多高压直流输电馈入系统及其减少换相失败的方法和装置

技术领域

本发明属于高压直流输电技术领域，具体涉及一种多高压直流输电馈入系统及其减少换相失败的方法和装置。

背景技术

在当前的特高压直流输电系统中，现有方案为通过最小换相裕度功能和换相失败预测功能联合配置来减少系统发生换相失败的概率。基本策略是当交流电压故障量Uac_fail小于换相失败预测动作定值Ucfp时，认为这时电压的波动幅度引发系统换相失败发生的可能性较小，因而在该电压阶段换相失败预测不动作，系统通过最小换相裕度功能来实时检测换流阀的换相裕度变化，防止换相失败发生；当交流电压故障量Uac_fail大于换相失败预测功能动作定值Ucfp时，认为系统发生换相失败的概率较大，这时换相失败预测功能动作，同时最小换相裕度功能的定值增大，系统取换相失败预测与最小换相裕度两者输出的最小值作为触发角指令输出，以减少换相失败的发生。

在多高压直流输电馈入系统，换相失败的发生更为复杂，在实际运行中多馈入系统发现有异常换相失败发生的现象，即在低交流电压故障水平下，交流电压故障量小于换相失败预测动作定值Ucfp，远端换流器有较大发生换相失败的概率；而在中等故障水平下，交流电压故障量大于等于换相失败预测动作定值Ucfp，远端换相失败发生机率反而较小。通过分析发现，在低交流电压故障水平下，换流阀一般不是在交流电压首次跌落时刻发生换相失败，而是在电压跌落一段时间后，因系统有其它换流站发生换相失败或有较大负荷的投切动作，引发交流电压畸变，电压畸变导致换流阀换相裕度不足，从而导致换相失败发生。

当交流电压故障量小于换相失败预测动作定值Ucfp时，主要由最小换相裕度功能来防止系统发生换相失败，在实际运行中发现，在低电压故障情况下，只有当换流阀换相裕度小于最小换相裕度设置值时，最小换相裕度才动作，但因其设定的定值较小，系统提前触发的角度及增加的换相裕度有限，如果这时候有电压畸变发生，系统仍有较大概率无法避免换相失败的发生，因而在这种情况下反而比较容易发生换相失败。而在中等故障水平下，因为有换相失败预测及加大定值的最小换相裕度功能，在电压跌落的初始时刻换流阀得以快速减小触发角，增大换相裕度，反而换相失败的发生概率相对较少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多高压直流输电馈入系统及其减少换相失败的方法和装置，用以解决低电压故障情况下，系统提前触发的角度及增加的换相裕度有限，导致在有电压畸变发生时有较大概率无法避免换相失败发生的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多高压直流输电馈入系统减少换相失败的方法，包括如下方案中的至少一个方案：

方案一：若多高压直流输电馈入系统的交流电压故障量X满足V1≤X≤V2，V1为不发生换相失败的电压波动值，V2为换相失败预测功能动作定值，且V1＜V2，则换相失败预测功能不动作，投入最小换相裕度功能，设定最小换相裕度功能的动作设定值为正常运行工况下设定的换流阀最小换相熄弧角值A1加上根据交流电压故障量所计算的第一变化角度值B1；

方案二：若多高压直流输电馈入系统的交流电压故障量大于V2，则换相失败预测功能动作，投入最小换相裕度功能，设定最小换相裕度功能的动作设定值为A1加上根据换相失败预测减小角度计算的第二变化角度值C1。

其有益效果为：为解决低电压故障情况下，系统提前触发的角度及增加的换相裕度有限，导致在有电压畸变发生时有较大概率无法避免换相失败发生的问题，本发明根据交流电压故障量的大小执行不同方案，各方案配置不同的控制功能和设定不同的动作定值，从而减少换相失败的发生，本发明实现在不同电压跌落条件下设定不同的抵御换相失败的功能和设定不同的动作定值，在保持现有控制策略在抵御换相失败能力的基础上，增强了低交流电压故障段系统抵御换相失败的能力，减少在低交流电压故障水平下远端换流器发生换相失败的机率，增强了系统运行的稳定性。

进一步地，方案一中还包括在0≤X＜V1时，换相失败预测功能不动作，投入最小换相裕度功能，设定最小换相裕度功能的动作设定值为A1；

方案二中还包括在0≤X＜V1时，换相失败预测功能不动作，投入最小换相裕度功能，设定最小换相裕度功能的动作设定值为A1。

其有益效果为：将正常运行工况下的方案与上述非正常运行工况下的方案一和方案二进行结合，以使本发明在各种工况下均能减小换相失败，控制更加全面，进一步保证了系统的稳定性。

进一步地，方案一还包括在V1≤X≤V2时减少触发角指令输出值。

其有益效果为：从最小换相裕度判断和减少触发角指令两个方面增强系统抵御换相失败的能力。

进一步地，交流电压故障量与B1呈正相关，换相失败预测减小角度与C1呈正相关。

其有益效果为：有利于后续对B1和C1进行计算，以使两种方案均能有效减少换相失败的效率，以提高系统的稳定性。

进一步地，根据交流电压故障量所计算的第一变化角度值的计算公式如下：

B1＝K1*Uac_fail

其中，B1为第一变化角度值；K1为计算系数，K1＞0；Uac_fail为交流电压故障量。

其有益效果为：有利于进一步对B1进行精确计算，以得到交流电压故障量与B1之间关系的具体表达式，有效减少在V1≤X≤V2时换相失败的概率，以提高系统的稳定性。

进一步地，根据换相失败预测减小角度计算的第二变化角度值的计算公式如下：

C1＝K2*CFPREV

其中，C1为第二变化角度值；K2为计算系数，K2＞0；CFPREV为换相失败预测功能动作所减小的触发角角度。

其有益效果为：有利于进一步对C1进行精确计算，以得到换相失败预测减小角度与C1之间关系的具体表达式，有效减少在X大于V2时换相失败的效率，以提高系统的稳定性。

进一步地，由C1＝K2*CFPREV计算得到的第二变化角度值，其中，C1为第二变化角度值；K2为计算系数；CFPREV为换相失败预测功能动作所减小的触发角角度；K1和K2的选取满足：在V2电压点处B1值小于等于V2电压点处的C1值，公式如下所示：

K1*V2≤K2*CFPREV[V2]。

其有益效果为：B1与C1满足上述公式，以使其在两种方式的判断以及控制时不发生冲突，保证可以按照上述划分的方式减少换相失败的机率。

进一步地，交流电压故障量取交流电压零序分量绝对值和幅值分量绝对值中的大值。

其有益效果为：保证交流故障量取值的具有余量，以确保能有效降低换相失败的机率，进一步提高系统的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种多高压直流输电馈入系统减少换相失败的装置，包括存储器和处理器，所述处理器用于执行存储在存储器中的计算机程序指令以实现上述的多高压直流输电馈入系统减少换相失败的方法。

其有益效果为：该装置保证了一种多高压直流输电馈入系统减少换相失败的方法的有效可靠执行。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种多高压直流输电馈入系统，该系统包括上述的多高压直流输电馈入系统减少换相失败的装置。

其有益效果为：该装置保证了一种多高压直流输电馈入系统减少换相失败的方法的有效可靠执行

附图说明

图1是本实施例的系统划分结构图。

具体实施方式

本发明的基本构思为：根据交流电压故障量的大小，将系统划分为3个阶段，并根据每个阶段的特性配置不同的控制功能和设定不同的动作定值，从而减少换相失败的发生；本方法的原理是在换相失败预测功能不动作时，针对系统的第一阶段和第二阶段，分别投入最小换相裕度功能，并根据交流电压故障量分别设定第一阶段和第二阶段的最小换相裕度功能的动作设定值，其中第一阶段为固定角度值，是正常运行工况下设定的换流阀最小换相熄弧角值，第二阶段为变化角度值，其取值与交流电压故障量相关；在换相失败预测功能动作时，针对系统的第三阶段，投入最小换相裕度功能，并根据交流电压故障量设定第三阶段的最小换相裕度功能的动作设定值，该值与换相失败预测减小角度相关，最终实现在不同电压跌落条件下设定不同的抵御换相失败的功能和设定不同的动作定值，在保持现有控制策略在抵御换相失败能力的基础上，增强了低交流电压故障段系统抵御换相失败的能力，减少在低交流电压故障水平下远端换流器发生换相失败的机率，增强了系统运行的稳定性。基于该构思，可实现本发明的一种多高压直流输电馈入系统及其减少换相失败的方法和装置。

下面将结合附图以及方法实施例对本发明进行详细说明。

方法实施例：

本发明的一种多高压直流输电馈入系统减少换相失败的方法，具体包括最小换相裕度功能及换相失败预测功能，该方法根据不同的交流故障电压范围将系统划分为3个不同阶段，具体如图1所示：

1)阶段1，交流电压故障量在[0-V1]范围，在这个阶段，电压波动很小，系统基本上不会发生换相失败；V1值的选取原则是避开常规电网负荷扰动造成的电压波动范围，同时当电网故障造成的电压波动小于V1时，基本不会发生换相失败，当电压波动大于V1时，换相失败发生的可能性增加。本实施例中，V1值取值为0.05pu。

2)阶段2，交流电压故障量在[V1-V2]范围，其中，V2等于换相失败预测功能动作定值，在这个阶段，电压波动较小，如果该阶段没有其它电压畸变的发生，换流阀通常不会发生换相失败，但如果在多直流输电馈入系统中有其它换流站发生换相失败或有其它设备投切，会有电压畸变发生，则有较大概率会导致换相失败发生；

3)阶段3，交流电压故障量大于V2，在该阶段，电压波动较大，极易发生换相失败。

根据3个阶段的不同特性，投入不同的抵御换相失败的功能和设定不同的动作定值：

其中，第1阶段换相失败预测功能不动作，投入最小换相裕度功能，设定最小换相裕度功能的动作设定值γmin＝A1，A1为固定角度值，为正常运行工况下设定的换流阀最小换相熄弧角值γmin_ref；

其中，第2阶段，有以下两种方案：

方案一：换相失败预测功能不动作，投入最小换相裕度功能，最小换相裕度功能的动作设定值γmin＝A1+B1，γmin在A1定值的基础上增加B1值，增加换流阀最小换相裕度，增强在低交流电压故障量情况下系统抵御电压畸变的能力；

方案二：换相失败预测功能不动作，投入最小换相裕度功能，最小换相裕度功能的动作设定值γmin＝A1+B1，同时减少触发角指令输出值，从最小换相裕度判断和减少触发角指令输出值两个方面增强系统抵御换相失败的能力；

其中，B1为变化角度值，其取值与交流电压故障量相关，且计算公式如下：

B1＝K1*Uac_fail

其中，K1为计算的系数；Uac_fail为交流电压故障量。

其中，第3阶段，换相失败预测功能动作，投入最小换相裕度功能，最小换相裕度功能的动作设定值γmin＝A1+C1，γmin在A1定值的基础上增加C1值；其中，C1为变化角度值，其取值与换相失败预测减小角度相关，且计算公式如下：

C1＝K2*CFPREV

其中，CFPREV为换相失败预测功能动作所减小的触发角角度；K2为计算系数。

本实施例中K1和K2的选取满足：确保在第2阶段的V2电压点处，B1值小于等于第3阶段V2电压点处的C1值，即K1*V2≤K2*CFPREV[V2]，同时根据系统特性调整K1和K2值，确保系统有良好的抵御单次换相失败及连续换相失败的能力；K1和K2根据不同高压直流输电馈入系统的特性进行取值，常规情况下，K2取值为1，K1取值满足公式条件，且K1和K2都大于0。

本实施例中，交流电压故障量取交流电压零序分量绝对值和幅值分量绝对值中的大值，且计算公式如下：

Uac_fail＝MAX(ABS(vac_zero)，ABS(uac_amp))

其中，Uac_zero为3相交流电压的零序分量；Uac_amp为3相交流电压的幅值分量；Uac_fail为交流电压故障量。

本发明在不同电压跌落条件下设定不同的抵御换相失败的功能和设定不同的动作定值，在保持现有控制策略在抵御换相失败能力的基础上，增强了低交流电压故障段系统抵御换相失败的能力，减少在低交流电压故障水平下远端换流器发生换相失败的机率，增强了系统运行的稳定性。

装置实施例：

本发明的一种多高压直流输电馈入系统减少换相失败的装置，包括存储器和处理器，处理器用于执行存储在存储器中的计算机程序指令，以实现本发明的方法实施例中介绍的一种多高压直流输电馈入系统减少换相失败的方法。其中，处理器可以为可编程逻辑器件FPGA等处理装置。存储器可为利用电能方式存储信息的各式存储器，例如RAM、ROM等，还可为其他方式的存储器。

系统实施例：

本发明的一种多高压直流输电馈入系统，该系统包括一种多高压直流输电馈入系统减少换相失败的装置，利用该装置根据每个阶段的特性配置不同的控制功能和设定不同的动作定值，从而减少换相失败的发生，其具体的控制方式在上述一种多高压直流输电馈入系统减少换相失败的方法实施例中详细描述，故此处不再赘述。