[发明专利]一种高压直流系统控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及高压直流系统控制领域，具体涉及一种高压直流输电系统中预防换相失败的控制方法。

背景技术

直流输电因其可控性强、输电容量大等优点被广泛用于远距离输电，具有很高的经济效益。换相失败是基于晶闸管换流原理的一个传统直流输电系统原理性问题。随着我国特高压直流输电技术的发展，单回直流输送的功率越来越大，多馈入直流落点越来越多，当发生换相失败时，对所连交流系统的扰动也越来越大，多次连续的换相失败会导致直流输电系统闭锁。

电压降低和电压畸变是造成换相失败的主要原因，其中电压畸变可通过傅里叶分解表示为各次谐波的组合。目前，大多数研究都是基于基波电压降低采取的换相失败预防措施(如CFPREV，commutation failure prevention)和恢复策略，传统的低压限流单元VDCOL(Voltage Dependent Current Order Limiter)控制是在检测到直流电压降低时通过限制直流电流来避免换相失败，没有考虑谐波畸变的影响。实际上，随着电网复杂性的增加，大量电力电子器件的使用，造成直流换流母线发生电压畸变的因素越来越多，并且直流输电系统故障恢复阶段，直流电流上升会造成换流变压器饱和，产生大量谐波也会造成电压畸变，从而引起换相失败。目前，抑制由谐波引起的换相失败的控制方法还少有研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种高压直流输电换相失败预防控制方法，在换流母线电压谐波畸变率较高时，通过降低直流电流，使得谐波对换相电压时间面积的影响不足以导致换相失败。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高压直流系统控制方法，在VDCOL控制器之后设置换相失败限流预防控制器VDDCFP(Voltage Distortion Dependent Commutation Failure Prevention)，所述VDDCFP控制过程如下：

S1：实时监测逆变侧三相电压幅值，通过傅里叶分解得到电压瞬时值的各次谐波电压值，傅里叶分解表达式为：式中，u(t)为电压瞬时值，ω_n为n次角频率，F(ω_n)为n次谐波电压幅值；

S2：电压畸变限流，通过傅里叶分解后的各次谐波电压幅值计算谐波畸变率，并取三相电压中最大的谐波畸变率作为反馈信号，谐波畸变率计算公式为：式中，E₁为基波电压幅值；

S3：直流电流偏差限流，在直流电流整定值中计算直流电流瞬时值I_d与额定值I_{d_ref}之间的差值，此差值与步骤S2中的反馈信号一起作为增益过程的输入信号；

S4：增益，通过优化算法进行选取，选择合适的增益大小。

本发明所述控制方法还包括S5：在电压畸变限流和直流电流偏差限流后设置启动控制过程，确定阈值a，当a大于反馈信号b时，VDDCFP控制器不工作，当a不大于反馈信号b时，VDDCFP控制器工作。

本发明所述控制方法还包括在所述增益过程后对电流I_out进行幅值限制。

本发明所述控制方法在步骤S4中，增益过程的优化算法为单纯形法或者二分法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：实时监测逆变侧三相电压幅值，通过傅里叶分解计算谐波畸变率，并取最大的谐波畸变率作为反馈信号，最后通过增益环节减小直流电流的整定值，使得谐波对换相电压时间面积的影响不足以导致换相失败。同时，对输出电流进行了限幅，能够有效防止谐波畸变率较高的暂态过程中电流整定值严重偏离。由于系统稳态运行时谐波含量很少，VDDCFP控制器输出也较小，不影响直流输电系统的正常运行。

附图说明

图1是在高压直流输电系统中加入VDDCFP控制器后的结构示意图。

图2是CIGRE直流输电第一标准测试系统结构与参数。

图3是本发明中加入VDDCFP控制器后CIGRE直流输电第一标准测试系统结构图。

图4是采用本发明方法三次谐波注入后熄弧角响应图。

图5是采用本发明方法三次谐波注入后直流电流响应图。

图6是采用本发明方法三相短路故障熄弧角响应图。

图7是采用本发明方法三相短路故障直流电流响应图。