[发明专利]可快速同步对称故障下电压相位的高压直流锁相环及方法

说明书

本发明公开了一种可快速同步对称故障下电压相位的高压直流锁相环及算法，算法包括首先进行故障检测：在锁相环的测量系统中，根据高压直流输电系统的换流母线前三次的相位增量差、频率跟踪器的输出变化率和输入的换相电压幅值，以及换流母线当前a、b和c相电压的周期检测结果，检测是否发生对称故障；然后根据检测结果选定锁相方式；在发生对称故障的情况下计算相位跳变补偿值，并将对称故障下的相位跳变补偿值输入到锁相环的锁相控制系统中；最后按照选定的锁相方式对高压直流换相电压的相位进行同步。本发明解决了高压直流的换流母线发生对称故障时的相位同步问题。

技术领域

本发明涉及高压直流输电技术领域，特别涉及一种可快速同步对称故障下电压相位的高压直流锁相环及方法。

背景技术

同步触发控制是整个直流输电控制系统的基础，通过改变换流阀触发脉冲的产生时刻或相位，实现对整个直流输电系统的调节，一般依赖于锁相环(PLL)对换相电压的相位进行同步。目前，我国高压直流输电工程中的控制保护系统都是基于高性能的控制平台，例如ABB公司的MACH2，SIEMENS公司的SIMADYN-D、SIMATIC-TDC。两家公司控制保护系统采用的锁相环有所不同。ABB-PLL本质上是一个静止坐标系锁相环，为了准确追踪交流测母线电压相位，通常将锁相环的带宽设置的很小。SIEMENS-PLL则是通过一个MXF128数字滤波器实现对基波电压的提取，利用反正切计算得到交流电压相角，最后利用PI控制器进行调节，使锁相环输出的角度值始终跟踪电网的实际相位，同时，附加的频率跟踪器动态调整采样周期。

实际上，当高压直流输电系统的换流母线发生故障时，换流母线的电压的幅值和相位都会发生跳变。ABB-PLL受限于其小带宽的锁相环调节器设置，在故障发生时刻及其后的0.1s内通常无法准确地跟踪换流母线电压的相位情况，使得触发控制系统无法及时地根据触发角指令产生触发脉冲，高压直流输电系统可能会因此而发生后续换相失败，且故障后的系统恢复性能受到影响。大多数情况下(特别是在故障工况下)，实际电网中的频率都是恒定不变的，而SIEMENS-PLL所附加的频率跟踪器在故障工况下依然会检测到频率的偏移情况，这使得锁相环恢复零误差锁相的过程更为复杂。

因此，需要提供一种可以保持较大带宽和在故障下及时恒定电网频率使得频率与相位解耦的高压直流锁相环。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种可快速同步对称故障下电压相位的高压直流锁相环方法，该方法可以解决高压直流的换流母线发生对称故障时的相位同步问题。

本发明的第二目的在于提供一种可快速同步对称故障下电压相位的高压直流锁相环，该锁相环可以实现与对称故障下电压相位的快速同步。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种可快速同步对称故障下电压相位的高压直流锁相环方法，步骤如下：

S1、故障检测：在锁相环的测量系统中，根据高压直流输电系统的换流母线前三次的相位增量差、频率跟踪器的输出变化率和输入的换相电压幅值，以及换流母线当前a相电压v_a、b相电压v_b和c相电压v_c的周期检测结果，检测是否发生对称故障；

S2、选定锁相方式：若判定为对称故障，则将锁相环运行在第二锁相方式；若判定为额定工况或者非对称故障，则将锁相环运行在第一锁相方式；

S3、在发生对称故障的情况下计算相位跳变补偿值，并将对称故障下的相位跳变补偿值输入到锁相环的锁相控制系统中；

S4、按照步骤S2中选定的锁相方式对高压直流换相电压的相位进行同步。

优选的，步骤S1的故障检测过程具体如下：

S11、对于当前时刻及其前三个时刻，将这些时刻对应的相位增量输出按照时间序列依次进行比较，当相位增量差连续3次大于第一阈值，则生成第一控制信号；