[发明专利]一种电网故障下直流输电系统换相失败预防控制方法

说明书

本发明公开了一种电网故障下直流输电系统换相失败预防控制方法，包括如下步骤：基于LCC‑HVDC换相失败机理分析，在计及换相过程中直流电流的动态变化和故障时刻的影响下推导受端交流电网对称短路故障下的LCC‑HVDC临界换相电压计算式；同时在计及交流电压跌落幅度对换相裕度的影响下，提出了触发角调节量的计算方法，进而提出了一种LCC‑HVDC的CFPREV改进策略。本发明克服现有CFPREV的启动电压和触发角调节量主要根据工程经验值的问题，有助于提升首次换相失败免疫能力，对于交直流电网的安全稳定运行具有重大意义。

技术领域

本发明涉及电力系统保护和控制领域，具体涉及一种电网故障下直流输电系统换相失败预防控制方法。

背景技术

基于电网换相换流器的高压直流输电(LCC-HVDC)因具有传输容量大、损耗低和允许非同步联网等优点在大容量、远距离输电和区域电网互联等方面得到了广泛应用。由于LCC-HVDC换流站采用无自关断能力的晶闸管作为换流元件，所以受端交流电网故障极易引发逆变站发生换相失败。换相失败不仅造成直流电流短时激增、对换流阀产生冲击，还会造成直流传输功率大幅暂降，若单次换相失败演变为多次换相失败，可能进一步引发直流闭锁，并造成输电通道受阻，给交直流混联电网的安全稳定运行带来严重的威胁。

首次换相失败一般发生在受端交流电网故障后的几毫秒内，换流站的低压限流控制和定关断角控制均难以反应。基于交流电压跌落快速检测的换相失败预防控制(CFPREV)具有响应速度快的优点，是抑制首次换相失败的可行手段。但是，CFPREV的有效性取决于启动电压和触发角调节量的选取，若启动电压和触发角调节量设置不合理，易造成CFPREV误动，从而无法有效抑制换相失败。

目前，工程上常用换流母线电压幅值跌落至额定值的80％作为CFPREV的启动判据，但是该判据缺乏必要的理论依据，若取值过于保守，则容易导致CFPREV延迟启动。受端交流系统发生故障后，当关断角下降至临界关断角值以下时，直流逆变站将发生换相失败，因此将达到临界关断角时刻对应的临界换相电压作为边界条件判定换相失败是最直接的方法。但是，由于换相失败的发生受谐波、触发角、换流母线电压和直流电流等多种因素影响]，临界换相电压的准确计算非常困难。

CFPREV在达到电压启动门槛后，通过提前触发来尽可能地避免换相失败的发生。目前，CFPREV的触发角调节量多采用固定增益或固定输出量。由于未计及换相电压跌落幅度与触发角调节量需求的关系，固定增益或固定输出量使得CFPREV对换相裕度的改善效果无法充分发挥。

因此，如何有效抑制直流逆变站首次换相失败，从而避免连锁故障成为了本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

因此，本发明需要解决的问题是如何有效抑制直流逆变站首次换相失败，从而避免连锁故障。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种电网故障下直流输电系统换相失败预防控制方法，包括如下步骤：

步骤1：从电压过零点时间开始计时，测量电压过零点时间到触发角脉冲作用的时间t′,测量电压过零点时间到对应的阀关断时间的时长t″，确定电压半波内换相角对应的时间区间ω为角速度；

步骤2：当交流系统发生故障导致直流换流母线电压跌落时，记录其发生时刻t_f；

步骤3：若t_f不处于内，判断交流故障发生在换相过程前，计算换相过程前发生故障时的临界换相电压值，以此作为换相失败预防控制的启动电压；

步骤4：若t_f处于内，判断交流故障发生在换相过程中，计算换相过程中发生故障时的临界换相电压值，以此作为换相失败预防控制的启动电压；