[发明专利]基于换相电流时间面积指标的换相失败检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于换相电流时间面积指标的换相失败检测方法，属于高压直流输电领域。

背景技术

换相失败是高压直流输电系统换流站逆变运行时最常见的故障之一，其发生的主要原因是逆变侧交流系统故障引起换相电压下降。某些情况下换相失败可能自行恢复，但连续换相失败可能引起直流输电系统闭锁，甚至危及整个系统稳定，造成更大危害。交直流混合运行系统中，电压崩溃和控制引发的电压振荡都会造成逆变器永久换相失败。

换相失败是指：当两个桥臂之间换相结束后，刚退出导通的阀如果在反向电压作用的一段时间内未能恢复阻断能力，或者在反向电压作用期间换相过程一直未能进行完毕。这两种情况当阀电压转变为正向时被换相的阀都将向原来预定退出导通的阀倒换相。换相失败有一次换相失败、两次连续换相失败和两次不连续换相失败等不同表现形式。

换相失败将导致直流电压下降和直流电流增大，若采取的控制措施不当，还会引发后继的换相失败，严重时将导致直流传输功率中断，使得整个系统失去稳定，对电网的安全运行影响重大。与单馈入直流输电系统相比，多馈入直流输电系统具有较大的输送容量和更为灵活的运行方式，但同时也带来一些特殊问题，由于换流站之间的相互作用对换相失败更为敏感，换相失败问题的研究将更为复杂。一个换流站的换相失败不但会引发本身直流系统的电压波动，还可能导致附近多个换流站发生换相失败，甚至造成整个系统运行崩溃。近年来电网超常规发展，多条直流线路陆续投运，而大区联网普遍采用交直流混合运行方式，一旦某条直流发生连续换相失败、导致闭锁，其原先直流传送的功率将向交流线路转移，使相关线路重载，给交流系统的稳定运行带来直接影响，若多条直流线路发生连锁故障，甚至可能导致电网失稳。因此对直流系统换相失败的分析研究值得重视。

换相失败的判定方法主要有熄弧角判断法和最小电压降落法。熄弧角判断法是通过比较换流器实际熄弧角与引起换相失败的临界熄弧角之间的大小来判断发生换相失败的方法；最小电压降落法通过比较换相电压的降落与发生换相失败所需的最小换相电压降落之间的大小来判断系统是否发生换相失败。工程上判断换相失败一般是采用经验电压判据。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种基于换相电流时间面积指标的换相失败检测方法，其特点是能够从能量的角度用换相电流时间面积分析了两阀间换相的动态过程及直流电流和换相角μ的关系，从本质上揭示影响换相失败发生的机理。该方法与以往的判定法相比较，能够从能量的角度体现换相的本质过程。

本发明的目的由以下技术措施实现：

基于换相电流时间面积指标的换相失败检测方法包括以下步骤：

1.对于直流系统换流站逆变器，根据换相机理用数学模型表达换相过程；

2.在换相过程中，根据换相的数学模型得到在直流系统任意时刻下，正常运行或故障情况下的各种运行参数；

3.根据换相的本质特点，提取逆变侧阀电流这一参数，将阀电流曲线在换相过程中与时间轴所围面积定义为换相电流时间面积；

4.考虑换相过程非常短暂，将以上得到的换相电流时间面积用数学方法进行简化处理，根据得到的面积大小，以及该运行方式下逆变器的其它参数，根据提出的判据条件与极限换相电流面积进行比较，以判断换流器是否发生换相失败。

根据换相的物理过程，阀V5的电流从I_d逐渐减小到0，阀V1的电流则从0增大到I_d，阀V5完成了向阀V1换相的过程，同时阀V5处等值电感完成了与阀V1处等值电感间能量的转换，换相数学模型表达为：

换相数学模型表达为：