一種直流輸電系統換相面積計算方法及換相失敗檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于高壓直流輸電領域，具體涉及一種直流輸電系統換相面積計算方法及 換相失敗檢測方法。
【背景技術】
[0002] 晶閘管作為一種技術成熟的半控型電力電子器件，由于其具有容量大、耐壓高的 特點，目前大部分高壓直流輸電系統以晶閘管為基本換流單元。在基于晶閘管器件的高壓 直流輸電系統中，逆變站的換流過程需要交流系統提供足夠的換相電壓。因此，逆變器對于 交流系統的波動和故障非常敏感，除過電壓跌落、交流故障等因素會導致換相失敗外，諧波 導致的交流電壓波形畸變也導致換相失敗發生。因此，換相失敗對于高壓直流輸電系統來 說是一個無法徹底消除的故障。
[0003] 由于我國能源分布不均衡、經濟發展水平差異大的特點，高壓直流輸電對于我國 的現代化建設有著非常重要的意義。近幾年，在我國已經有多條高壓直流輸電線路并網投 入運行，而且伴隨著經濟發展與能源結構轉型的趨勢，未來直流輸電線路會日益增多。因此 將會出現多條直流輸電線路同時落點于同一個地區的現象，在該區域形成多饋入直流輸電 系統，這種現象目前已經在我國華南、華東地區出現。與單饋入直流輸電系統不同，在多饋 入直流輸電系統中當一條線路發生換相失敗后，除造成自身落點處電網波動外，還有可能 引起相鄰換流站發生換相失敗，從而對整個地區電力系統的安全穩定帶來嚴重威脅。因此， 需要對換相失敗進行辨識并提供預防措施。
[0004] 目前，在換相失敗的辨識中，采用換相面積作為換相失敗的判據是一種常用的判 別方法。現有技術中沒有實施性強的最大換相面積確定方法，無法反映換相過程的系統動 態特性。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的是提供一種直流輸電系統換相面積計算方法及換相失敗檢測方法， 用以解決現有技術中的無法反映換相過程的系統動態特性的問題。
[0006] 為實現上述目的，本發明的方案包括：
[0007] -種直流輸電系統換相面積計算方法，包括以下步驟：
[0008] (1)檢測系統實時運行參數，即逆變器交流線電壓Uv，逆變器觸發超前角0 ;
[0009] (2)確定交流線電壓每個周期內積分區間上下限[31-0，Ji-Yniin]，其中，Y_為 逆變器最小熄弧角（系統固有參數）；
[0010] ⑶對實測的逆變器交流線電壓^進行鎖相，得到其相位隨時間變化的波形；
[0011] (4)根據交流線電壓Uv鎖相輸出結果并結合逆變器觸發超前角P，生成積分區間 內的使能脈沖和該積分區間之外的積分清零脈沖；
[0012] (5)根據使能脈沖對線電壓進行采樣；
[0013] (6)將采樣后的線電壓Uv與積分清零脈沖同時送入到積分器，得到每個周期內的
[0014] 所述逆變側交流線電壓為系統運行中實時測量波形。
[0015] -種直流輸電系統換相失敗檢測方法，包括以下步驟：
[0016] (1)檢測系統實時運行參數，即逆變器交流線電壓Uv，逆變器觸發超前角P以及 直流電流Id;
[0017] (2)確定交流線電壓每個周期內積分區間上下限[3I-P，3T-y_]，其中，Y_為 逆變器最小熄弧角（系統固有參數）；
[0018] (3)對實測的逆變器交流線電壓^進行鎖相，得到其相位隨時間變化的波形；
[0019] (4)根據交流線電壓Uv鎖相輸出結果并結合逆變器觸發超前角0，生成積分區間 內的使能脈沖和該積分區間之外的積分清零脈沖；
[0020] (5)根據使能脈沖對線電壓進行采樣；
[0021] (6)將采樣后的線電壓Uv與積分清零脈沖同時送入到積分器，得到每個周期內的
[0022] (7)根據實時參數以十算出逆變器需要的換相面積S，其中，S=2L」Id|，其中山 為換相電感（系統固有參數）；
[0023] (8)根據實時參數計算出逆變器需要的換相面積S并與交流系統提供的最大換相 面積Sv進行比較；當Sv>S時，換相過程順利進行；當Sv〈S時，逆變器發生換相失敗。
[0024] 所述逆變側交流線電壓為實時測量波形，&為交流電壓每個工頻周期內提供的最 大換相面積。
[0025]所述逆變器需要的換相面積為：S=2L」Id|，為逆變器換相過程中需要的實時換 相面積。
[0026] 本發明由于采取以上技術方案，具有以下優點：
[0027] (1)采用系統運行實時參數，能夠反應出換相過程的瞬態特性；
[0028](2)以最大換相面積為研究對象，計算過程簡單易于實現；
[0029] (3)計算結果為每個周期內的電壓時間面積，可以定位每個換相周期的情況；
[0030] (4)可以實時監測到交流電壓的變化情況，對交流故障可以做出快速反應；
[0031](5)計算結果和逆變器換相面積的對比，可以直觀的作為換相失敗發生判據。
【附圖說明】
[0032] 圖1是高壓直流輸電系統逆變器換相過程中線電壓的關系圖；
[0033]圖2是本發明直流輸電系統換相失敗檢測方法實施例的流程圖；
[0034] 圖3是交流線電壓鎖相環輸出結果圖；
[0035] 圖4是交流線電壓積分區間使能脈沖和清零脈沖示意圖；
[0036] 圖5逆變側交流線電壓采樣結果示意圖；
[0037] 圖6積分器輸出的交流電壓時間面積示意圖；
[0038] 圖7高壓直流輸電系統交流電壓時間面積和需要的換相面積示意圖。
【具體實施方式】
[0039] 首先對本發明創造的過程進行分析。
[0040] 基于晶閘管換流器的高壓直流輸電系統，逆變站的換流過程中需要交流側提供足 夠的換相電壓。當交流電壓由于諧波等因素導致波形畸變時，換相過程也可能無法順利進 行。因此，實際運行中，換相失敗發生的主要因素是交流系統故障。
[0041] 逆變器的換相過程和交流側線電壓的關系如圖1所示。換相過程中，橋臂上的換 相電流和交流側線電壓之間的關系如下：
[0042]
[0043] i3+ii=Id⑵
[0044] 其中，Uv為交流側線電壓，i凋i3分別為橋臂1和橋臂3上的電流，I,為直流電 流，k為換相電感值，是系統固有參數。
[0045] 在換相過程中，如果整流側采用的是定電流控制，或者認為直流系統的平波電抗 器很大，那么可以認為Id為恒定值或者變化非常小。在換相過程逆變器交流側電壓存在以 下關系：
[0046]
[0047] 如圖1所示，換相過程中，在h時刻，橋臂3上的電流為零；在〖2時刻，橋臂3上的 電流為直流電流Id。對上式兩側同時進行時間[ti，t2]上積分：
[0048]
[0049] 在上式中，左式為交流電壓在時間軸上的積分結果，看作是電壓波形和時間軸圍 成的面積。
[0050] 因此，換相過程中，逆變器需要的換相面積如下所示：
[0051]S= 2LrIIdI(5)
[0052] 從公式（4)中可以看出，系統每一次換相過程所要求的換相面積和當前的電流值 有關，而交流電壓時間面積則與交流電壓波形、逆變器觸發超前角、換相重疊角都相關。
[0053] 因此，在換相過程中，交流系統能提供的最大換相面積如下所示：
[0054]
[0055]其中，Sv為交流線電壓提供的最大換相面積，P為逆變器觸發超前角，ymin為逆 變自身要求的最小熄弧角，^為逆變器交流線電壓。
[0056] 上式中，只有\和P為變量，是系統運行的實時參數。因此求解過程中簡 單，同時可以保證計算結果的正確性。
[0057] 下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。
[0058] 直流輸電系統換相面積計算方法實施例
[0059] 本發明的直流輸電系統換相面積計算方法包括以下步驟：
[0060] (1)檢測系統實時運行參數，即逆變器交流線電壓Uv，逆變器觸發超前角e。
[0061] 建立高壓直流輸電系統的仿真分析模型，并通過該系統模型測量得到系統運行過 程中的相關參數。
[0062] (2)確定交流線電壓每個周期內積分區間上下限[JI-P，3i-y_]，其中，Y_為 逆變器