[发明专利]一种抑制多馈入直流换相失败的直流功率控制方法

说明书

本发明公开一种抑制多馈入直流换相失败的直流功率控制方法，先建立多馈入直流输电系统简化模型，然后基于sin‑cos分量检测判断方法，判断直流功率控制的启动，进而确定直流功率调整量和直流功率控制速率，最后根据直流功率调整量和直流功率控制速率在不同换相失败场景下进行直流功率控制。本发明的控制方法控制速度快且准确，实现方便，控制效果好，不需要广域测量数据，控制速度快，不干扰其他设备的运行，不需要额外增加投资，经济性好。

技术领域

本发明涉及高压直流输电技术领域，具体为一种抑制多馈入直流换相失败的直流功率控制方法。

背景技术

换相失败是直流输电系统发生概率较高的故障之一。在换流器中，退出导通的阀在反向电压作用的一段时间内未能恢复阻断能力，或者在反向电压期间换相过程未进行完毕，则在阀电压变成正向时，被换相的阀都将向原来预定退出导通的阀倒换相，这种情况称为换相失败。

换相失败的主要原因是交流系统故障使得逆变侧换流母线电压下降，在一定的条件下，有些换相失败可以自动恢复，但是如果发生两次或多次连续换相失败，换流阀就会闭锁，中断直流系统的输电通道，在严重的情况下可能会出现多个逆变站同时发生换相失败，甚至导致电网崩溃。

1.1换相失败机理：

《高压直流输电系统》(李兴源，北京科学出版社.2013.3)中定义，当两阀臂之间换相结束后，若预计关断的阀在反向电压作用的一段时间内未能恢复正向电压阻断能力，或在反向电压作用期间换相过程一直未能进行完毕，则在阀电压由负变正时预计导通的阀将向预计关断的阀倒换相，该现象被称为换相失败。

图1为逆变器换流阀接线方式，单桥逆变器的6个阀V1～V6按序轮流触发导通。相邻阀臂的导通间隔为π/3，ea、eb、ec分别为交流系统母线A、B、C三相瞬时电压。

以阀3对阀1换相失败为例，来说明单次换相失败过程。若阀3触发时换相角较大，阀1在阀电压过零点后有剩余载流子，则当阀电压由负转正后，阀1不加触发脉冲亦可重新导通，发生阀3向阀1的倒换相，阀3关断。若换相角足够大，甚至可能在阀1向阀3换相过程尚未完成时，发生阀3向阀1倒换相。倒换相结束后，阀1和阀2继续导通，若无故障控制，仍按原定次序触发各阀，在阀4导通后，阀4和阀1在直流侧短路，导致直流电压和功率骤降。

直流系统中通常用α表示触发角，β表示越前触发角，γ表示关断角，μ表示换相角，各因素之间的相互关系为：

γ＝β-μ＝180-α-μ (1)

γ决定于多个因素，系统对称运行时，逆变器的关断角为

式中，k为换流变变比，I_dL为直流电流，X_C为换相电抗，U_L为换流母线线电压有效值。

换相电压过零点偏移角度时，逆变器关断角γ为

换相失败发生的主要原因是逆变侧换流母线换相电压的降落，本质是逆变器熄弧角γ小于极限熄弧角γ_min。如果实际关断角γ小于晶闸管恢复正向电压阻断能力所需的最小关断角γ_min，就会发生换相失败。

逆变侧交流母线处发生短路故障下，换流母线换相电压的降落，直流电流增加，使得换相时间延长，熄弧角变大而导致换相失败。而通过适当的措施，可以避免换相失败或者降低换相失败发生的概率。

1.2多馈入相互作用因子与临界换相电压：

由CIGRE WG B4工作组提出的用于衡量多馈入直流系统中各换流站之间电压交互作用的指标:多馈入相互作用因子^[26]MIIF_ji(Multi-infeed Interaction Factor)定义如下：