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CN114844009B - 换相电容辅助控制方法、系统、电路及电容换相换流器 - Google Patents

换相电容辅助控制方法、系统、电路及电容换相换流器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种换相电容辅助控制方法、系统、电路及电容换相换流器，本发明在交流系统故障时接通换相电容旁路，控制换相电容断开与换流变压器的连接并接地，使换相电容接地并联，减小换相电抗，短时间内得到一个较大的熄弧角，降低换相失败风险，加快故障后系统恢复速度，将对实际工程具有重要指导作用。

Description

换相电容辅助控制方法、系统、电路及电容换相换流器
技术领域
本发明涉及一种换相电容辅助控制方法、系统、电路及电容换相换流器，属于电力系统稳定分析与控制领域。
背景技术
电容换相换流器(Capacitor Commutated Converters，简称CCC)是在常规晶闸管换流器与换流变压器之间串联电容形成的，在不对称故障时CCC串联电容上的电压失去平衡，加剧换相失败的发生。
发明内容
本发明提供了一种换相电容辅助控制方法、系统、电路及电容换相换流器，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
换相电容辅助控制方法，包括：
响应于接收到交流系统故障触发的保护动作信号，发出旁路接通信号，控制换相电容旁路接通，发出接地接通信号，控制换相电容接地，断开与换流变压器的连接；其中，换相电容为电容换相换流器中的换相电容；
响应于接收到交流系统故障清除触发的故障恢复动作信号，发出旁路断开信号，控制换相电容旁路断开，发出接地断开信号，控制换相电容与换流变压器的连接，断开与地的连接。
保护动作信号为交流系统故障后晶闸管换流器的端口电压跌落至预设值触发的保护动作信号。
换相电容辅助控制系统，包括：
保护模块：响应于接收到交流系统故障故障触发的保护动作信号，发出旁路接通信号，控制换相电容旁路接通，发出接地接通信号，控制换相电容接地，断开与换流变压器的连接；其中，换相电容为电容换相换流器中的换相电容；
恢复模块：响应于接收到交流系统故障清除触发的故障恢复动作信号，发出旁路断开信号，控制换相电容旁路断开，发出接地断开信号，控制换相电容与换流变压器的连接，断开与地的连接。
保护动作信号为交流系统故障后晶闸管换流器的端口电压跌落至预设值触发的保护动作信号。
换相电容辅助控制电路，包括二位开关、旁通断路器和控制器，二位开关的静触点连接换相电容，二位开关的两个动触点分别连接换流变压器和地，控制器采用换相电容辅助控制方法控制二位开关和旁通断路器。
电容换相换流器，其特征在于，包括换相电容辅助控制电路。
本发明所达到的有益效果：本发明在交流系统故障时接通换相电容旁路，控制换相电容断开与换流变压器的连接并接地，使换相电容接地并联，减小换相电抗，短时间内得到一个较大的熄弧角，降低换相失败风险，加快故障后系统恢复速度，将对实际工程具有重要指导作用。
附图说明
图1为换相电容辅助控制方法的流程图；
图2为换相电容辅助控制电路图；
图3为动作时序图；
图4为信号触发逻辑图；
图5为传统LCC的熄弧角响应曲线图；
图6为传统CCC的熄弧角响应曲线图；
图7为含换相电容辅助控制电路的CCC熄弧角响应曲线图；
图8为含换相电容辅助控制电路的CCC-HVDC系统结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，换相电容辅助控制方法，包括以下步骤：
步骤1，响应于接收到交流系统故障触发的保护动作信号，发出旁路接通信号，控制换相电容旁路接通，发出接地接通信号，控制换相电容接地，断开与换流变压器的连接；其中，换相电容为电容换相换流器中的换相电容；
步骤2，响应于接收到交流系统故障清除触发的故障恢复动作信号，发出旁路断开信号，控制换相电容旁路断开，发出接地断开信号，控制换相电容与换流变压器的连接，断开与地的连接。
上述方法在交流系统故障时接通换相电容旁路，控制换相电容断开与换流变压器的连接并接地，使换相电容接地并联，减小换相电抗，短时间内得到一个较大的熄弧角，降低换相失败风险，加快故障后系统恢复速度，将对实际工程具有重要指导作用。
交流系统发生故障(如短路、断路等)，导致换流器端口换相电压三相有效值跌落故障，晶闸管换流器的端口电压跌落至预设值Ucp.u.会触发保护动作信号，接收到保护信号后，发出两种控制信号，一种为旁路接通信号，控制换相电容旁路接通，另一种为接地接通信号，控制换相电容接地，并断开与换流变压器的连接，从而实现故障时换相电容接地并联，减小换相电抗，短时间内得到一个较大的熄弧角，降低换相失败风险；其中Ucp.u为0.9p.u。
当交流系统的故障清除后会立马触发故障恢复动作信号，接收到故障恢复动作信号后，发出两种控制信号，一种为旁路断开信号，控制换相电容旁路断开，另一种为接地断开信号，控制换相电容与换流变压器的连接，并断开与地的连接，从而使换相电容恢复原先的连接结构。
基于相同的技术方案，本发明还公开了上述方法的软件系统，换相电容辅助控制系统，包括：
保护模块：响应于接收到交流系统故障触发的保护动作信号，发出旁路接通信号，控制换相电容旁路接通，发出接地接通信号，控制换相电容接地，断开与换流变压器的连接；其中，换相电容为电容换相换流器中的换相电容；保护动作信号为交流系统故障后晶闸管换流器的端口电压跌落至预设值触发的保护动作信号；
恢复模块：响应于接收到交流系统故障清除触发的故障恢复动作信号，发出旁路断开信号，控制换相电容旁路断开，发出接地断开信号，控制换相电容与换流变压器的连接，断开与地的连接。
上述软件系统主要加载在控制器中，当然处理控制器还需要配套的电路，实现换相电容旁路的结构有很多种，但是主要在旁路电路中增设控制的开关，同样实现换相电容接地或换流变压器的切换电路也有很多种；为了在保证控制稳定、切换流程和部件易获取的前提下，本发明的旁路电路直接采用旁通断路器，切换电路直接采用二位开关。
因此与上述匹配的换相电容辅助控制电路如图2所示，包括二位开关、旁通断路器和控制器，二位开关的静触点连接换相电容，二位开关的两个动触点分别连接换流变压器和地，其中与换流变压器连接的是动触点A(后续简称A端口)，与地连接的是动触点B(后续简称B端口)，控制器(图中为画出)采用换相电容辅助控制方法控制二位开关和旁通断路器，该控制器可以直接采用直流系统的控制器。
如图3和4所示，交流系统故障前，二位开关与A端口连接，接地断开，通断路器处于断开状态；交流系统故障发生后，晶闸管换流器的端口电压跌落至预设值Ucp.u，触发保护动作信号，控制器收到保护动作信号后，触发故障保护动作，即旁通断路器的闭合，电容被旁路，同时二位开关从A端切换为B端；当故障消失后，即交流系统的故障清除，就立马触发故障恢复动作信号，控制器收到故障恢复动作信号，即恢复至正常控制模式，二位开关从B端复原到A端，同时控制旁通断路器断开。
上述切换电路也可通过两个断路器实现，一个开一个断表示二位开关AB端的转换。加入两个断路器控制模块，控制信号分别命名为BRK、BR。断路器1-4的控制信号为BRK、断路器5-6的控制信号设置为BK。正常运行时1-4断开，5-6闭合。将电压降到0.9p.u.的时间设置为断路器第一次动作时刻。故障清除时刻1.1s设置为断路器第二次动作时刻。
基于相同的技术方案，本发明还公开了一种电容换相换流器，在传统的结构上增加上述换相电容辅助控制电路，通过换相电容辅助控制电路降低换相失败风险。
为了验证换相电容辅助控制电路的作用，将传统LCC、传统CCC、包含换相电容辅助控制电路的CCC进行比对，在同一故障下的换相失败相关重要参数如表一所示，动态响应曲线如图5～7所示。
表1.故障参数
从上表和附图中可以看出，包含换相电容辅助控制电路的CCC无换向失败，有功跌落占比和有功恢复时长均小于传统LCC和传统CCC，因此含换相电容辅助控制电路的CCC的性能明显由于传统LCC和传统CCC。
包含换相电容辅助控制电路的电容换相换流器可直接运用在HVDC系统中，结构如图5所述，采取包含换相电容辅助控制电路后，故障期间有功功率恢复速度明显提升，换相失败次数减少至零次，能够有效降低直流换相失败风险，同时帮助系统更加快速的恢复到稳定运行状态。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.换相电容辅助控制方法，其特征在于，包括：
响应于接收到交流系统故障触发的保护动作信号，发出旁路接通信号，控制换相电容旁路接通，发出接地接通信号，控制换相电容接地，断开与换流变压器的连接；其中，换相电容为电容换相换流器中的换相电容；
响应于接收到交流系统故障清除触发的故障恢复动作信号，发出旁路断开信号，控制换相电容旁路断开，发出接地断开信号，控制换相电容与换流变压器的连接，断开与地的连接。
2.根据权利要求1所述的换相电容辅助控制方法，其特征在于，保护动作信号为交流系统故障后晶闸管换流器的端口电压跌落至预设值触发的保护动作信号。
3.换相电容辅助控制系统，其特征在于，包括：
保护模块：响应于接收到交流系统故障触发的保护动作信号，发出旁路接通信号，控制换相电容旁路接通，发出接地接通信号，控制换相电容接地，断开与换流变压器的连接；其中，换相电容为电容换相换流器中的换相电容；
恢复模块：响应于接收到交流系统故障清除触发的故障恢复动作信号，发出旁路断开信号，控制换相电容旁路断开，发出接地断开信号，控制换相电容与换流变压器的连接，断开与地的连接。
4.根据权利要求3所述的换相电容辅助控制系统，其特征在于，保护动作信号为交流系统故障后晶闸管换流器的端口电压跌落至预设值触发的保护动作信号。
5.换相电容辅助控制电路，其特征在于，包括二位开关、旁通断路器和控制器，二位开关的静触点连接换相电容，二位开关的两个动触点分别连接换流变压器和地，控制器采用权利要求1~2任意一项所述的方法控制二位开关和旁通断路器。
6.电容换相换流器，其特征在于，包括权利要求5所述的换相电容辅助控制电路。
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