12脈動換流閥換相故障時暫態過電壓分析方法及裝置

本技術涉及高壓直流輸電工程，具體涉及一種12脈動換流閥換相故障時暫態過電壓分析方法及裝置。

背景技術：

1、傳統高壓直流系統在逆變器一側發生換相失敗時，整流器的無功消耗將大量減少并導致送端產生嚴重的過電壓。逆變器一側所發生的不同故障類型引發的換相失敗將對整流器的無功特性產生重要影響。目前多數針對對稱故障導致的換相失敗暫態過電壓特征進行研究，其研究方法大多為建立整流器一側換流母線電壓與該節點有功、無功數學關系，分析直流控制系統動作邏輯，分析換相失敗期間送端暫態電壓變化全過程，建立整流器無功消耗與直流邏輯切換關系，揭示對稱故障場景下送端暫態過電壓特性。

2、而上述方法在分析高壓直流系統動作邏輯時，并未考慮lcc-hvdc（line-commutatedconverterhvdc）12脈動換流閥內部暫態動作，導致在此基礎上分析得到送端的暫態過電壓變化過程和整流器無功消耗過程忽略了不對稱故障導致的換流閥過零偏差，導致其暫態過電壓特性分析結果與不對稱故障下的特性變化有較大差異。

3、申請內容

4、為克服上述現有技術的不足，本技術提供了一種12脈動換流閥換相故障時暫態過電壓分析方法及裝置，具體采用如下技術方案：

5、本技術所公開的一種12脈動換流閥換相故障時暫態過電壓分析方法，用于高壓直流系統發生換相故障時分析電壓變化，所述12脈動換流閥至少包括y-d型換流變壓器和y-y型換流變壓器，所述高壓直流系統至少包括整流器和逆變器，所述方法包括如下步驟：

6、獲取換相故障發生時的故障類型，所述故障類型至少包括單相接地故障、兩相短路故障或兩相接地故障；

7、獲取換相故障前的相電壓、對應的序阻抗以及所述故障類型對應的復合序列網絡，并根據復合序列網絡獲取換相故障后的序電流關系；

8、根據換相故障后的序電流關系計算對應故障類型發生換相故障后的等效過渡電阻；

9、基于換相故障后的等效過渡電阻分別計算獲得在不同故障類型下y-d型換流變壓器的換相電壓以及y-y型換流變壓器的換相電壓；

10、根據相鄰兩相的換相電壓計算相鄰兩相換相電壓的相位差；

11、根據相鄰兩相換相電壓的相位差計算獲取換相故障后高壓直流系統的關斷角；

12、根據單個周期內的高壓直流系統的關斷角獲取單個周期內高壓直流系統的關斷角控制信號波動趨勢；

13、根據單個周期內高壓直流系統的關斷角控制信號波動趨勢獲得換相故障后暫態過電壓變化。

14、可選的:計算獲得單相接地故障下y-d型換流變壓器的換相電壓以及y-y型換流變壓器的換相電壓的步驟包括：

15、根據單相接地故障對應的復合序列網絡獲得換相故障后的正序、負序以及零序電流關系：

16、；

17、其中 i1為換相故障發生時的正序電流， i2為換相故障發生時負序電流， i0為換相故障發生時零序電流， e為換相故障發生前的相電壓， z1為換流母線接入的正序阻抗， z2為換流母線接入的負序阻抗， z0為換流母線接入的零序阻抗，為過渡電阻；

18、根據換相故障后的序電流關系計算對應故障類型發生換相故障后的等效過渡電阻 zf：

19、；

20、基于換相故障后的等效過渡電阻計算單相接地故障下y-y型換流變壓器的換相電壓：

21、；

22、其中 uyab為y-y型換流變壓器閥側的a相與b相之間的換相電壓； uybc為y-y型換流變壓器閥側的b相與c相之間的換相電壓； uyca為y-y型換流變壓器閥側的c相與a相之間的換相電壓； u1為換相故障后的復合序列網絡中正序電壓； u2為換相故障后的復合序列網絡中負序電壓； a為故障計算系數；

23、基于換相故障后的等效過渡電阻計算單相接地故障下y-d型換流變壓器的換相電壓：

24、；

25、其中 udab為y-d型換流變壓器閥側的a相與b相之間的換相電壓; udbc為y-d型換流變壓器閥側的b相與c相之間的換相電壓； udca為y-d型換流變壓器閥側的c相與a相之間的換相電壓； u1為換相故障后的復合序列網絡中正序電壓； u2為換相故障后的復合序列網絡中負序電壓； a為故障計算系數， j為虛部符號。

26、可選的：計算獲得兩相短路故障下y-d型換流變壓器的換相電壓以及y-y型換流變壓器的換相電壓的步驟包括：

27、根據兩相相間故障對應的復合序列網絡獲得換相故障后的正序和負序電流關系：

28、；

29、其中 i1為正序電流， i2為負序電流， e為單相接地故障發生前的相電壓， z1為正序阻抗， z2為負序阻抗，為過渡電阻；

30、根據換相故障后的序電流關系計算對應故障類型發生換相故障后的等效過渡電阻：

31、；

32、基于換相故障后的等效過渡電阻計算兩相相間故障下y-y型換流變壓器的換相電壓：

33、；

34、其中 uyab為y-y型換流變壓器閥側的a相與b相之間的換相電壓； uybc為y-y型換流變壓器閥側的b相與c相之間的換相電壓； uyca為y-y型換流變壓器閥側的c相與a相之間的換相電壓； u1為換相故障后的復合序列網絡中正序電壓； u2為換相故障后的復合序列網絡中負序電壓； a為故障計算系數;

35、基于換相故障后的等效過渡電阻計算兩相相間故障下y-d型換流變壓器的換相電壓：

36、；

37、其中 udab為y-d型換流變壓器閥側的a相與b相之間的換相電壓; udbc為y-d型換流變壓器閥側的b相與c相之間的換相電壓； udca為y-d型換流變壓器閥側的c相與a相之間的換相電壓； u1為換相故障后的復合序列網絡中正序電壓； u2為換相故障后的復合序列網絡中負序電壓； a為故障計算系數， j為虛部符號。

38、可選的：計算獲得兩相接地故障下y-d型換流變壓器的換相電壓以及y-y型換流變壓器的換相電壓的步驟包括；

39、根據兩相接地故障對應的復合序列網絡獲得換相故障后的正序、負序以及零序電流關系：

40、；

41、；

42、；

43、其中 i1為換相故障發生時的正序電流， i2為換相故障發生時負序電流， i0為換相故障發生時零序電流， e為換相故障發生前的相電壓， z1為換流母線接入的正序阻抗， z2為換流母線接入的負序阻抗， z0為換流母線接入的零序阻抗，為過渡電阻

44、根據換相故障后的序電流關系計算對應故障類型發生換相故障后的等效過渡電阻 zf1和 zf2：

45、；

46、；

47、基于換相故障后的等效過渡電阻計算兩相接地故障下y-y型換流變壓器的換相電壓：

48、；

49、其中 uyab為y-y型換流變壓器閥側的a相與b相之間的換相電壓； uybc為y-y型換流變壓器閥側的b相與c相之間的換相電壓； uyca為y-y型換流變壓器閥側的c相與a相之間的換相電壓； u1為換相故障后的復合序列網絡中正序電壓； u2為換相故障后的復合序列網絡中負序電壓； a為故障計算系數；

50、基于換相故障后的等效過渡電阻計算兩相接地故障下y-d型換流變壓器的換相電壓：

51、；

52、其中 udab為y-d型換流變壓器閥側的a相與b相之間的換相電壓; udbc為y-d型換流變壓器閥側的b相與c相之間的換相電壓； udca為y-d型換流變壓器閥側的c相與a相之間的換相電壓； u1為換相故障后的復合序列網絡中正序電壓； u2為換相故障后的復合序列網絡中負序電壓； a為故障計算系數， j為虛部符號。

53、可選的：所述根據周期內關斷角控制信號波動趨勢獲得換相故障后的暫態過電壓特性的步驟包括:

54、獲取整流器外特性方程：

55、；

56、根據整流器外特性方程進行時間求導獲得求導結果：

57、；

58、其中 qdr為整流器消耗無功功率， idr為整流器的直流電流， udr0為整流器的空載電壓， udr為整流器的電壓；

59、根據整流器外特性方程的求導結果以及周期內關斷角控制信號波動趨勢獲得換相故障后的暫態過電壓波動趨勢，其中暫態過電壓峰值波動趨勢與關斷角控制信號波動趨勢呈負相關。

60、可選的：所述單相接地故障在單個周期內，根據高壓直流系統的關斷角所獲取的關斷角控制信號波動趨勢為：

61、單相接地故障下的高壓直流系統的關斷角控制信號在單個周期內呈現兩次波谷，且隨著過渡電阻減小，高壓直流系統的關斷角控制信號的波谷波動越大；

62、根據單相接地故障的關斷角控制信號波動趨勢獲得換相故障后暫態過電壓變化趨勢為：

63、單相接地故障下的暫態過電壓在單個周期內呈現兩次波峰，且隨著過渡電阻減小，暫態過電壓的波峰波動越大。

64、可選的：所述兩相短路故障在單個周期內，根據高壓直流系統的關斷角所獲取的關斷角控制信號波動趨勢為：

65、兩相短路故障下的高壓直流系統的關斷角控制信號在單個周期內呈現兩次波峰，且隨著過渡電阻減小，高壓直流系統的關斷角控制信號的波峰波動越大；

66、根據兩相短路故障的關斷角控制信號波動趨勢獲得換相故障后暫態過電壓變化趨勢為：

67、兩相短路故障下的暫態過電壓在單個周期內呈現兩次波谷，且隨著過渡電阻減小，暫態過電壓的波谷波動越大。

68、可選的：所述兩相接地故障在單個周期內，根據高壓直流系統的關斷角所獲取的關斷角控制信號波動趨勢為：

69、兩相接地故障下的高壓直流系統的關斷角控制信號在單個周期內呈現兩次波峰，且隨著過渡電阻減小或增大，高壓直流系統的關斷角控制信號的波峰沒有波動；

70、根據兩相接地故障的關斷角控制信號波動趨勢獲得換相故障后暫態過電壓變化趨勢為：

71、兩相接地故障下的暫態過電壓在單個周期內呈現兩次波谷，且隨著過渡電阻減小或增大，暫態過電壓的波谷沒有波動。

72、可選的：所述根據相鄰兩相換相電壓的相位差計算獲取換相故障后高壓直流系統的關斷角的步驟包括：

73、獲取換相故障后相鄰兩相換相電壓的相位差：

74、；

75、其中為相鄰兩相換相電壓的相位差；其中 n=1,2,...,6；為 uyab與 udab的相位差，為 udab與 uybc的相位差，為 uybc與 udbc的相位差,為 udbc與 uyca為相位差,為 uyca與 udca的相位差,為 udca與 uyca的相位差; uy為換相故障后對應相鄰兩相換相電壓中的一個換相電壓； ud為換相故障后對應相鄰兩相換相電壓中另一換相電壓;為換相故障后對應相鄰兩相換相電壓中的一個換相電壓的相位；為換相故障后對應相鄰兩相換相電壓中的另一個換相電壓的相位；為求取復數幅角函數；

76、基于相鄰兩相換相電壓的相位差計算換相故障后高壓直流系統的關斷角：

77、；

78、其中為換相故障后高壓直流系統的關斷角；為高壓直流系統的關斷角初始值。

79、本技術還公開一種12脈動換流閥換相故障時暫態過電壓分析方法裝置，所述裝置包括：

80、第一獲取模塊，用于獲取換相故障發生時的故障類型，所述故障類型至少包括單相接地故障、兩相短路故障或兩相接地故障；

81、第二獲取模塊，用于獲取換相故障前的相電壓、對應的序阻抗以及所述故障類型對應的復合序列網絡，并根據復合序列網絡獲取換相故障后的序電流關系；

82、等效電阻計算模塊，用于根據換相故障后的序電流關系計算對應故障類型發生換相故障后的等效過渡電阻；

83、換相電壓計算模塊，用于獲取換相故障前的相電壓以及對應的序阻抗，并結合換相故障后的序電流關系分別計算獲得在不同故障類型下y-d型換流變壓器的換相電壓以及y-y型換流變壓器的換相電壓；

84、相位差計算模塊，用于根據相鄰兩相的換相電壓計算相鄰兩相換相電壓的相位差；

85、關斷角計算模塊，用于根據相鄰兩相換相電壓的相位差計算獲取換相故障后高壓直流系統的關斷角；

86、信號分析模塊，用于根據周期內的高壓直流系統的關斷角獲取周期內關斷角控制信號波動趨勢；

87、結果輸出模塊，用于根據周期內關斷角控制信號波動趨勢獲得換相故障后暫態過電壓特性。

88、有益效果

89、本技術的技術方案獲得了下列有益效果：

90、本技術的分析方法通過分析12脈動換流閥相鄰換相線電壓在不對稱故障后的相角差，分析獲得各不同故障類型下高壓直流系統的關斷角變化趨勢，根據各故障類型所對應的關斷角變化趨勢進行特征分析，揭示了各類故障導致高壓直流系統周期性提前進入定電流控制的過程，并結合各故障類型所導致換相故障時整流器的暫態無功特性，分析得到各類故障下高壓直流系統的暫態過電壓變化，有效預測了高壓直流系統在運行過程中過電壓趨勢，為后續電壓抑制或恢復提供指導。

技術實現思路