[发明专利]考虑电流变化的特高压直流输电系统换相失败判别方法

说明书

本发明公开了一种考虑电流变化的特高压直流输电系统换相失败判别方法，该方法通过对直流输电线路进行精确建模，能够在逆变侧交流系统发生对称短路故障与不对称短路故障导致逆变侧直流电压降低时，有效对逆变侧的直流电流进行计算，得出考虑直流电流动态变化的逆变器关断角计算方法，当计算得到的关断角小于逆变器换相失败的最小关断角时，判定为逆变器发生换相失败。本发明提供的考虑电流变化的特高压直流输电系统换相失败判别方法，在考虑逆变侧交流系统故障后直流电流的动态变化的前提下，实现了对换相失败的有效判别，可有效提高交直流混联系统运行风险评估结果，为保障电力系统的安全稳定运行提供依据。

技术领域

本发明涉及直流输电技术领域，特别是涉及一种考虑电流变化的特高压直流输电系统换相失败判别方法。

背景技术

随着特高压直流输电系统的快速发展与电压等级(±800kV至±1100kV)、传输容量(6400MW到12000MW)的快速提升，越来越多的特高压工程处于投运状态与建设状态，使得电力系统愈发呈现“强直弱交”特性。这种电网格局使得：(1)直流故障下的动态扰动量很强；(2)交流系统承载故障的能力较弱。

特高压直流输电的核心装置为换流器，一般采用晶闸管作为换相器件，但晶闸管只具有单向导通的能力，即当施加在晶闸管阀上的电压为正时，若此时给定晶闸管触发脉冲可控制晶闸管的导通，但要使得晶闸管关断，只有在晶闸管阀上的电压为负(线电压自然过零点)时才能关断。因此在交流系统电压降低时，逆变器存在换相失败的风险，一旦直流系统发生换相失败，引起直流系统的短时功率传输中断会对送、受端交流系统电压、频率的造成冲击，严重威胁电力系统的安全稳定运行。

目前，特高压直流输电系统采用的换相失败判别方法是：假设直流电流不变，检测交流系统电压有效值，通过计算逆变器关断角，当计算得到的关断角小于换相所需的最小关断角时，认为逆变器发生换相失败。但当逆变侧交流系统电压降低时，由于直流控制系统延时滞后特性，直流电流也会随之上升，且直流电流上升也会进一步降低关断角，导致现有判别方法无法正确表征逆变器的工作状态，无法准确对换相失败进行判别。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑电流变化的特高压直流输电系统换相失败判别方法，在考虑逆变侧交流系统故障后直流电流的动态变化的前提下，实现了对换相失败的有效判别，可有效提高交直流混联系统运行风险评估结果，为保障电力系统的安全稳定运行提供依据。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种考虑电流变化的特高压直流输电系统换相失败判别方法，所述方法包括以下步骤：

S1：获取逆变器关断角的表达式，并基于直流输电线路等效电感、电容以及平波电抗器，对特高压直流输电线路进行建模，得到等效电路；

S2：基于等效电路，分别对整流侧换流母线电与整流侧直流电压间的关系、逆变侧换流母线电压与逆变侧直流电压间的关系进行线性化处理和拉普拉斯变换；

S3：整流侧定电流控制建模，获得定电流控制器的传递函数；

S4：计算逆变侧换流母线电压故障后电压，并进行拉普拉斯变换；

S5：根据低压限流控制动作特性与逆变侧直流电压计算方法，计算直流电流指令值；

S6：结合S1-S5的处理结果，获得直流电流表达式，在直流标准测试系统下，对直流电流表达式进行拉普拉斯反变换，得到直流电流的解析表达式；

S7：根据直流电流的解析表达式确定直流电流最大值，将直流电流最大值代入逆变器关断角表达式中，分别获得单相接地故障下的关断角表达式和三相短路故障下的关断角表达式；

S8：判断如果发生故障后只有一个相电压发生变化，则转向S9，如果发生故障后有三个相电压均发生变化，则转向S10；