[發明專利]一種計及暫態直流電流變化過程的換相失敗預測方法

有效

• 申請號: 202010153651.X
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111416375B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 曾沅;李巖;盧亞軍;張云曉
• 申請（專利權）人: 天津大學;國網經濟技術研究院有限公司;國網江蘇省電力有限公司經濟技術研究院
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 韓帥

本發明公開了一種計及暫態直流電流變化過程的換相失敗預測方法，包括：(1)獲取計算所需的原始參數；(2)根據已有參數計算故障發生后逆變側系統的越前觸發角和暫態直流電流；(3)計算故障發生后3.3ms系統的實際關斷角；(4)通過與固有極限關斷角進行對比對換相失敗進行預測；本發明可以克服現有HVDC系統換相失敗電壓預測判據不夠精確的缺點，避免了由誤判或者漏判帶來的換相失敗防御策略誤動或者拒動所造成的直流輸送功率波動等不良后果，對大容量長距離交直流互聯電網的安全穩定運行具有一定實用價值。

技術領域

本發明涉及高壓直流輸電技術，具體涉及一種計及暫態直流電流變化過程的換相失敗預測方法。

背景技術

由于特殊的地理環境條件和區域發展特性，我國東西部在能源生產消費方面出現了很大程度的不平衡。實施“西電東送”能源戰略則是解決此問題的一個重要舉措。從二十世紀八十年代至今，全國范圍內已建成并投運二十余條常規直流輸電工程。相比于交流輸電，高壓直流輸電在非同步聯網、短路容量控制、功率快速調節、傳輸距離和線路損耗等方面具有獨到的優勢，已經成為我國能源戰略中的重要一環，極大地推動了國民經濟發展和人民生活水平提高，產生了巨大的經濟效益和社會效益。但常規HVDC工程也存在著一些問題，換相失敗故障便是其中之一。換相失敗是指閥退出運行后，在反向電壓作用的一段時間內未能恢復阻斷能力，在閥電壓轉變為正向之后重新開通。換相失敗一旦發生，將導致直流電流過大、直流傳輸功率減少、繼電保護誤動作、換流變直流偏磁、換流閥壽命縮短以及逆變側弱交流系統電壓不穩定等不良后果。如果控制不當，還可能引發連續換相失敗，甚至導致直流傳輸功率中斷，潮流大范圍轉移，引發互聯電網的穩定性問題。因此，深入研究換相失敗的影響因素并形成切實可行的預防控制策略，對減少換相失敗發生幾率，保證HVDC系統和互聯電網的安全穩定運行具有重要意義。當前運行的HVDC系統采用的換相失敗抑制策略主要是檢測到交流系統發生故障后采取提前發出觸發脈沖，控制直流電流等方式對于HVDC系統進行控制。其啟動判據是通過電壓互感器采集換流站母線三相電壓，對其進行處理后與啟動門檻值進行比較來判斷是否對系統進行控制。換言之，是將HVDC系統逆變側交流故障引起的換流母線電壓降作為判斷換相失敗是否發生的依據。但從原理上分析，HVDC系統換相失敗的臨界壓降受到多個因素影響，如果僅固定的門檻值作為換相失敗預測判據在某些場合下是不夠精確的，有可能出現誤判或者漏判，造成換相失敗防御策略的誤動或者拒動，從而影響HVDC系統的穩定運行或者功率恢復。

發明內容

本發明要解決的技術問題為：基于換相失敗的原理分析，提供一種考慮故障前系統運行狀態和故障發生后電流動態的換相失敗電壓預測判據。應用該方法可以較為準確地預判HVDC系統在交流故障發生時是否會發生換相失敗，克服由現有判據不夠精確而可能造成的換相失敗預防控制策略誤動或者拒動，對于減少HVDC系統輸送功率波動，維持HVDC系統穩定運行，提升交直流互聯電網的安全性具有一定價值。

為了實現上述發明目的，本發明采取的技術方案具體為：一種改進的HVDC系統換相失敗電壓預測判據，其特征是：考慮故障前HVDC系統的運行狀態，利用疊加原理對HVDC系統等值電路進行分解，通過一種時序分段方法擬合三相交流故障發生后直流電流的變化過程，根據的故障中換流母線電壓計算得出相應時刻的暫態直流電流，并據此計算故障過程中的實際關斷角。根據HVDC控制系統動作和關斷角變化規律，將故障發生后3.3ms的實際關斷角與晶閘管固有極限關斷角作比較來預測換相失敗是否發生。

基于以上定義，計及暫態直流變化過程的換相失敗預測方法包括如下步驟：

(1)獲取計算所需的原始參數

獲取交流故障發生前HVDC系統的整定參數(I_d和γ)和其他穩態運行參數；獲取交流故障發生后3.3ms的逆變側換流母線交流電壓E_if。

(2)根據已有參數計算故障發生后逆變側系統的越前觸發角和暫態直流電流