[发明专利]一种基于虚拟电流限制器的换相失败抑制方法

说明书

技术领域

本发明属于输配电技术领域，具体涉及一种基于虚拟电流限制器的换相失败抑制方法。

背景技术

20世纪50年代以来，传统电网换相高压直流输电（Line-Commutated-Converter High Voltage Direct Current, LCC-HVDC）以其大容量远距离输电、有功功率快速可控等特点在世界范围内得到了快速的发展。

但是由于LCC-HVDC采用无自关断能力的普通晶闸管作为换流元件， 因此LCC-HVDC系统需要一定强度的交流系统来实现换相，需要交流电网提供换相电压。当电网发生故障或三相严重不对称时，会导致交流母线电压下降，线电压过零点可能提前，LCC-HVDC阀臂的换流重叠角将增大，关断角将减小，容易导致换相失败。当两个桥臂之间换相结束后，刚退出导通的阀在反向电压作用的一段时间内，如果未能恢复阻断能力，或者在反向电压期间换相过程一直未能进行完毕，这两种情况在阀电压转变为正向时被换相的阀都将向原来预定退出导通的阀倒换相，这称为换相失败。换相失败发生时，逆变侧直流侧发生短时短路故障，逆变侧直流电压降低，而整流侧直流电压相对较高，这使得直流线路的直流电流快速增大，直流线路、晶闸管等设备将承受过电流冲击，影响设备使用寿命。此外，由于直流线路的直流电流较大，逆变侧会持续发生换相失败，严重限制了直流系统传输功率，为整个交-直-交系统带来巨大的扰动。

现有技术中，VDCOL控制通过测量直流线路电压值，调整直流电流指令。在某些故障情况下，当发现直流电压低于某一值时，自动降低直流电流调节器的整定值，待直流电压恢复后，又自动恢复整定值。VDCOL可以避免逆变侧长时间换相失败，有利于交流系统电压的恢复，改善故障后直流系统的恢复特性。

然而，当逆变侧发生换相失败时，逆变侧直流电压明显降低，整流侧直流电压还来不及变化。直到直流电流上升到较大数值时，在整流侧的定直流电流控制的作用下，整流侧直流电压才开始下降，进一步，VDCOL输出的直流电流指令才会下降。因此，目前的VDCOL控制对于逆变侧换相失败时直流电流幅值的限制存在滞后，也不利于防御逆变侧发生连续性换相失败。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种基于虚拟电流限制器的换相失败抑制方法，于直流输电线路上等效串联虚拟电抗器，可以使系统正常运行以及人为控制系统在降压状态运行时，直流电流在虚拟电抗限流器上产生的压降ΔU_*不会影响VDCOL的正常控制，在系统发生故障时限制直流电流的幅值，降低直流线路、换流阀等设备的过电流幅值，一定程度上降低逆变侧发生换相失败的概率。

本发明的技术方案是，一种基于直流电流限制器的换相失败抑制方法，其改进之处在于：所述虚拟电流限制器等效串联在传统直流输电的输电线路上，其产生的压降作用于直流输电系统中的低压限流控制VDCOL，并利用所得直流电压值，最终确定直流电流指令。

进一步，所述虚拟电流限制器等效串联在传统直流输电的输电线路的方式包括以下步骤：

I、将所要串联接入的虚拟电感参数等效折算至控制系统中，折算公式为：

（1）

式中，L为所要串联接入的虚拟电感参数，I_dN为所述传统直流输电系统的额定电流，U_dN为所述传统直流输电系统的额定电压，L_*为等效折算至控制系统中的虚拟电感值。

II、将控制系统中的直流电流对时间求导，并乘以虚拟电感值，得到直流电流在虚拟电流限制器上产生的压降，其计算公式为：

（2）

式中，L_*为等效折算至控制系统中的虚拟电感值，I_d*为等效折算至控制系统中的直流电流，ΔU_*为直流电流在虚拟电流限制器上产生的压降。

III、将原来输入VDCOL控制的直流电压值减去直流电流在虚拟电流限制器上产生的压降，得到新的直流电压值，其计算公式为：

（3）

式中，U_d*为原来输入VDCOL控制的电压值，ΔU_*为直流电流在虚拟电流限制器上产生的压降，为新的直流电压值。

进一步，所得到的新的直流电压值作为VDCOL控制的输入量，并根据VDCOL控制的特性得到直流电流指令。