[发明专利]基于STATCOM与HVDC预测控制相互协调的换相失败抑制方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于STATCOM与HVDC预测控制相互协调的换相失败抑制方法及系统。该方法包括HVDC预测控制、STATCOM及其无功补偿控制，其中STATCOM为星型级联H桥的结构，其输出经过电感L滤波后通过升压并网变压器与逆变站换流母线相接。在系统发生故障后，HVDC预测控制根据换相电压幅值跌落程度、相位偏移情况和直流电流增加量快速计算出触发角提前量和直流电流指令减少量，以增加换流阀换相裕度；STATCOM及其无功补偿控制则根据触发角提前量计算输出无功功率指令，以补偿系统提前触发控制增加的无功消耗。本发明协调了HVDC预测控制与STATCOM无功补偿控制，融合了两者的优势，具有比两者单独应用时更好的换相失败抑制效果。

技术领域

本发明涉及高压直流输电领域，特别是一种基于STATCOM与HVDC预测控制相互协调的换相失败抑制方法及系统。

背景技术

LCC-HVDC具有承载容量大、功率快速可控、无功角稳定问题等优势，在大容量远距离输电领域得到广泛的应用。然而，随着直流输电馈入容量的提升，受端电网相对变弱，其安全稳定运行也面临更为严峻的挑战。换相失败是LCC-HVDC系统中常见的故障，也是限制高压直流输电工程进一步发展的主要技术难题。导致换相失败的因素包括换相电压幅值跌落与相位偏移、故障合闸角、谐波含量等。换相失败会使逆变站换流阀形成短路，这会造成传输功率短时中断、直流电流增加，并因此而缩短换流阀使用寿命，导致继保系统误动作。

经研究发现受端交流系统短路故障在其发生后数毫秒才会引发换相失败，因此如果在故障发生后的数毫秒内采取合理措施，能降低逆变阀发生换相失败的概率。对改进直流输电系统控制而言，其抑制换相失败的基本思路是在检测到故障时减小触发角指令或直流电流指令。但是，现有首次换相失败抑制方法存在三点不足：一是在获取触发角提前量时仅考虑了换相电压幅值或直流电流，而忽略了换相电压相位偏移对换相过程的影响；二是直流电流指令值减少量的计算需要用到逆变侧换流母线电压信息，所得值传送到整流侧存在延时；三是提前触发控制增加的无功消耗会限制这些控制方法抑制换相失败的能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于STATCOM与HVDC预测控制相互协调的换相失败抑制方法及系统，综合考虑换相电压幅值跌落程度、相位偏移情况和直流电流增加量对换相过程的影响，提高了响应速度。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于STATCOM与HVDC预测控制相互协调的换相失败抑制方法，包括以下步骤：

1)检测Y桥换流阀和D桥换流阀的换相电压u_xy，直流电流i_d及其变化率k_id，HVDC控制系统输出的逆变侧触发角指令值α_ni；其中，x＝ab,bc,cd；y＝Y或D；

2)检测换相电压u_xy的正相过零点，并记录过零点时刻t₀；

3)利用换相电压u_xy构造虚拟三相对称电压u_{xy_a}、u_{xy_b}以及u_{xy_c}，将构造的三相对称电压送入锁相环，得到换相电压u_xy的有效值V_LLxy和相位偏移量