[发明专利]一种换相失败提前检测和预防方法、装置

说明书

本发明公开了一种换相失败提前检测和预防方法、装置及其应用。现有的换相失败检测方法仍然存在控制系统响应速度低、过度依赖仿真计算、缺乏物理模型支撑和理论依据、普适性不足等问题。本发明利用三点法快速拟合出故障后电压波形，计算出供应最小换相面积；比较换相需求面积和供应最小换相面积的大小，对换相失败进行提前检测；根据检测的结果采取措施预防换相失败的发生。本发明能够有效地提前检测换相失败、为直流控制提供有效信号，进而预防换相失败的发生，计算量小，速度快，不受故障类型以及故障时间的影响。

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，涉及一种换相失败提前检测和预防方法、装置。

背景技术

传统的高压直流输电凭借输送容量大、功率调节能力强、造价相对较低等特点，然而该输电技术的核心元件晶闸管却没有自关断能力，这导致其在逆变侧交流系统电压支撑不足的情况下极易发生换相失败。换相失败不仅仅会引发直流电流激增、导致换流阀收到冲击，还会造成直流功率的大幅度波动，严重情况甚至导致直流系统闭锁，该功率波动将对直流系统的送、受端电网安全稳定运行带更来为严峻的考验，其预防措施主要分为拓扑结构改进和控制策略优化两个方面。然而拓扑结构改进虽然能从换相机理上消除换相失败，但改进成本过高，同时工程实施难度较大。

在控制策略优化方面，为实现换相失败的快速预防，其研究思路主要分为两个步骤：首先是换相失败的快速检测，其次是换相失败的快速抑制。目前应用于直流输电系统的换相失败检测分为两大类：一是实测型，是通过量测各换流阀换相结束时刻与对应的换相电压过零时刻的间隔，并将其转化为角度量从而获得熄弧角，通过与最小熄弧角的比较判断是否发生换相失败。首先实测性是对已经发生的换相失败进行检测，所以其后续采取的控制措施都在换相失败发生后，会导致控制系统的响应速度降低；其次直流工程中一个换流桥臂的晶闸管数量太多，因此晶闸管的熄弧角不易测量。二是预测型，是在逆变侧交流母线对三相电压提取零序分量或αβ变换，从而预测单相故障和三相对称故障所引发的换相失败；针对电压过零点启动慢的缺点，提出了增加正弦-余弦分量的检测方法。虽然预测法在检测速度上大大提高，为预防换相失败发生争取了更多的时间，但现有预测法针对换相失败是否发生的判据主要依赖仿真计算，无法建立换相失败与预测判据之间的物理关系，缺乏理论依据，需针对各个工况进行仿真，普适性有待提高。目前针对换相失败的预防措施主要为提前触发，增大换相裕度。提前触发过大会导致无功需求增大，直流电流增大，这将更不利于换相过程；提前触发角度过大的主要原因是现有方法并未将提前触发角度与换相失败的边界条件建立物理关系，这也恰恰导致提前触发控制存在超调的可能性。

如现有技术中国专利申请(申请号：CN2013105027504)，公开了一种换流阀换相失败的预判方法，该方法计算故障后逆变侧交流电流电压和直流电流标幺值，通过触发角上限判断是否发生换相失败；该方法计算交流电压和交流电流幅值时需考虑傅式变换的窗长，具有一定延时，降低了换相失败预判的速度。

如现有技术中国专利申请(申请号：CN2013105773783)，公开了一种同塔并架多回直流线路耦合作用引发换相失败的判别方法，该方法通过电流耦合系数K以及故障时故障极逆变侧的最大突变电流量△I_f.max计算电网提供的最大换相时间面积A和换相成功所需的换相面积B，通过A和B的大小比较判断换相失败的发生；但该方法在计算换相成功所需的换相面积时采用的是故障后的实时数据，对换相失败的提前检测速度较慢，不利于预防换相失败的发生。

如现有技术中国专利申请(申请号：CN2014108011644)，公开了一种直流换相失败根据面积数值设置增加熄弧角数值的方法，该方法计算交流电网电压换相面积数值，当发生换相失败时，根据这个换相面积数值，设置增加熄弧角控制操作所需要增加的熄弧角角度数值；该方法中换相面积的数值和增加的熄弧角角度之间缺乏物理模型约束，针对不同故障情况参数k和b的取值由经验得出，在控制系统的作用下容易出现超调或欠调的情况，反而加重了换相失败的影响。