[發(fā)明專利]預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防方法、裝置和設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410392139.5
• 申請(qǐng)日: 2014-08-12
• 公開（公告）號(hào): CN104333027B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李亞萍;姚致清;胡衛(wèi)東;李志勇;周鵬鵬;王崢夏;王偉;莊良文;傅潤(rùn)煒;賈德峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 許昌開普檢測(cè)技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H02J3/36
• 分類號(hào): H02J3/36
• 代理公司: 鄭州睿信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司41119
• 代理人: 胡泳棋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及直流輸電預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防領(lǐng)域，特別是預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防方法、裝置和設(shè)備。

背景技術(shù)

換相失敗是直流輸電系統(tǒng)逆變器最常見(jiàn)的故障之一。主要是逆變器中，當(dāng)2個(gè)橋臂之間換相時(shí)，若剛退出導(dǎo)通的閥在反向電壓作用的時(shí)間內(nèi)未能恢復(fù)阻斷能力，或在反向電壓期間換相過(guò)程未能進(jìn)行完畢，則在閥電壓轉(zhuǎn)變?yōu)檎驎r(shí)原來(lái)預(yù)定退出的閥將重新導(dǎo)通。換相失敗將導(dǎo)致直流電壓降低、輸送功率減少、電流增大、換流閥壽命縮短、換流變壓器直流偏磁及逆變側(cè)交流系統(tǒng)過(guò)電壓等不良后果。如果換相失敗后控制不當(dāng)，還會(huì)引起連續(xù)換相失敗，最終導(dǎo)致直流停運(yùn)。

隨著西電東送和全國(guó)聯(lián)網(wǎng)，華東電網(wǎng)和南方電網(wǎng)都已經(jīng)是多直流饋入系統(tǒng)，一個(gè)直流子系統(tǒng)換相失敗，可能引起其它直流子系統(tǒng)也換相失敗。為了增加輸送容量、節(jié)約線路走廊，在建的和新規(guī)劃的直流都是特高壓直流輸電；特高壓直流輸電普遍使用了串聯(lián)閥組結(jié)構(gòu)，一個(gè)閥組故障產(chǎn)生的故障電流將穿過(guò)另外一個(gè)閥組，可能引起另外一個(gè)閥組的換相失敗。因此近幾年來(lái)，直流輸電系統(tǒng)的換相失敗呈現(xiàn)增多和惡化的趨勢(shì)。

換相失敗發(fā)生的根本原因是換相裕度小于晶閘管的關(guān)斷需求，晶閘管實(shí)際需要的關(guān)斷角通常在6°～9°之間，在逆變側(cè)各角度的關(guān)系如下：

γ＝180°-α-μ (1)

式中γ為關(guān)斷角，α為觸發(fā)角，μ為換相重疊角。其中α是由控制器決定的，μ是由換相過(guò)程決定的；防止換相失敗就是保證γ大于晶閘管的關(guān)斷需求，這需要通過(guò)減小α來(lái)實(shí)現(xiàn)；因此本發(fā)明是對(duì)逆變器觸發(fā)角α的輔助控制儀器。

逆變器發(fā)生換相失敗的主要原因是由于交流電壓幅值降低、直流電流突增、交流換相電壓過(guò)零點(diǎn)相角偏移等原因。防止換相失敗發(fā)生可以從一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩方面想辦法，對(duì)于控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)預(yù)防換相失敗有以下兩種可行的技術(shù)方案：

第一種，增大正常運(yùn)行時(shí)的關(guān)斷角γ。在逆變側(cè)使用定直流電壓控制，正常運(yùn)行時(shí)關(guān)斷角γ的范圍是17.5°～21.5°，相對(duì)較大，因此無(wú)功功率消耗也要大一些；換流閥通過(guò)閥基電子設(shè)備向控制系統(tǒng)發(fā)送每個(gè)橋臂的關(guān)斷信號(hào)，此關(guān)斷信號(hào)和交流同步電壓通過(guò)硬件計(jì)時(shí)實(shí)測(cè)出每個(gè)橋臂的關(guān)斷角，12個(gè)關(guān)斷角的最小值作用于一個(gè)PI控制器；如果最小關(guān)斷角小于17°，PI控制器就開始減小觸發(fā)角α，西門子直流控制保護(hù)相關(guān)技術(shù)平臺(tái)主要采用此方案。

這種方案關(guān)斷角大，其無(wú)功功率消耗也大，需要逆變側(cè)配置較多的交流濾波器。而且對(duì)設(shè)備的依賴性強(qiáng)，無(wú)法與同類換流閥相配合。

第二種，在檢測(cè)到將要發(fā)生換相失敗時(shí)，將觸發(fā)角α減小以增加換相裕度，從而減少換相失敗的發(fā)生。在逆變側(cè)使用定關(guān)斷角控制，正常運(yùn)行時(shí)關(guān)斷角γ為17°，相對(duì)較小,而無(wú)功功率消耗也相對(duì)較小；通過(guò)對(duì)交流換相電壓和直流電流的快速采樣(通過(guò)TDM光纖傳輸，采樣間隔24us)，依次計(jì)算12個(gè)橋臂的換相裕度面積CMA(通過(guò)DSP實(shí)現(xiàn)，計(jì)算間隔50us)，計(jì)算中需要用到換相電壓正向過(guò)零點(diǎn)到當(dāng)前計(jì)算點(diǎn)的時(shí)間；當(dāng)CMA小于等于換相裕度面積參考值CMAref時(shí)(CMAref為關(guān)斷角等于14°的額定換相電壓面積)，立即強(qiáng)制觸發(fā)該橋臂，從而保證足夠的換相裕度，ABB直流控制保護(hù)相關(guān)技術(shù)平臺(tái)主要采用此方案。

這種方法屬于預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防(Predictive Commutation Prevention)：當(dāng)外部條件變化即將導(dǎo)致逆變側(cè)換相失敗時(shí)，適當(dāng)?shù)貙⒂|發(fā)角向90度方向移動(dòng)以增加換相裕度；由于能夠在很大程度上減小換相失敗發(fā)生的 概率，所以這種方法被稱為換相失敗預(yù)防。預(yù)測(cè)型是指不需要逆變器提供橋臂關(guān)斷信號(hào)，只依靠交流電壓和直流電流測(cè)量值、以及逆變器設(shè)計(jì)參數(shù)實(shí)現(xiàn)的換相失敗預(yù)防方法。換相裕度面積(Commutation Margin Area,簡(jiǎn)稱CMA)是指：在換相重疊過(guò)程結(jié)束后，剩下的換相正向電壓對(duì)時(shí)間的積分面積。該積分面積和晶閘管的去電離成正比，是晶閘管成功換相的關(guān)鍵因素。換相裕度面積取決于直流電流和換流變短路阻抗，后者也稱為換相阻抗。

第二種方案的預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防，雖然相對(duì)第一種方案對(duì)設(shè)備依賴性低，但效果不穩(wěn)定，換相失敗仍時(shí)有發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防方法，用以解決現(xiàn)有預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防方法效果不穩(wěn)定的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括：

一種預(yù)測(cè)型換相失敗預(yù)防方法，步驟如下：

a)，測(cè)量換相電壓；

b)，測(cè)量直流電流；

c)，根據(jù)a)、b)步驟的輸出進(jìn)行12路換相裕度面積計(jì)算，計(jì)算由FPGA實(shí)現(xiàn)；