预测型换相失败预防方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种预测型换相失败预防方法与装置，本发明专利技术的方法在计算中所需的角度α取自锁相环的输出，不再需要测量交流同步电压的过零点和半周期时间；由于同时计算12个桥臂的换相裕度面积，不再需要考虑预触发阀号；并且选取12个面积的最小值，使得预防换相失败的效果更好；使用直流电流整形和非线性补偿技术，对触发后的换相电压和直流电流波动进行修正，以增强预防换相失败能力。

【技术实现步骤摘要】
预测型换相失败预防方法与装置
本专利技术涉及直流输电预测型换相失败预防领域，特别是预测型换相失败预防方法与装置。
技术介绍
换相失败是直流输电系统逆变器最常见的故障之一。主要是逆变器中，当2个桥臂之间换相时，若刚退出导通的阀在反向电压作用的时间内未能恢复阻断能力，或在反向电压期间换相过程未能进行完毕，则在阀电压转变为正向时原来预定退出的阀将重新导通。换相失败将导致直流电压降低、输送功率减少、电流增大、换流阀寿命缩短、换流变压器直流偏磁及逆变侧交流系统过电压等不良后果。如果换相失败后控制不当，还会引起连续换相失败，最终导致直流停运。随着西电东送和全国联网，华东电网和南方电网都已经是多直流馈入系统，一个直流子系统换相失败，可能引起其它直流子系统也换相失败。为了增加输送容量、节约线路走廊，在建的和新规划的直流都是特高压直流输电；特高压直流输电普遍使用了串联阀组结构，一个阀组故障产生的故障电流将穿过另外一个阀组，可能引起另外一个阀组的换相失败。因此近几年来，直流输电系统的换相失败呈现增多和恶化的趋势。换相失败发生的根本原因是换相裕度小于晶闸管的关断需求，晶闸管实际需要的关断角通常在6°～9°之间，在逆变侧各角度的关系如下：γ＝180°-α-μ(1)式中γ为关断角，α为触发角，μ为换相重叠角。其中α是由控制器决定的，μ是由换相过程决定的；防止换相失败就是保证γ大于晶闸管的关断需求，这需要通过减小α来实现；因此本专利技术是对逆变器触发角α的辅助控制仪器。逆变器发生换相失败的主要原因是由于交流电压幅值降低、直流电流突增、交流换相电压过零点相角偏移等原因。防止换相失败发生可以从一次系统设计和控制系统设计两方面想办法，对于控制系统来说预防换相失败有以下两种可行的技术方案：第一种，增大正常运行时的关断角γ。在逆变侧使用定直流电压控制，正常运行时关断角γ的范围是17.5°～21.5°，相对较大，因此无功功率消耗也要大一些；换流阀通过阀基电子设备向控制系统发送每个桥臂的关断信号，此关断信号和交流同步电压通过硬件计时实测出每个桥臂的关断角，12个关断角的最小值作用于一个PI控制器；如果最小关断角小于17°，PI控制器就开始减小触发角α，西门子直流控制保护相关技术平台主要采用此方案。这种方案关断角大，其无功功率消耗也大，需要逆变侧配置较多的交流滤波器。而且对设备的依赖性强，无法与同类换流阀相配合。第二种，在检测到将要发生换相失败时，将触发角α减小以增加换相裕度，从而减少换相失败的发生。在逆变侧使用定关断角控制，正常运行时关断角γ为17°，相对较小,而无功功率消耗也相对较小；通过对交流换相电压和直流电流的快速采样(通过TDM光纤传输，采样间隔24us)，依次计算12个桥臂的换相裕度面积CMA(通过DSP实现，计算间隔50us)，计算中需要用到换相电压正向过零点到当前计算点的时间；当CMA小于等于换相裕度面积参考值CMAref时(CMAref为关断角等于14°的额定换相电压面积)，立即强制触发该桥臂，从而保证足够的换相裕度，ABB直流控制保护相关技术平台主要采用此方案。这种方法属于预测型换相失败预防(PredictiveCommutationPrevention)：当外部条件变化即将导致逆变侧换相失败时，适当地将触发角向90度方向移动以增加换相裕度；由于能够在很大程度上减小换相失败发生的概率，所以这种方法被称为换相失败预防。预测型是指不需要逆变器提供桥臂关断信号，只依靠交流电压和直流电流测量值、以及逆变器设计参数实现的换相失败预防方法。换相裕度面积(CommutationMarginArea,简称CMA)是指：在换相重叠过程结束后，剩下的换相正向电压对时间的积分面积。该积分面积和晶闸管的去电离成正比，是晶闸管成功换相的关键因素。换相裕度面积取决于直流电流和换流变短路阻抗，后者也称为换相阻抗。第二种方案的预测型换相失败预防，虽然相对第一种方案对设备依赖性低，但效果不稳定，换相失败仍时有发生。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供预测型换相失败预防方法与装置，用以解决现有预测型换相失败预防方法效果不稳定的问题。为实现上述目的，本专利技术的方案包括：一种预测型换相失败预防方法，步骤如下：a)，测量换相电压；b)，测量直流电流；c)，根据a)、b)步骤的输出进行12路换相裕度面积计算，采用锁相环PLL的输出进行计算；d)，将c)步骤输出与换相裕度面积参考值CMAref进行比较，确定避免换相失败的提前触发角度。步骤如下：还包括步骤e)，对d)步骤输出角度进行非线性补偿。所述非线性补偿包括大小补偿和变化速度补偿；大小补偿为对输出角度减去补偿量；对变化速度的补偿是指当输出角度向90°变化时，不限制变化速度，当输出角度向160°方向变化时，对速度进行限制。步骤d)中，对计算出的各桥臂的触发角度取最小值。6，根据权利要求1所述的一种预测型换相失败预防方法，其特征在于，步骤b)中，对直流电流进行预处理，对采集的直流电路的短时间窗取最大值。一种预测型换相失败预防装置，包括如下模块：模块a)，测量换相电压；模块b)，测量直流电流；模块c)，根据模块a)、b)的输出进行12路换相裕度面积计算，采用锁相环PLL的输出进行计算；模块d)，将模块c)输出与换相裕度面积参考值CMAref进行比较，确定避免换相失败的提前触发角度。还包括模块e)，对模块d)输出角度进行非线性补偿。所述非线性补偿包括大小补偿和变化速度补偿；大小补偿为对输出角度减去补偿量；对变化速度的补偿是指当输出角度向90°变化时，不限制变化速度，当输出角度向160°方向变化时，对速度进行限制。模块d)中，对计算出的各桥臂的触发角度取最小值。以上技术方案基于对预测型换相失败预防方法的深入研究和剖析。如图1所示，换相裕度面积CMA的表达式如下所示：其中α是换相电压的当前相位角，Upk是换相电压的峰值，XB是换相电抗，Idc是直流电流。公式(2)的标幺值形式如下所示：其中UpkN是换相电压峰值的额定值，U2Lpu(α)是换相电压在当前相位角α的瞬时标幺值，Idcpu是直流电流标幺值，dxNpu是换相电抗标幺值。分析公式(3)，由于CMA的计算方法是瞬时值计算，因此采样间隔和计算间隔必须足够小，才能实现对CMA的实时监视，在CMA达到最小允许值之前发出触发脉冲，从而降低换相失败发生的概率。因此，结合
技术介绍
所述的现有预测型换相失败预防方法，造成效果不稳定的因素在于：1，受限于DSP的性能，逐个计算12个桥臂的CMA，计算间隔无法小于50us；2，用换相电压的过零点来测量当前时间及半波周期，容易受到换相电压谐波和过零点畸变的影响；3，由于触发后的换相电压和直流电流会产生波动，使得实际的换相裕度面积偏小，对预防换相失败的效果有所减弱。在采用本专利技术的方法后，与第二种技术方案相比，本专利技术的主要优点在于：1)计算中所需的角度α取自锁相环的输出，不再需要测量交流同步电压的过零点和半周期时间；2)由于同时计算12个桥臂的换相裕度面积，不再需要考虑预触发阀号；并且选取12个面积的最小值，使得预防换相失败的效果更好；3)使用直流电流整形和非线性补偿技术，对触发后的换相电压和直流电流波动进行修正，以增强预防换相失败能力；4)使用高速总本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预测型换相失败预防方法，其特征在于，步骤如下： a)，测量换相电压； b)，测量直流电流； c)，根据a)、b)步骤的输出进行12路换相裕度面积计算，采用锁相环PLL的输出进行计算； d)，将c)步骤输出与换相裕度面积参考值CMAref进行比较，确定避免换相失败的提前触发角度。

【技术特征摘要】
1.一种预测型换相失败预防方法，其特征在于，步骤如下：a)，测量换相电压；b)，测量直流电流；c)，根据a)、b)步骤的输出进行12路换相裕度面积计算，采用锁相环PLL的输出进行计算；d)，将c)步骤输出与换相裕度面积参考值CMAref进行比较，确定避免换相失败的提前触发角度；步骤e)，对d)步骤输出角度进行非线性补偿；所述非线性补偿包括大小补偿和变化速度补偿；大小补偿为对输出角度与换相裕度面积参考值CMAref对应角度进行比较得到的最小值减去补偿量；对变化速度的补偿是指当输出角度向90°变化时，不限制变化速度，当输出角度向160°方向变化时，对速度进行限制。2.根据权利要求1所述的一种预测型换相失败预防方法，其特征在于，步骤d)中，对计算出的各桥臂的触发角度取最小值。3.根据权利要求1所述的一种预测型换相失败预防方法，其特征在于，步骤b)中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅润炜，贾德峰，庄良文，周鹏鹏，李志勇，姚致清，李亚萍，王峥夏，王伟，胡卫东，
申请(专利权)人：许昌开普检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41