[发明专利]基于谐波分析的直流分层接入下换相失败控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于谐波分析的直流分层接入下换相失败控制方法及系统，属于电力系统控制领域。本发明在直流分层接入系统中实时检测逆变侧的电流升高情况与换相电压中谐波幅值变化，当电流或谐波幅值高于稳态运行阈值后，分别根据电流升高量与谐波幅值生成触发角提前的补偿量，在交流故障发生后，故障层CFPREV已经启动输出而非故障层的CFPREV尚未输出，非故障层换流器关断角下降的阶段对触发角进行提前控制，降低非故障层受到故障扰动而发生换相失败的概率。

技术领域

本发明属于电力系统控制领域，更具体地，涉及一种基于谐波分析的直流分层接入下换相失败控制方法及系统。

背景技术

近年来，随着我国特高压直流输电技术取得重大突破，多条特高压直流输电工程相继建成投运，直流落点越来越密集，多馈入直流的受端电网电压支撑能力受到了严峻挑战。为了解决以上问题，工程界提出了一种将特高压直流逆变站分层接入受端交流电网的结构，可使系统从整体上具有较大的多馈入短路比和电压支撑能力。

由于分层接入方式下拓扑结构的特殊性，其逆变站不同层的换流器之间有着复杂的耦合特性，包括由串联的直流电流路径造成的直流耦合和由母线间联络线上功率交换造成的交流耦合。常规的特高压直流分层接入系统逆变侧通常采用的阀组控制包括定熄弧角控制、定电压控制，和作为换相失败辅助响应的换相失败预防控制(Commutation FailurePrevention，CFPREV)。当其中一层换流母线附近发生交流故障时，由于距离故障的电气距离不同，故障层与非故障层阀组的CFPREV响应不一致，通常故障层响应较快，而非故障层响应较慢。但以上耦合关系的存在，使得非故障层换流器的工作状态会受到故障层换流器的影响，关断角迅速下跌而CFPREV尚未及时输出对触发角进行调控，最终有可能导致非故障层换流器的换相失败。传统的换相失败预防控制已不能满足分层接入系统的运行需求，因此如何在分层接入系统中进行协调控制，在故障层换流器受到扰动时，防止非故障层换流器发生换相失败具有实际的工程价值。

目前关于特高压分层接入系统中预防控制的研究都基于基波电压和基波电流，尚未关注到谐波在分层系统中传播对非故障层换相带来的威胁。谭阳琛等提出在故障层换相失败预防控制启动时，同步启动非故障层的换相失败预防控制来实现分层接入下的协调控制。然而这种策略只是将故障层与非故障层的控制简单同步，控制的输出过程中对于非故障层中换流器工作状态的变化也难以有跟随性响应。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决在需要对特高压分层接入系统进行换相失败预防控制过程中，非故障层距离故障点电气距离较远，电压跌落程度较小，CFPREV启动时刻较晚，无法及时有效地防止换相失败的发生技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种基于谐波分析的直流分层接入下换相失败控制方法，所应用的直流分层接入系统中整流换流站通过换流变压器接入整流侧，逆变侧换流站以分层接入的方式接入逆变侧，其中直接与正负直流极线相连的高端换流器接入500kV交流母线，称之为500kV层，直接与中性点相连的低端换流器接入1000kV交流母线，称之为1000kV层，每层均装设有换相失败预防控制CFPREV，该方法包括以下步骤：

S1.实时采集本层逆变侧换流母线三相电压信号与换相电流信号；

S2.对三相电压信号进行FFT变换分别得到2次谐波幅值和3次谐波幅值，判断最大谐波幅值是否超过了稳态谐波幅值阈值，若是，则使能谐波补偿控制，根据最大谐波幅值计算出针对谐波变化的触发角提前量，否则，不使能谐波补偿控制，针对谐波变化的触发角提前量为零；

S3.判断换相电流信号是否超过了稳态电流幅值阈值，若是，则使能电流补偿控制，根据电流增量计算出针对电流上升的触发角提前量，否则，不使能电流补偿控制，针对电流变化的触发角提前量为零；

S4.判断换流器是否处于关断角下跌且尚未发生换相失败的阶段，若是，进入步骤S5，否则，进入步骤S1；