一种换流阀换相失败判别方法和装置

技术领域

本发明涉及电力系统及其自动化技术领域，具体涉及一种换流阀换相失败判别方法和装置。

背景技术

高压直流输电系统是大容量远距离输电的核心，当高压直流输电系统中换流器的两个桥臂之间换相结束后，刚退出导通的换流阀在反向电压作用一段时间才能恢复其阻断能力，如果换流阀的电压转变为正向时，未能恢复阻断能力或者在反向电压期间换相过程一直未完成，则被换相的换流阀将向原来预定退出导通的换流阀进行倒换相，这种现象就是换相失败。换相失败是高压直流输电系统运行中逆变侧最常见的故障之一，会导致直流电压降低、直流电流增大、直流输电输送功率减少，甚至直流闭锁，威胁电网安全稳定运行。为抵御换相失败，首先需要对换流阀进行换相失败判别。

目前，通常基于换流阀本身信息实现换流阀换相失败的直接判别。换流阀本身信息包括换流阀的电压和电流等。单一采用换流阀电压或电流的判别方法具有可能造成误判或者判别时间相对较长的缺点，判别的速度和准确性取决于采样点数，采样点数没有达到足够多时则误判的可能性较大，采样点数足够多时则会增加判别时间，该方法需要采样判别窗口达到一个工频周期(20ms)才能保证判别的准确性，判别时间相对较长，判别速度慢。

发明内容

为了克服上述现有技术中判别速度慢的不足，本发明提供一种换流阀换相失败判别方法，包括：

在换流阀触发后，连续采集所述换流阀的N个电压和第N个电压所处采样时刻的电流；

基于所述换流阀的N个电压和第N个电压所处采样时刻的电流判别所述换流阀是否发生换相失败。

所述基于所述换流阀的N个电压和第N个电压所处采样时刻的电流判别所述换流阀是否发生换相失败，包括：

将所述换流阀的N个电压与预设的电压门槛值进行比较，若存在至少一个所述换流阀的电压大于等于预设的电压门槛值，则判别所述换流阀未发生换相失败；

否则，根据所述换流阀的第N个电压所处采样时刻的电流与所述换流阀正常运行情况下所述换流阀导通时的最大电流，判别所述换流阀是否发生换相失败。

根据所述换流阀的第N个电压所处采样时刻的电流与所述换流阀正常运行情况下所述换流阀导通时的最大电流，判别换流阀是否发生换相失败，包括：

若所述换流阀的N个电压均小于预设的电压门槛值，且所述换流阀的第N个电压所处采样时刻的电流大于所述换流阀正常运行情况下所述换流阀导通时的最大电流，判别所述换流阀在所述判别周期内发生换相失败；

若所述换流阀的N个电压均小于预设的电压门槛值，且所述换流阀的第N个电压所处采样时刻的电流小于等于所述换流阀正常运行情况下所述换流阀导通时的最大电流，判别所述换流阀在所述判别周期内未发生换相失败。

所述在换流阀触发后，连续采集所述换流阀的N个电压和第N个电压所处采样时刻的电流，包括：

以触发时刻作为判别周期的起始时间，且在延时所述换流阀电压的采样延迟角度对应的时间后，以预设的采样间隔连续采集所述换流阀的N个电压。

换流阀电压的采样延迟角度的计算式如下：

θ＝120°+μ+γ+θ

式中，θ表示所述换流阀电压的采样延迟角度，μ表示所述换流阀的换相角，γ表示所述换流阀的关断角，θ

另一方面，本申请还提供一种换流阀换相失败判别装置，包括：

采集模块，用于在换流阀触发后，连续采集所述换流阀的N个电压和第N个电压所处采样时刻的电流；

判别模块，用于基于所述换流阀的N个电压和第N个电压所处采样时刻的电流判别所述换流阀是否发生换相失败。

所述判别模块用于：

将所述换流阀的N个电压与预设的电压门槛值进行比较，若存在至少一个所述换流阀的电压大于等于预设的电压门槛值，则判别所述换流阀未发生换相失败；

否则，根据所述换流阀的第N个电压所处采样时刻的电流与所述换流阀正常运行情况下所述换流阀导通时的最大电流，判别所述换流阀是否发生换相失败。

所述判别模块具体用于：

若所述换流阀的N个电压均小于预设的电压门槛值，且所述换流阀的第N个电压所处采样时刻的电流大于所述换流阀正常运行情况下所述换流阀导通时的最大电流，判别所述换流阀在所述判别周期内发生换相失败；

若所述换流阀的N个电压均小于预设的电压门槛值，且所述换流阀的第N个电压所处采样时刻的电流小于等于所述换流阀正常运行情况下所述换流阀导通时的最大电流，判别所述换流阀在所述判别周期内未发生换相失败。

所述采集模块用于：

以触发时刻作为判别周期的起始时间，且在延时所述换流阀电压的采样延迟角度对应的时间后，以预设的采样间隔连续采集所述换流阀的N个电压。

所述采集模块按下式计算所述换流阀电压的采样延迟角度：

θ＝120°+μ+γ+θ

式中，θ表示所述换流阀电压的采样延迟角度，μ表示所述换流阀的换相角，γ表示所述换流阀的关断角，θ

本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的换流阀换相失败判别方法中，在换流阀触发后，连续采集换流阀的N个电压和第N个电压所处采样时刻的电流；基于换流阀的N个电压和第N个电压所处采样时刻的电流判别换流阀是否发生换相失败，本申请通过采集的换流阀的电压实现换流阀换相失败的判别，提高了换相失败的判别速度。

本申请提供的技术方案在通过换流阀电压不能确定换流阀换相失败结果的情况下，结合换流阀电压和采集的换流阀电流实现换流阀换相失败的最终判别，提高了换相失败的判别准确性。

本申请提供的换流阀换相失败判别方法为抵御换相失败的控制决策打下良好基础。

附图说明

图1是本发明实施例中与Y/D接法的换流变压器联结的6脉动换流器中换流阀V3发生换相失败时的电压波形图；

图2是本发明实施例中与Y/D接法的换流变压器联结的6脉动换流器中换流阀V3发生换相失败时的电流波形图；

图3是本发明实施例中换流阀换相失败判别方法流程图；

图4是本发明实施例中六脉动桥式换流阀测量点示意图；

图5是本发明实施例中换流阀V3换相失败判别结果示意图；

图6是本发明实施例中换流阀换相失败判别装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本申请实施例1基于CIGRE HVDC标准测试模型，在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中实现，在逆变侧交流母线设置三相电感接地故障，设故障起始时间为0.9s，持续50ms，接地电感为0.3H。图1为与Y/D接法的换流变压器联结的6脉动换流器中换流阀V3发生换相失败时的电压波形图，图2为与Y/D接法的换流变压器联结的6脉动换流器中换流阀V3发生换相失败时的电流波形图。对于换流器的一个桥臂的换流阀V3，可以采用本申请实施例提供的上述实现过程进行换相失败的判别。

本发明实施例1提供了一种换流阀换相失败判别方法，具体流程图如图3所示，具体过程如下：

S101：在换流阀触发后，连续采集换流阀的N个电压和第N个电压所处采样时刻的电流；

S102：基于换流阀的N个电压和第N个电压所处采样时刻的电流判别换流阀是否发生换相失败。

首先，可根据具体情况设定换流阀的电压波形采样点个数N、采样间隔M、采样延迟角度θ、预设的电压门槛值u

在基于设定的换流阀电压的采样延迟角度采集换流阀的电压之前，可以按下式计算换流阀电压的采样延迟角度：

θ＝120°+μ+γ+θ

式中，θ表示换流阀电压的采样延迟角度，μ表示换流阀的换相角，γ表示换流阀的关断角，θ

上述S101的在换流阀触发后，连续采集换流阀的N个电压和第N个电压所处采样时刻的电流，具体过程如下：

以图4所示的六脉动桥式换流阀为例，对于其中的每个换流阀V1、V2、V3、V4、V5、V6，其电压测点分别为u

S102中，基于换流阀的N个电压和第N个电压所处采样时刻的电流判别换流阀是否发生换相失败，包括：

将换流阀的N个电压与预设的电压门槛值进行比较，若存在至少一个换流阀的电压大于等于预设的电压门槛值，则判定换流阀未发生换相失败；

否则，根据换流阀的第N个电压所处采样时刻的电流与换流阀正常运行情况下换流阀导通时的最大电流，判别换流阀是否发生换相失败。具体过程如下：

若换流阀的N个电压均小于预设的电压门槛值，且换流阀的第N个电压所处采样时刻的电流大于换流阀正常运行情况下换流阀导通时的最大电流，判别换流阀在判别周期内发生换相失败；

若换流阀的N个电压均小于预设的电压门槛值，且换流阀的第N个电压所处采样时刻的电流小于等于换流阀正常运行情况下换流阀导通时的最大电流，判别换流阀在判别周期内未发生换相失败。

图5为换流阀V3在一个判别周期内的换相失败判别结果示意图。通过图1、图2、图5可以确定，本实施例判别出结果时刻与换流阀倒换相时刻的差值为2-3ms，即根据本发明实施例1提出的一种换流阀换相失败判别方法的反应时间为2-3ms，相较于单一采用换流阀电压或换流阀电流信息的判别方法，进一步提升了换流阀换相失败判别的速度。

实施例2

基于同一发明构思，本发明实施例2还提供一种换流阀换相失败判别装置，如图6所示，包括：

采集模块，用于在换流阀触发后，连续采集换流阀的N个电压和第N个电压所处采样时刻的电流；

判别模块，用于基于换流阀的N个电压和第N个电压所处采样时刻的电流判别换流阀是否发生换相失败。

采集模块在换流阀开始触发时，连续采集换流阀的N个电压和第N个电压所处采样时刻的电流的具体过程为：

以触发时刻作为判别周期的起始时间，且在延时换流阀电压的采样延迟角度对应的时间后，以预设的采样间隔连续采集换流阀的N个电压。

采集模块按下式计算换流阀电压的采样延迟角度：

θ＝120°+μ+γ+θ

式中，θ表示换流阀电压的采样延迟角度，μ表示换流阀的换相角，γ表示换流阀的关断角，θ

判别模块基于换流阀的N个电压和第N个电压所处采样时刻的电流判别换流阀是否发生换相失败，具体过程为：

将换流阀的N个电压与预设的电压门槛值进行比较，若存在至少一个换流阀的电压大于等于预设的电压门槛值，则判别换流阀未发生换相失败；

否则，根据换流阀的第N个电压所处采样时刻的电流与换流阀正常运行情况下换流阀导通时的最大电流，判别换流阀是否发生换相失败。

判别模块根据换流阀的第N个电压所处采样时刻的电流与换流阀正常运行情况下换流阀导通时的最大电流，判别换流阀是否发生换相失败，具体过程如下：

若换流阀的N个电压均小于预设的电压门槛值，且换流阀的第N个电压所处采样时刻的电流大于换流阀正常运行情况下换流阀导通时的最大电流，判别换流阀在判别周期内发生换相失败；

若换流阀的N个电压均小于预设的电压门槛值，且换流阀的第N个电压所处采样时刻的电流小于等于换流阀正常运行情况下换流阀导通时的最大电流，判别换流阀在判别周期内未发生换相失败。

为了描述的方便，以上装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的保护范围之内。