确地预判HVDC系统在交流故障发生时是否会发生换相失败，克服由现有判据不够精确而可能造成的换相失败预防控制策略误动或者拒动，对于减少HVDC系统输送功率波动，维持HVDC系统稳定运行，提升交直流互联电网的安全性具有一定价值。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案具体为：一种改进的HVDC系统换相失败电压预测判据，其特征是：考虑故障前HVDC系统的运行状态，利用叠加原理对HVDC系统等值电路进行分解，通过一种时序分段方法拟合三相交流故障发生后直流电流的变化过程，根据的故障中换流母线电压计算得出相应时刻的暂态直流电流，并据此计算故障过程中的实际关断角。根据HVDC控制系统动作和关断角变化规律，将故障发生后3.3ms的实际关断角与晶闸管固有极限关断角作比较来预测换相失败是否发生。基于以上定义，计及暂态直流变化过程的换相失败预测方法包括如下步骤：(1)获取计算所需的原始参数获取交流故障发生前HVDC系统的整定参数(Id和γ)和其他稳态运行参数；获取交流故障发生后3.3ms的逆变侧换流母线交流电压Eif。(2)根据已有参数计算故障发生后逆变侧系统的越前触发角和暂态直流电流根据故障前HVDC系统的整定参数，系统越前触发角β0可根据下式进行计算。其中，Xc表示系统的换相电抗，可由系统参数计算得出，在分析过程中可认为是常数。依据故障后的换流母线交流电压，可以利用如下时序分段法求解公式计算故障发生后逆变侧暂态直流电流Idf。式中，L，C，R分别为直流线路电感电容电阻参数，ω，δ，τ为由他们计算得到的常数；Udr，Udif分别整流侧直流电压和故障发生后的逆变侧直流电压。(3)计算故障发生后3.3ms系统的实际关断角根据HVDC系统关断角计算公式求解故障发生后3.3ms系统的实际关断角γa(4)通过与固有极限关断角进行对比对换相失败进行预测将计算得到的实际关断角γa与晶闸管的固有极限关断角γmin作比较，如果γa＜γmin，预测该交流故障会引发换相失败。否则，预测可以成功换相。其中，时序分段电流计算方法的具体说明如下。(1)叠加法计算暂态直流电流HVDC系统的等值电路可以表示为附图2所示的一个T型等效电路。三相故障发生后，逆变侧直流电流由整流侧流向逆变侧的电流和线路等效电容向逆变侧放电的电流两部组成。根据线性电路的叠加原理，可以将HVDC系统等值电路分解为子电路(1)和子电路(2)分别求解，再将二者相加得到故障过程中逆变侧直流电流，如附图3所示。通过对子电路(1)的求解可得电流分量Id1通过对子电路(2)的求解可的电流分量Id2则故障发生后逆变侧暂态直流电流为式中，L，C，R分别为直流线路电感电容电阻参数，ω，δ，τ为由他们计算得到的常数；Udr，Udif分别整流侧直流电压和故障发生后的逆变侧直流电压。(2)时序分段法如果以交流故障发生时刻为时间零点，将故障发生后tf的时间间隔均分成N个较短的时间间隔，每一个时间间隔持续Δt＝tf/N，对应0，Δt，2Δt……tf时刻的换流母线电压分别为Ei(0),Ei(Δt),Ei(2Δt)……Ei(tf)。其中，初始时刻电压Ei(0)＝Ei，结尾时刻电压Ei(tf)＝Eif，其余中间各个时刻的电压可以采用一次插值的方法近似得到。在Δt时刻，换流母线电压为Ei(Δt)，直流电流采用初始值Id(0)＝Id，根据上文所述的方法可以计算得到Δt时刻的直流电流Id(Δt)。将此电流作为计算2Δt时刻电流的初始值，结合2Δt时刻的换流母线电压Ei(2Δt)，可以计算得到2Δt时刻的直流电流……以此类推，通过N次计算最终可以得到tf时刻的直流电流Id(tf)。为保证结果的准确性，在求解过程中需要对其中两个中间变量进行不断修正，以ts时刻为例(ts为0，Δt，2Δt……(N-1)Δt其中某一时刻)，具体修正式如下所示。Udr(ts)＝Udr0cosα-Id(ts)dr＝Udr(0)-(Id(ts)-Id(0))dr其中，ω0，同样是由L，C，R计算得出的常数。据此，通过时序分段法求解故障过程中直流电流的迭代求解表达式可以概括为有益效果本专利技术在对于换相失败的机理分析的基础上，通过对三相交流故障发生后HVDC系统暂态变化过程的分析，得到故障中系统实际关断角的理论表达式，以此来进行换相失败预测。此方法可以克服现有HVDC系统换相失败电压预测判据不够精确的缺点，避免了由误判或者漏判带来的换相失败防御策略误动或者拒动所造成的直流输送功率波动等不良后果，对大容量长距离交直流互联电网的安全稳定运行具有一定实用价值。...

【技术保护点】
1.一种计及暂态直流电流变化过程的换相失败预测方法，其特征在于：/n(1)获取计算所需的原始参数；/n(2)根据已有参数计算故障发生后逆变侧系统的越前触发角和暂态直流电流；/n(3)计算故障发生后3.3ms系统的实际关断角；/n(4)通过与固有极限关断角进行对比对换相失败进行预测。/n

【技术特征摘要】
1.一种计及暂态直流电流变化过程的换相失败预测方法，其特征在于：
(1)获取计算所需的原始参数；
(2)根据已有参数计算故障发生后逆变侧系统的越前触发角和暂态直流电流；
(3)计算故障发生后3.3ms系统的实际关断角；
(4)通过与固有极限关断角进行对比对换相失败进行预测。


2.根据权利要求1所述的一种计及暂态直流电流变化过程的换相失败预测方法，其特征在于：所述逆变侧系统的越前触发角是根据故障前HVDC系统的整定参数，系统越前触发角β0可根据下式进行计算：



其中，Xc表示系统的换相电抗，可由系统参数计算得出，在分析过程中可认为...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾沅，李岩，卢亚军，张云晓，
申请(专利权)人：天津大学，国网经济技术研究院有限公司，国网江苏省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：天津;12