[發明專利]考慮相角跳變影響的HVDC系統換相失敗發生分析方法

在審

• 申請號: 202011305495.0
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112671023A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 羅安;朱仁龍;李軍;周小平;武衛東;洪樂榮;伍詠紅;夏海濤;陳遠揚;劉一鋒
• 申請（專利權）人: 國網湖南省電力有限公司;國家電網有限公司;國網湖南省電力有限公司電力科學研究院;湖南大學
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02M7/00;H02M7/757
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強;王娟

本發明公開了一種考慮相角跳變影響的HVDC系統換相失敗發生分析方法，實時采集受端交流母線換相電壓，利用鎖相環實時計算換相電壓實時相位；然后利用過零時刻和正常電網角頻率計算出換相電壓的正常相位；將實時相位與正常相位做差得到相角跳變量；最后，在考慮直流電流變化和相角跳變的基礎上，通過換相過程得到關斷角與換相電壓的關系，準確地計算臨界換相電壓，本發明一定程度上解決了臨界換相電壓計算準確性低的問題，提高了換相失敗臨界電壓判據的準確性與實用性，可廣泛應用于特高壓直流輸電控制系統中。

技術領域

本發明涉及電力傳輸技術領域，特別是一種高壓直流輸電系統換相過程關斷角計算方法、系統。

背景技術

我國一次能源與電力需求的逆向分布使得輸送距離遠、容量大的高壓直流輸電技術得到了快速發展與廣泛應用?；陔娋W換相換流器的高壓直流輸電(line-commutated-converter based high voltage direct current，LCC-HVDC)采用的晶閘管元件無自關斷能力，在受端電網故障情況下有較大可能發生換相失敗，這會致使直流電流迅速增大、直流電壓迅速下降，傳輸功率迅速減小，且故障嚴重時可能導致直流系統閉鎖，這將對直流輸電系統的高效、安全、穩定運行造成嚴重影響。

圖1為高壓直流輸電系統模型主電路圖，包括交流電網、換流站、換流變壓器、直流線路、無功補償裝置。電阻、電感、電容的單位分別為Ω、H、μF；U_LL為測量的受端換流母線線電壓；γ₀為受端額定關斷角；U_dN，I_dN分別為額定直流電壓和額定直流電流。

高壓直流輸電系統換相失敗的本質是由于換相時間小于晶閘管的去游離時間，導致晶閘管沒有恢復反向阻斷能力，在電壓反向后直接導通，使得直流側短路。盡管利用實測的關斷角作為換相失敗是否發生的判據非常準確，但是其響應速度過慢導致其實用性不高。

換流母線電壓的減小，直流電流的增大，超前的相角跳變，都會導致關斷角的減小，嚴重時導致換相失敗發生。換流母線電壓降落是導致換相失敗的主要原因，同時也適合作為更為實用的換相失敗判據。但目前考慮臨界換相電壓計算時大多未考慮相角跳變的影響，而相角跳變對換相過程的影響是不可忽略的。目前也有研究考慮了不對稱故障下相角跳變的影響，但由于受端故障下受端電網拓撲結構的改變和潮流分布的改變，對稱故障下一樣也有相角跳變，會對換相過程造成一定影響。因此，研究一種考慮相角跳變影響的HVDC系統換相失敗發生機理分析方法意義重大。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種高壓直流輸電系統換相過程關斷角計算方法、系統，提高關斷角計算的準確性，從而解決臨界換相電壓不夠準確的問題。為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種高壓直流輸電系統換相過程關斷角計算方法，利用下式計算高壓直流輸電系統換相過程的關斷角γ：

其中，X_e為等效換相電抗；U_LL為換流母線線電壓有效值；β為越前觸發角；Δθ為相角跳變量；U_d0r為無觸發延遲時高壓直流輸電系統整流側的空載直流電壓；α為整流側的觸發延時角；R_cr和R_ci分別為整流側和逆變側的等效換相電阻；R_d為直流線路電阻。

本發明考慮了不對稱故障下和對稱故障下相角跳變對換相過程的影響，能夠更加準確的計算出臨界換相電壓，使得直流輸電控制系統有更多的時間來應對故障以避免換相失敗。

本發明相角跳變量Δθ的計算過程包括：

1)實時采集高壓直流輸電系統受端交流母線三相電壓u_a、u_b、u_c，計算換相電壓的相位信息θ；獲取換相電壓的過零時刻，利用電網正常角頻率以及過零時刻得到換相電壓的正常相位θ_N；