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高压直流电源输电延续换相失败发作机理及克制战略研讨

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项目配景
高压直流电源零碎逆变侧交换零碎发作不合错误称毛病后,若毛病不克不及实时肃清,极易惹起直流零碎发作延续换相失败,严峻时乃至惹起直流闭锁,影响交直流混联电网的平安波动运转。过往文献次要存眷毛病后换流母线电压、直流电流等电宇量,疏忽了控制战略及内部毛病对超前触发角的影响,所提出的克制直流延续换相失败办法结果无限。为此,本文深化研讨了逆变侧交换零碎不合错误称毛病后超前触发角的暂态特性,提出一种基于滞环控制实际的超前触发角跟踪控制器,能无效低落直流延续换相失败发作概率。
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延续换相失败发作机理
逆变侧交换零碎发作不合错误称毛病后,直流输电零碎调理换流阀触发角来规复波动运转。逆变器超前触发角在暂态进程中由极控制级、阀组控制级配合决议,存在以下干系:
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式中:β(n)、βinv(n)辨别为逆变器实践超前触发角、极控制级给出的超前触发角指令;∆φ(i)为相邻两次换相电压之间的相位距离,则(∆φ(i)−30°)为阀组控制级等距离触发方法下由∆φ≠30°惹起的超前触发角偏向。

实践超前触发角β由超前触发角指令βinv与(∆φ(i)−30°)的累和两局部构成,辨别表现为控制零碎对超前触发角指令的调理与换相电压不合错误称对实践超前触发角影响的累积作用。

以实践工程中最为罕见的单相接地毛病为例,依据交直流混联电网逆变侧毛病后复合序网图,换相电压可由式(2)-(3)盘算失掉:
高压直流电源输电延续换相失败发作机理及克制战略研讨

将6组换相电压的相位顺次作差,在设置的差别过渡电阻毛病场景下,失掉6组换相电压相位距离曲线如下:
高压直流电源输电延续换相失败发作机理及克制战略研讨
图1  单相经差别过渡电阻接地毛病时∆φ(i)盘算后果

假定超前触发角指令稳定时,独自调查换相电压相位距离∆φ≠30°对超前触发角的影响,失掉后果如图2所示:
高压直流电源输电延续换相失败发作机理及克制战略研讨
图2  独自计及∆φ≠30°影响时的实践超前触发角

由图2可知,独自计及换相电压相位距离∆φ≠30°对实践超前触发角β的影响时,实践超前触发角体现出以6次换相为一个周期的动摇特性。而且,当过渡电阻R越小时,6组∆φ(i)盘算后果与30°偏离越多,∆φ≠30°惹起实践超前触发角周期性动摇的范畴越大。

为调查毛病后超前触发角指令暂态特性,对直流极控制级输入构造停止剖析:

撤除直流重量外,超前触发角指令βinv在逆变侧交换零碎不合错误称毛病后还含有肯定水平的2次谐波重量。

因而,综合极控制级、阀组控制级配合的作用,在逆变侧交换零碎不合错误称毛病时期,实践超前触发角将体现出周期性动摇的特性,不只倒霉于对直流零碎重新规复波动运转,还能够招致关断角动摇并跌至固有最小关断角以下,惹起延续换相失败。
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论文重点内容
提出一种减小实践超前触发角动摇范畴的延续换相失败克制战略。详细战略如下:

1)接纳傅氏算法在线盘算6组换相电压的相位,失掉的6组|∆φ(i)−30°|取最大值并与设定的门槛值比拟,以决议能否启动控制战略。

2)启动控制战略后,在极控制级添加一其中心频率为100 Hz的二阶带阻滤波器,以减小超前触发角指令βinv的2次谐波重量。

3)收罗换相实践超前触发角β与超前触发角指令βinv的差值∆β,将∆β颠末滞环比拟器失掉超前触发角指令的赔偿重量βcps。

滞环比拟器输出输入特性如式(5)所示:
              
式中:βcps(n)、βcps(n-1)辨别为同组内前后两次换相超前触发角指令的赔偿重量;∆β(n-1)为前一次换相超前触发角指令βinv与实践超前触发角β的差值;±h辨别为滞环比拟器上、上限;s为滞环比拟器的形态信号。

滞环控制器的根本头脑为:若差值∆β大于h,则控制滞环比拟器添加βcps,使差值∆β减小;若差值∆β小于−h,则控制滞环比拟器减小βcps,使差值∆β增大,以控制控制βinv对β停止跟踪,从而减小由给β引入的动摇。

引入超前触发角跟踪控制关键后,直流零碎闭环控制框图如图3所示。
高压直流电源输电延续换相失败发作机理及克制战略研讨
图3  改良后的高压直流电源输电零碎闭环控制框图
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结论
基于以下三种控制战略,在CIGRE HVDC规范模子中停止了仿真实行:

1)控制战略1:CIGRE HVDC规范模子控制战略。

2)控制战略2:在控制战略1根底上,添加基于假造电阻电流限定的延续换相失败克制战略。

3)控制战略3:在控制战略1根底上,添加本文提出的延续换相失败克制战略。

算例1:为验证本文延续换相失败机理剖析准确性,在接纳控制战略1时,设置1.0 s时辰在逆变侧换流母线处A相辨别经R=40Ω、R=100Ω发作接地毛病,毛病继续工夫0.5 s。
高压直流电源输电延续换相失败发作机理及克制战略研讨
图4  接纳控制战略1时单相接地毛病仿真波形

R=40Ω、R=100Ω两种毛病状况下,实践超前触发角β均出现出周期性动摇特性;R=40 Ω时,β的周期性动摇范畴绝对R=100 Ω时分明较大,招致了第2次换相失败。

算例2:为验证本文所提控制战略3克制延续换相失败的无效性,设置1.0 s时辰在逆变侧换流母线处A相经R=30 Ω发作单相接地毛病,毛病继续工夫0.5 s,辨别接纳3种控制战略停止仿真,仿真后果如图5所示。
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图5  单相经R=30 Ω接地毛病时3种控制战略仿真比照

在过渡电阻R=30 Ω、毛病严峻水平较高时,控制战略1、控制战略2在毛病时期延续呈现2次换相失败,而控制战略3经过进步超前触发角控制精度,减小了实践超前触发角β的动摇范畴,乐成克制了延续换相失败。

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结论
1)毛病后实践超前触发角体现出周期性动摇特性,极易惹起延续换相失败;且随毛病严峻水平越高,实践超前触发角周期性动摇范畴越大,延续换相失败发作概率越高。

2)提出一种基于滞环控制实际的超前触发角内环控制器,经过进步实践超前触发角的跟踪精度,可以减小其动摇范畴,能无效克制直流零碎逆变侧发作不合错误称毛病后的延续换相失败。

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