一種暫態交流電壓控制裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種暫態交流電壓控制裝置，涉及直流輸電技術領域，用于在直流輸電系統的暫態恢復過程提高換相電壓的穩定性。所述暫態交流電壓控制裝置，包括：用于檢測直流輸電系統的逆變側的電信號信息的信號檢測器，信號檢測器的信號輸出端分別與判斷器的信號輸入端、觸發角調節器的信號輸入端相連，判斷器的信號輸出端與觸發角調節器的信號輸入端相連，觸發角調節器的調節信號輸出端與直流輸電系統的逆變側相連。本實用新型提供的暫態交流電壓控制裝置用于高壓直流輸電系統的暫態恢復。
【專利說明】
-種誓態交流電壓控制裝置
技術領域
[0001] 本實用新型設及直流輸電技術領域，尤其設及一種暫態交流電壓控制裝置。
【背景技術】
[0002] 在傳統的直流輸電系統運行過程中，受端交流系統換相電壓失穩是直流輸電系統 中逆變側面臨的主要問題之一;而受端交流系統換相電壓失穩主要是由于現有電網中受端 交流系統對電壓的支撐能力相對直流系統對電壓的支撐能力比較弱，而且直流輸電系統中 逆變側的直流逆變器在傳輸功率的同時總會吸收大量的容性無功功率，但由于直流輸電系 統中逆變側存在的"無功負荷越大，電壓越不穩定"的特性，也使直流輸電系統在維持換相 電壓穩定方面面對很大壓力。
[0003] 當直流輸電系統的受端交流系統出現故障干擾，而在直流輸電系統的暫態恢復中 采取了不當的控制措施或不當的控制參數時，會使直流輸電系統中逆變側的直流逆變器的 無功功率需求與受端交流系統的電壓穩定需求之間出現動態失衡，導致受端交流系統暫態 的換相電壓失穩，引起直流輸電系統的局部電網崩潰。 【實用新型內容】
[0004] 本實用新型的目的在于提供一種暫態交流電壓控制裝置，用于在直流輸電系統的 暫態恢復過程提高換相電壓的穩定性。
[0005] 為了實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：
[0006] 本實用新型提供了一種暫態交流電壓控制裝置，包括：
[0007] 用于檢測直流輸電系統的逆變側的電信號信息的信號檢測器，所述信號檢測器的 信號輸出端分別與判斷器的信號輸入端、觸發角調節器的信號輸入端相連，所述判斷器的 信號輸出端與所述觸發角調節器的信號輸入端相連，所述觸發角調節器的調節信號輸出端 與所述直流輸電系統的逆變側相連。
[000引與現有技術相比，具有如上結構的暫態交流電壓控制裝置能夠達到如下有益效 果：
[0009]在本實用新型提供的暫態交流電壓控制裝置中，信號檢測器用于檢測直流輸電系 統的逆變側的電信號信息；而信號檢測器的信號輸出端分別與判斷器的信號輸入端、觸發 角調節器的信號輸入端相連，判斷器的控制信號輸出端與觸發角調節器的信號輸入端相 連，信號檢測器將檢測到的電信號信息輸出給判斷器，判斷器對該電信號信息進行判斷之 后輸出是否啟動或退出觸發角調節器的觸發信號;觸發角調節器的調節信號輸出端與直流 輸電系統的逆變側相連，觸發角調節器根據判斷器發送的啟動觸發信號對直流輸電系統的 逆變側進行觸發角調節，觸發角調節器根據判斷器發送的退出觸發信號退出對直流輸電系 統的逆變側的觸發角的調節。本實用新型提供的暫態交流電壓控制裝置根據檢測直流輸電 系統暫態運行中的各主要交互參數，對直流輸電系統的逆變側進行觸發角調節，可W減小 直流輸電系統中逆變側的直流逆變器的無功功率需求，同時利用直流輸電系統中逆變側存 在的"無功負荷越大，電壓越不穩定"的特性，減小直流輸電系統在維持暫態換相電壓穩定 方面的壓力，使該直流輸電系統在維持額定功率傳輸的基礎上保證快速恢復暫態換相電壓 的穩定，提高了暫態換相電壓的穩定性。
【附圖說明】
[0010] 此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本實用新型的一部 分，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的 不當限定。在附圖中：
[0011] 圖1為本實用新型實施例提供的暫態交流電壓控制裝置的結構示意圖；
[0012] 圖2為本實用新型實施例提供的判斷器的結構示意圖；
[0013] 圖3為本實用新型實施例提供的觸發角調節器的結構示意圖；
[0014] 圖4為本實用新型實施例提供的判斷器和觸發角調節器的工作原理示意圖；
[0015] 圖5為本實用新型實施例提供的暫態交流電壓控制裝置觸發特性示意圖；
[0016] 圖6為本實用新型實施例提供的逆變側交流電壓的暫態恢復特性示意圖。
[0017] 附圖標記；
[001引1-逆變側， 2-信號檢測器，
[0019] 21-電壓傳感器， 22-交流電壓變化率檢測器，
[0020] 23-電流傳感器， 24-直流電流變化率檢測器，
[0021] 3-判斷器， 31-第一比較器，
[0022] 32-第二比較器， 33-第Ξ比較器，
[0023] 34-第四比較器， 35-第一與口，
[0024] 36-第二與口， 4-觸發角調節器，
[00巧]41-運算模塊， 411-加法器，
[00%] 412-PI控制器， 42-選通模塊。
【具體實施方式】
[0027] 為便于理解，下面結合說明書附圖，對本實用新型實施例提供的暫態交流電壓控 制裝置進行詳細描述。
[0028] 參閱圖1和圖4,本實用新型實施例提供的暫態交流電壓控制裝置，包括:用于檢測 直流輸電系統的逆變側1的電信號信息的信號檢測器2,信號檢測器2的信號輸出端分別與 判斷器3的信號輸入端、觸發角調節器4的信號輸入端相連，判斷器3的信號輸出端與觸發角 調節器4的信號輸入端相連，觸發角調節器4的調節信號輸出端與直流輸電系統的逆變側1 相連。
[0029] 具體實施時，在本實施例提供的暫態交流電壓控制裝置中，信號檢測器2用于檢測 直流輸電系統的逆變側1的電信號信息；而信號檢測器2的信號輸出端分別與判斷器3的信 號輸入端、觸發角調節器4的信號輸入端相連，判斷器3的控制信號輸出端與觸發角調節器4 的信號輸入端相連，信號檢測器2將檢測到的電信號信息輸出給判斷器3,判斷器3對該電信 號信息進行判斷之后輸出是否啟動或退出觸發角調節器4的觸發信號;觸發角調節器4的調 節信號輸出端與直流輸電系統的逆變側1相連，觸發角調節器4根據判斷器3發送的啟動觸 發信號對直流輸電系統的逆變側1進行觸發角調節，觸發角調節器4根據判斷器3發送的退 出觸發信號退出對直流輸電系統的逆變側1的觸發角的調節。
[0030] 由此可知，在直流輸電系統的暫態恢復過程中，本實用新型實施例提供的暫態交 流電壓控制裝置根據檢測直流輸電系統暫態運行中的各主要交互參數，對直流輸電系統的 逆變側1進行觸發角調節，可W減小直流輸電系統中逆變側1的直流逆變器的無功功率需 求，同時利用直流輸電系統中逆變側1存在的"無功負荷越大，電壓越不穩定"的特性，減小 直流輸電系統在維持暫態換相電壓穩定方面的壓力，使該直流輸電系統在維持額定功率傳 輸的基礎上保證快速恢復暫態換相電壓的穩定，提高了暫態換相電壓的穩定性。
[0031] 需要說明的是，信號檢測器2可W檢測的電信號信息可由本領域技術人員根據直 流輸電系統的具體情況和經驗選擇設定，一般為能反映直流輸電系統中各交直流系統的運 行狀態的主要交互參數。在本實施例中，信號檢測器2可W檢測的電信號信息包括逆變側1 的電信號和逆變側1的電信號的變化率;逆變側1的電信號一般是指逆變側1的換流母線的 交流電壓化和逆變側1的直流線路的直流電流Id，而逆變側1的電信號的變化率為逆變側1的 換流母線的交流電壓化的變化率^和逆變側1的直流線路的變化率舊此，信號檢測 ?? 化 器2的信號輸入端分別與逆變側1的換流母線和逆變側1的直流線路相連。
[0032] 根據信號檢測器2檢測的電信號信息的不同，信號檢測器2內部的具體結構也不相 同，在本實施例中，繼續參閱圖1，信號檢測器2包括電壓傳感器21、電流傳感器23W及兩個 電信號變化率檢測器;其中，電壓傳感器21與逆變側1的換流母線相連，電流傳感器23與逆 變側1的直流線路相連，一個電信號變化率檢測器與逆變側1的換流母線相連，另一個電信 號變化率檢測器與逆變側1的直流線路相連。具體的，與逆變側1的換流母線相連的電信號 變化率檢測器為交流電壓變化率檢測器22;與逆變側1的直流線路相連的電信號變化率檢 測器為直流電流變化率檢測器24;需要補充的是，交流電壓變化率檢測器22和直流電流變 化率檢測器24可W由本領域技術人員根據直流輸電系統的具體情況選擇設定，特別是當交 流電壓變化率檢測器22和直流電流變化率檢測器24選用微分檢測電路的結構實現時，交流 電壓變化率檢測器22和直流電流變化率檢測器24并不限于上述連接方式，交流電壓變化率 檢測器22可W直接與電壓傳感器21相連，直流電流變化率檢測器24可W直接與電流傳感器 2：3相連。
[0033] 根據信號檢測器2檢測的電信號信息的不同，判斷器3內部的具體結構也不相同， 值得一提的是，判斷器3用于比較信號檢測器2檢測的電信號信息與電信號信息闊值大小， 從而判斷信號檢測器2檢測的電信號信息是否滿足觸發角調節器4的啟動判據或退出判據， 參閱圖4,在本實施例中，觸發角調節器4的啟動判據具體天
.觸發 角調節器4的退出判據具體為Ud^Udo且tac>tLi;其中，^為逆變側1的換流母線的交流電 山 壓化的變化率，|ε|是指逆變側1的換流母線的交流電壓波動限值，化為逆變側1的換流母線 的交流電壓，Ua是指啟動觸發角調節器4調節時逆變側1的換流母線的暫態交流電壓臨界 值，山是指逆變側1的直流線路的直流電壓，UdL是指逆變側1的直流線路的直流電壓闊值，T 是指直流電壓Ud小于直流電壓闊值UdL的持續時間，tL是指直流電壓Ud小于直流電壓闊值UdL 的第一允許時段，UdO是指逆變側1的直流線路的直流電壓穩定運行的穩定電壓值，ta。是指 觸發角調節器4啟動后的控制時間，tLl是指觸發角調節器4啟動后調節的第一允許時段。
[0034] 需要說明的是，在暫態交流電壓控制裝置的觸發角調節器4的啟動判據中，啟動觸 發角調節器4調節時逆變側1的換流母線的暫態交流電壓臨界值的啟動幅值Ua，一般小于直 流輸電系統退出暫態焰弧角控制時其逆變側1換流母線的暫態交流電壓退出臨界值UCL2,即 UCL2<^L，運樣在直流輸電系統退出暫態焰弧角控制之前就可觸發暫態交流電壓控制裝置 進入工作，從而減小直流輸電系統中暫態焰弧角控制可能產生的無功超調；由于在暫態焰 弧角控制中會過度增大觸發超前角W避免逆變側1換相失敗，而過度增大的觸發超前角將 導致逆變側1消耗更多的無功功率，不利于逆變側1的換流母線的交流電壓化恢復穩定，從 而引發逆變側1的暫態交流電壓失穩，因此，在直流輸電系統退出暫態焰弧角控制之前觸發 暫態交流電壓控制裝置進入工作，可W提高暫態換相電壓的穩定性。
[0035] 根據上述觸發角調節器4的啟動判據和退出判據，參閱圖2,在本實施例中，優選 的，判斷器3包括四個比較器，W及兩個與口；四個比較器分別為用于比較山和U化的第一比 較器31，用于比較T和tL的第二比較器32，用于比較化和化L的第Ξ比較器33，W及用于比較 ^和I ε I的第四比較器34;兩個與口電路分別為第一與口35和第二與口36;其中，第一比 化 較器31的信號輸入端、第二比較器32的信號輸入端、第Ξ比較器33的信號輸入端和第四比 較器34的信號輸入端均分別與信號檢測器2的信號輸出端相連;第一比較器31的輸出端與 第二比較器32的信號輸入端相連;第Ξ比較器33的輸出端、第四比較器34的輸出端分別與 第一與口 35的輸入端相連，且第一與口 35的輸出端和第二比較器32的輸出端分別與第二與 口 36的輸入端相連;第二與口 36的輸出端與觸發角調節器4的信號輸入端相連。
[0036] 需要補充的是，在上述實施例的基礎上，判斷器3的信號輸出端還可W直接與該直 流輸電系統的直流閉鎖控制器的信號輸入端相連。當判斷器3比較信號檢測器2檢測的電信 號信息與電信號信息闊值的大小，確定信號檢測器2檢測的電信號信息并不滿足觸發角調 節器4的退出判據時，判斷器3可W進一步判斷信號檢測器2檢測的電信號信息是否滿足直 流閉鎖控制的啟動判據，直流閉鎖控制的啟動判據為Ud<UdO且tac>tL2,其中，tL2是指所述 暫態交流電壓控制的第二允許時段，一般經過tL2時段后，可W認為直流輸電系統的逆變側1 已經發生電壓失穩，此時應啟動直流輸電系統的直流閉鎖控制。
[0037] 參閱圖3,在本實施例中，優選的，觸發角調節器4包括與信號檢測器2的信號輸出 端相連的運算模塊41，W及與運算模塊41的輸出端和判斷器3的輸出端分別相連的選通模 塊42;其中，運算模塊41包括用于確定逆變側1的換流母線的交流電壓額定值Unl與檢測到的 逆變側1的換流母線的交流電壓化差值的加法器411，W及用于確定逆變側1的暫態觸發角 信號值的PI控制器412;加法器411的信號輸入端與信號檢測器2的信號輸出端相連，加法器 411的輸出端與PI控制器412的信號輸入端相連，PI控制器412的輸出端與與選通模塊42的 信號輸入端相連;選通模塊42用于比較PI控制器輸出的暫態觸發角信號值ainv-ac和逆變側 的常態觸發角信號值Oinv-d。的大小并取大輸出至直流輸電系統的逆變側。具體實施時，判斷 器3將是否使觸發角調節器4啟動或退出的觸發信號輸出給選通模塊42,而運算模塊41根據 信號檢測器2檢測的電信號信息進行運算后，運算模塊41將確定的逆變側1的暫態觸發角信 號值αιην-ac輸出給選通模塊42;選通模塊42根據判斷器3和運算模塊41發送的信號，確定是 否輸出用于調控逆變側1的觸發角的觸發角信號值Qinv，并根據該觸發角信號值αιην，使逆變 偵的換流母線的交流電壓化恢復到穩定狀態。
[0038] 為了更清楚的說明上述實施例所提供的暫態交流電壓控制裝置的控制效果，W PSCAD電磁暫態仿真程序中的CIGRE-1DC標準直流輸電系統模型為例，來驗證本實施例所提 供的暫態交流電壓控制裝置的控制效果。
[0039] 該直流輸電系統模型中的受端交流系統為弱系統，取SCR = 2.5,當逆變側1的換流 母線的交流電壓發生單相接地故障，且故障持續時間為50ms時，結合表1所示的相關參數的 取值，在該直流輸電系統從暫態運行向穩態運行的過渡過程中，該直流輸電系統中暫態交 流電壓控制裝置的觸發特性如圖5所示，暫態過程中通過暫態交流電壓控制裝置的觸發控 審IJ，暫態交流電壓迅速增大，而在暫態交流電壓控制裝置完成觸發控制后，直流輸電系統的 逆變側1的換流母線的交流電壓恢復到穩定狀態。
[0040] 參閱圖6,在該直流輸電系統的暫態恢復過程中，采取暫態交流電壓控制裝置對該 直流輸電系統的逆變側1進行觸發角調節后，引發的逆變側1的換流母線的交流電壓的變化 曲線如圖6中實線所示;未采取暫態交流電壓控制裝置對該直流輸電系統的逆變側1進行觸 發角調節后，引發的逆變側1的換流母線的交流電壓的變化曲線如圖6中虛線所示。
[0041] 結合圖5,當逆變側1的換流母線的交流電壓在2.0秒發生單相接地故障后，暫態交 流電壓控制裝置在2.35秒完成暫態觸發角調節。若不采取暫態交流電壓控制裝置對該直流 輸電系統的逆變側1進行觸發角調節時，該直流輸電系統的逆變側1的換流母線的交流電壓 在2.02秒迅速減小到0.7pu W下，在2.1秒迅速增大到Ipu W上，然后持續波動變化，在3.2秒 之后該直流輸電系統的逆變側1的換流母線的交流電壓才恢復到接近Ipu的穩定狀態;在該 直流輸電系統的逆變側1的換流母線的交流電壓持續波動變化的時段內，該直流輸電系統 的逆變側1的交流系統很容易發生暫態換相電壓失穩。若采取暫態交流電壓控制裝置對該 直流輸電系統的逆變側1進行觸發角調節后，該直流輸電系統的逆變側1的換流母線的交流 電壓在2.02秒迅速減小到0.7pu左右，在2.1秒恢復到Ipu左右，然后存在輕微波動變化，在 2.2秒該直流輸電系統的逆變側1的換流母線的交流電壓就可恢復到接近Ipu的穩定狀態； 采取該暫態交流電壓控制裝置可W保證在直流輸電系統的暫態恢復過程，使該直流輸電系 統的逆變側1的換流母線的交流電壓很快恢復到穩定狀態，有效避免該直流輸電系統的逆 變側1的交流系統發生暫態換相電壓失穩，提高了暫態換相電壓的穩定性。
[0042] 表1暫態交流電壓整定參數表
[0043]
[0044]
[0045] W上所述，僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限 于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型掲露的技術范圍內，可輕易想到變化 或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應W所述權 利要求的保護范圍為準。
【主權項】
1. 一種暫態交流電壓控制裝置，其特征在于，包括:用于檢測直流輸電系統的逆變側的 電信號信息的信號檢測器，所述信號檢測器的信號輸出端分別與判斷器的信號輸入端、觸 發角調節器的信號輸入端相連，所述判斷器的信號輸出端與所述觸發角調節器的信號輸入 端相連，所述觸發角調節器的調節信號輸出端與所述直流輸電系統的逆變側相連。2. 根據權利要求1所述的暫態交流電壓控制裝置，其特征在于，所述信號檢測器的信號 輸入端分別與所述逆變側的換流母線和所述逆變側的直流線路相連。3. 根據權利要求2所述的暫態交流電壓控制裝置，其特征在于， 所述信號檢測器包括電壓傳感器、電流傳感器以及兩個電信號變化率檢測器;其中， 所述電壓傳感器與所述逆變側的換流母線相連； 所述電流傳感器與所述逆變側的直流線路相連； 其中一個所述電信號變化率檢測器與所述逆變側的換流母線相連，另一個所述電信號 變化率檢測器與所述逆變側的直流線路相連。4. 根據權利要求3所述的暫態交流電壓控制裝置，其特征在于， 與所述逆變側的換流母線相連的電信號變化率檢測器為交流電壓變化率檢測器； 與所述逆變側的直流線路相連的電信號變化率檢測器為直流電流變化率檢測器。5. 根據權利要求1所述的暫態交流電壓控制裝置，其特征在于， 所述判斷器包括四個比較器，以及兩個與門； 四個比較器分別為用于比較Ud和UdL的第一比較器，用于比較T和tL的第二比較器，用于 比較UL和UCL的第三比較器，以及用于比較和| ε |的第四比較器;其中， 所述第一比較器的信號輸入端、所述第二比較器的信號輸入端、所述第三比較器的信 號輸入端和所述第四比較器的信號輸入端均分別與所述信號檢測器的信號輸出端相連； 所述第一比較器的輸出端與所述第二比較器的信號輸入端相連； 所述第三比較器的輸出端、所述第四比較器的輸出端分別與一個與門的輸入端相連， 且所述與門的輸出端和所述第二比較器的輸出端分別與另一個與門的輸入端相連； 所述另一個與門的輸出端與所述觸發角調節器的信號輸入端相連； Ud是指所述逆變側的直流線路的直流電壓，UdL是指所述逆變側的直流線路的直流電壓 閾值，T是指所述直流電壓Ud小于所述直流電壓閾值UdL的持續時間，tL是指所述直流電壓Ud 小于所述直流電壓閾值U dL的允許時段，UL是指所述逆變側的換流母線的交流電壓，Ua是指 所述逆變側的換流母線的暫態交流電壓臨界值，是指所述逆變側的電信號的變化率， ε I是指所述逆變側的換流母線的交流電壓波動限值。6. 根據權利要求1所述的暫態交流電壓控制裝置，其特征在于，所述觸發角調節器包括 與所述信號檢測器的信號輸出端相連的運算模塊，以及與所述運算模塊的輸出端和所述判 斷器的輸出端分別相連的選通模塊;其中， 所述運算模塊包括用于確定所述逆變側的換流母線的交流電壓額定值Unl與檢測到的 所述逆變側的換流母線的交流電壓Ul差值的加法器，以及用于確定所述逆變側的暫態觸發 角信號值的PI控制器； 所述加法器的信號輸入端與所述信號檢測器的信號輸出端相連，所述加法器的輸出端 與所述PI控制器的信號輸入端相連，所述PI控制器的輸出端與與所述選通模塊的信號輸入 端相連； 所述選通模塊用于比較所述逆變側的暫態觸發角信號值和所述逆變側的常態觸發角 信號值大小并取大輸出至所述直流輸電系統的逆變側。
【文檔編號】H02J3/36GK205693377SQ201620623803
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月20日 公開號201620623803.7, CN 201620623803, CN 205693377 U, CN 205693377U, CN-U-205693377, CN201620623803, CN201620623803.7, CN205693377 U, CN205693377U
【發明人】趙利剛
【申請人】南方電網科學研究院有限責任公司, 中國南方電網有限責任公司電網技術研究中心