[發明專利]一種換相失敗提前檢測和預防方法、裝置

有效

• 申請號: 201910906368.7
• 申請日: 2019-09-24
• 公開（公告）號: CN110518622B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 王增平;鄭博文;劉席洋;崔勇;趙樂;張開宇
• 申請（專利權）人: 華北電力大學;國網上海市電力公司
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;G01R31/00
• 代理公司: 北京君有知識產權代理事務所(普通合伙) 11630
• 代理人: 夏娟娟

本發明公開了一種換相失敗提前檢測和預防方法、裝置及其應用。現有的換相失敗檢測方法仍然存在控制系統響應速度低、過度依賴仿真計算、缺乏物理模型支撐和理論依據、普適性不足等問題。本發明利用三點法快速擬合出故障后電壓波形，計算出供應最小換相面積；比較換相需求面積和供應最小換相面積的大小，對換相失敗進行提前檢測；根據檢測的結果采取措施預防換相失敗的發生。本發明能夠有效地提前檢測換相失敗、為直流控制提供有效信號，進而預防換相失敗的發生，計算量小，速度快，不受故障類型以及故障時間的影響。

技術領域

本發明屬于電力系統繼電保護技術領域，涉及一種換相失敗提前檢測和預防方法、裝置。

背景技術

傳統的高壓直流輸電憑借輸送容量大、功率調節能力強、造價相對較低等特點，然而該輸電技術的核心元件晶閘管卻沒有自關斷能力，這導致其在逆變側交流系統電壓支撐不足的情況下極易發生換相失敗。換相失敗不僅僅會引發直流電流激增、導致換流閥收到沖擊，還會造成直流功率的大幅度波動，嚴重情況甚至導致直流系統閉鎖，該功率波動將對直流系統的送、受端電網安全穩定運行帶更來為嚴峻的考驗，其預防措施主要分為拓撲結構改進和控制策略優化兩個方面。然而拓撲結構改進雖然能從換相機理上消除換相失敗，但改進成本過高，同時工程實施難度較大。

在控制策略優化方面，為實現換相失敗的快速預防，其研究思路主要分為兩個步驟：首先是換相失敗的快速檢測，其次是換相失敗的快速抑制。目前應用于直流輸電系統的換相失敗檢測分為兩大類：一是實測型，是通過量測各換流閥換相結束時刻與對應的換相電壓過零時刻的間隔，并將其轉化為角度量從而獲得熄弧角，通過與最小熄弧角的比較判斷是否發生換相失敗。首先實測性是對已經發生的換相失敗進行檢測，所以其后續采取的控制措施都在換相失敗發生后，會導致控制系統的響應速度降低；其次直流工程中一個換流橋臂的晶閘管數量太多，因此晶閘管的熄弧角不易測量。二是預測型，是在逆變側交流母線對三相電壓提取零序分量或αβ變換，從而預測單相故障和三相對稱故障所引發的換相失敗；針對電壓過零點啟動慢的缺點，提出了增加正弦-余弦分量的檢測方法。雖然預測法在檢測速度上大大提高，為預防換相失敗發生爭取了更多的時間，但現有預測法針對換相失敗是否發生的判據主要依賴仿真計算，無法建立換相失敗與預測判據之間的物理關系，缺乏理論依據，需針對各個工況進行仿真，普適性有待提高。目前針對換相失敗的預防措施主要為提前觸發，增大換相裕度。提前觸發過大會導致無功需求增大，直流電流增大，這將更不利于換相過程；提前觸發角度過大的主要原因是現有方法并未將提前觸發角度與換相失敗的邊界條件建立物理關系，這也恰恰導致提前觸發控制存在超調的可能性。

如現有技術中國專利申請(申請號：CN2013105027504)，公開了一種換流閥換相失敗的預判方法，該方法計算故障后逆變側交流電流電壓和直流電流標幺值，通過觸發角上限判斷是否發生換相失敗；該方法計算交流電壓和交流電流幅值時需考慮傅式變換的窗長，具有一定延時，降低了換相失敗預判的速度。

如現有技術中國專利申請(申請號：CN2013105773783)，公開了一種同塔并架多回直流線路耦合作用引發換相失敗的判別方法，該方法通過電流耦合系數K以及故障時故障極逆變側的最大突變電流量△I_f.max計算電網提供的最大換相時間面積A和換相成功所需的換相面積B，通過A和B的大小比較判斷換相失敗的發生；但該方法在計算換相成功所需的換相面積時采用的是故障后的實時數據，對換相失敗的提前檢測速度較慢，不利于預防換相失敗的發生。

如現有技術中國專利申請(申請號：CN2014108011644)，公開了一種直流換相失敗根據面積數值設置增加熄弧角數值的方法，該方法計算交流電網電壓換相面積數值，當發生換相失敗時，根據這個換相面積數值，設置增加熄弧角控制操作所需要增加的熄弧角角度數值；該方法中換相面積的數值和增加的熄弧角角度之間缺乏物理模型約束，針對不同故障情況參數k和b的取值由經驗得出，在控制系統的作用下容易出現超調或欠調的情況，反而加重了換相失敗的影響。