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申请/专利权人：东北电力大学

摘要：一种计及触发角偏差的高压直流输电后续换相失败分析方法，属于高压输电网技术领域。本发明的目的是从系统暂态建模出发对后续换相失败机理进行了深入分析的计及触发角偏差的高压直流输电后续换相失败分析方法。本发明首先基于故障后LCC暂态换相数学模型，提出了一种计及多电气量动态特性和直流控制系统作用的分时段建模方法；其次，通过对换相电压相位变化分析可得，由于锁相环暂态误差所产生的触发角偏差是导致后续换相失败的主要原因；然后，从控制器交互特征出发进一步分析了不同故障时刻对后续换相失败的影响。本发明原理分析清晰、建模准确度高。

主权项：1.一种计及触发角偏差的高压直流输电后续换相失败分析方法，其特征在于：其步骤是：S1、换流阀和直流区域数学模型当系统正常运行时，整流侧和逆变侧换流阀区域满足式1： 其中N为极对数；kr和Xr分别为整流侧变压器变比和漏抗；ki和Xi分别为逆变侧变压器变比和漏抗；αr为整流侧触发角；βi为逆变侧越前触发角；对式1微分整理得udr和udi的微分方程： 其中didrdt和dαrdt表达式见下文直流控制系统数学模型；基于直流系统等效电路模型，列写直流区域KCL、KVL微分方程组： 其中Rd和C分别为直流线路等效电阻和对地电容；Ld为整流侧平波电抗器与线路电抗之和；uC为电容电压；S2、直流控制系统数学模型逆变侧定直流电流控制输出触发角指令值αr表示为：αr＝π-[kp1Idr_ord-idrm+ki1∫Idr_ord-idrmdt]4其中kp1和ki1分别为整流侧逆变侧定直流电流控制比例和积分增益；直流控制回路标幺化过程描述为： 其中idrm为整流侧直流电流测量值；G1和T1分别为一阶惯性环节比例系数和时间常数；IdN为直流电流基准值；由式4、5得αr微分方程为： 输出直流电流参考值Id_ord即为整流侧直流电流指令值 其中udim和idim分别为逆变侧直流电压和直流电流测量值；kv、bv分别为三段式VDCOL曲线斜率及截距；考虑VDCOL动作的Idr_ord和α’r微分方程为： 其中T2和T3分别为udi和idi一阶惯性环节时间常数；udN为直流电压基准值；逆变侧CC控制输出越前触发角指令值βCC表示为：βCC＝kp2Idr_ord-idim-0.1+ki2∫Idr_ord-idim-0.1dt9其中kp2和ki2分别为逆变侧CC控制比例和积分增益；对式9微分得βCC微分方程 同理，逆变侧CEA控制输出越前触发角指令值βCEA表示为：βCEA＝kp3γref+γCEC-γ*+ki3∫γref+γCEC-γ*dt11其中kp3和ki3分别为逆变侧CEA控制比例和积分增益；由式8、11得考虑CEC动作的γCEC和βCEA微分方程 其中ki3为积分增益，kCEC为比例系数；S3、暂态换相过程建模S31、CP1：即3个阀组导通，LCC发生换相失败，阀4导通后阀2关断失败而继续导通，此时阀2、3、4同时导通此过程udci和idi满足关系如下： 其中uab和ucb分别为阀4和阀2换相线电压；将udi代入至式3，得3个阀组导通状态下idi微分方程： S32、CP2：即4个阀组导通，当下一换相过程阀3向阀5换相时，阀2、3、4、5同时导通，由式3得idi微分方程表示为： S33、CP1：即3个阀组导通，在连续发生c、b两相短路后，反向电压导致阀5、6关断；S34、CP3：即2个阀组导通，当上一换相过程阀1向阀3换相失败后，阀3关断失败继续导通，当阀电流i1降低至0后，此时阀2、3导通；此过程udi和idi有如下关系： 将式16代入至式3，得2个阀组导通状态下idi微分方程： S35、CP13：即32个阀组导通，在VDCOL的持续动作下，idi快速降低，阀2向阀4的换相过程顺利进行；S36、CP4：即0个阀组导通，当阀3开始向阀5换相时，由于Idr_ord已降低至Idmin＝0.55，在整流侧CC控制的作用下idi出现超调趋近于0，导致换流阀无法形成通路，阀3向阀5换相失败，此过程dididt＝0；S4、后续换相失败发生机理：S41、换相电压相位变化电压降落纵分量ΔU和横分量δU表示为： 其中，Pac、Qac和QC分别表示为： 其中udi0为逆变侧LCC空载直流电压；由式19得，Us2与UG2间相角差δ表示为： 将式21简化为： 将式1中udi表达式代入至式22得Pac关于βi的偏导数为： S42、触发角偏差锁相环误差传递函数θes为： 其中ξ为阻尼比，ωn为自然频率，由式22得θUs2s表示为： 将式25代入至式24并进行Laplace反变换，得锁相环暂态误差时域表达式θet： 由上式得，当逆变侧交流母线电压发生相位前移时，锁相环暂态误差将导致锁相环输出相位θPLL滞后于θUs2；换相电压时间面积实际提供量最大值Spro_realm和换相电压时间面积需求量Sreq表示为： 其中kUs2为故障后逆变侧交流母线电压有效值；γmin后续换相失败临界关断角；系统所允许最大换相电流idimax为： 由于锁相环暂态误差所产生的触发角偏差表示为：Δα＝θet29在分时段建模中将Δα附加至式30γ＝βCEA-Δα-μ30其中μ为逆变侧换相重叠角；S5、故障发生在换相期间：当故障发生在换相期间，Spromax由S1和S2两部分共同组成 其中idN为直流电流基准值；idiα1+μ2为换相结束时刻直流电流；求取Spromax对故障时刻tf偏导为： 其中k为故障严重程度；S6、故障发生在非换相期间Spromax仅由S2组成，表示为： 其中idα1为换相起始时刻直流电流。

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