[发明专利]一种抑制交流故障切除后直流输电系统换相失败的控制器及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统仿真技术领域，具体涉及一种抑制交流故障切除后直流输电系统换相失败的控制器及控制方法。

背景技术

换相失败是逆变器常见的故障，也是整个直流输电系统设计需要重点考虑的问题之一。以往的研究已经指出多种引起换相失败的系统扰动因素。由于直流输电系统是一非线性系统，多因素之间存在复杂耦合关系，因此剖析换相失败需要综合考虑所在系统的多种因素。根据实际工程运行情况，一般认为交流系统故障是引起逆变站换相失败的主要原因，交流故障将可能引发交流电压幅值的突降、直流电流突增或换相电压相位偏移，进而影响直流系统的换相过程，致使发生换相失败。

目前，实际直流工程在逆变站所连交流系统故障切除后，未发现有发生换相失败的现象出现。但是，现今主流的电磁暂态仿真软件(如PSCAD/EMTDC、EMTP、MATLAB/SIMULINK)在现有控制方法下，均会在交流系统故障切除后，伴随一定概率的再次换相失败，交流系统发生三相故障并切除过程中，PSCAD/EMTDC的仿真波形与实际直流工程录波分别如图1(a)和图1(b)所示，其中，U_{dc_mes}、I_{dc_mes}和γ_mes分别表示逆变站检测到的直流电压、直流电流和关断角的测量值。从图1(a)和图1(b)的对比中可以发现，当故障切除后，PSCAD/EMTDC的仿真结果会出现再次换相失败，而实际录波中没有发生类似现象；再次换相失败使得直流系统的恢复速率明显减缓。

换相失败会引起直流系统短时间内失去功率传输能力，直流线路传输功率越大，对所连送受两端的交流系统产生的扰动越大，甚至引发系统失稳。对于目前较为热门的大规模交直流电磁暂态仿真而言，仿真中出现的上述换相失败将严重阻碍系统恢复的快速性和平稳性，极可能颠覆系统稳定性结论，得到不正确的仿真结果。因而，使得原本对实际工程规划建设具有指导和检验意义的数字仿真失去其可信度，对实际工作造成巨大影响。经分析可知，实际直流工程的控制系统十分复杂，而在仿真软件中一般均只采用简化的控制系统，上述故障切除后再次发生换相失败现象很大程度上是由控制器简化导致部分特性缺失所致。因此，需要对现有直流系统的控制方法作进一步改进，避免上述现象发生。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种抑制交流故障切除后直流输电系统换相失败的控制器及控制方法，通过在已有的控制方法下添加改进低压限流控制技术以及基于交流电压谐波检测的触发越前角前馈补偿技术，有效抑制交流故障切除后直流输电系统发生换相失败。

一种抑制交流故障切除后直流输电系统换相失败的控制器，包括：

谐波检测单元，用于对直流输电系统受端电网的三相交流电压进行谐波检测，得到三相谐波信号；

前馈补偿控制单元，用于对三相谐波信号进行前馈补偿控制，得到触发越前角增量并生成附加控制信号；

选择器，用于根据附加控制信号从两种预设的关断角整定值中选择其中一种作为关断角额定值；

关断角控制单元，用于获取直流输电系统中逆变器的最小关断角信号，使关断角额定值减去最小关断角信号得到关断角误差信号，并对关断角误差信号进行PI控制输出触发越前角β_r；

电压控制单元，用于获取直流输电系统中逆变器的直流电压信号，使预设的直流电压整定值减去直流电压信号得到直流电压误差信号，并对直流电压误差信号进行PI控制输出触发越前角β_u；

低压限流控制单元，用于获取直流输电系统中逆变器的直流电压信号，对直流电压信号进行低压限流控制，输出直流电流限制值；

电流控制单元，用于获取直流输电系统中逆变器的直流电流信号，使直流电流限制值减去直流电流信号得到直流电流误差信号，并对直流电流误差信号进行PI控制输出触发越前角β_i；

最大值选择器，用于从触发越前角β_r、触发越前角β_u和触发越前角β_i中选取最大值作为逆变器的触发越前角β_inv；

减法器，用于使预设的角常量减去触发越前角β_inv和触发越前角增量得到逆变器的触发角；

触发单元，用于根据触发角构造出触发脉冲信号以控制逆变器中各功率开关管的通断。