CN103487680B - 一种换流阀换相失败判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种换流阀的判别方法，具体讲涉及一种换流阀换相失败判别方法。该方法首先通过测量换流阀内晶闸管的运行状态，如晶闸管结温T_j、电流下降率di/dt，关断过程承受的反压V_rr，通态电流I_F等，确定该晶闸管关断过程所需的最小关断角γ_min；然后，分别将每一晶闸管级的最小关断角γ_min与***关断角γ进行比较，统计同一桥臂内串联晶闸管级的换相失败个数，综合分析该桥臂是否发生换相失败。本发明通过确定动态最小关断角γ_min得到换相失败的实际判据；有利于直流输电的控制保护***调整关断角控制裕度。

Description

一种换流阀换相失败判别方法

技术领域

本发明涉及一种换流阀的判别方法，具体讲涉及一种换流阀换相失败判别方法。

背景技术

换相失败（CommutationFailure，CF）是逆变器较为常见的故障形式，当两个阀进行换相时，因换相过程未能进行完毕，或者预计关断的阀关断后，在反向电压期间未能恢复阻断能力，当加在该阀上的电压为正时，立即重新导通，发生倒换相，使预计开通的阀重新关断，这种现象称之为换相失败。换相失败故障会导致诸多不良后果，如直流***电压降低，电流增大，输送功率减少，换流阀寿命缩短等。当出现连续或同时换相失败时，将有可能导致直流***停运。电网中因直流工程输送容量提升，多馈入直流以及大直流弱交流等问题造成换相失败的风险进一步提高。

换相失败本质为：当电网发生故障时，线电压过零点提前，换相阀臂的换流重叠角将增大，关断角γ将减小并小于晶闸管所需的最小关断角γ_min，换相桥臂失去正向阻断能力，导致换相失败。

根据工程经验，一般对换相失败的判据有如下两种：1）交流电压跌落到一定限值就视为换相失败；2）认为晶闸管的最小关断角γ_min为一定值，一般设定为8度，一旦直流输电***关断角小于该定值，将发生换相失败。事实上，晶闸管的最小关断角γ_min（对应时间为t_q，μ_s）是一个动态参数，与晶闸管的运行状态和工艺条件有关，如晶闸管结温T_j、电流下降率di/dt、关断过程承受的反压V_rr，通态电流I_F、少子寿命τ_p等等。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种换流阀换相失败判别方法，该方法得到准确的晶闸管最小关断角γ_min，并通过分析同一桥臂内各晶闸管级的γ_min，通过判别串联晶闸管级的换相失败个数，综合分析整个换流桥臂的换相情况，并以此作为换相失败判据。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种换流阀换相失败判别方法，所述方法用的***为换流阀***，所述换流阀***由多个换流阀模块以重叠式的结构串联组成，两个阀组件串联连接组成换流阀模块，数个晶闸管级串联后再和饱和电抗器相连组成换流阀的阀组件，单个晶闸管及其两端的辅助设备组成晶闸管级；其改进之处在于，所述方法基于晶闸管的动态最小关断角，包括下述步骤：

（1）测试多运行参数下关断时间数据；

（2）拟合关断时间对各运行参数的函数；

（3）残差分析并判断最大残差是否小于30～40us；

（4）确定晶闸管关断过程的最小关断角；

（5）比较每一晶闸管级的最小关断角与***关断角；

（6）判断桥臂是否发生换相失败。

进一步地，所述辅助设备阻尼回路、直流均压回路、晶闸管、饱和电抗器和阀内杂散电容；所述阻尼回路、直流均压回路和晶闸管并联后组成阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路，阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路与饱和电抗器串联与阀内杂散电容并联。

进一步地，所述步骤（1）中，通过测量晶闸管在不同运行条件下的关断时间t_q，得到晶闸管最小关断角对应关断时间t_q的数据曲线。

进一步地，所述步骤（2）中，根据试验数据进行多元线性回归分析拟合t_q对各运行参数的函数，其表达式如下：

$t_q=f(\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}},T_j,V_{\mathrm{rr}},I_F)={\mathrm{\&beta;}}_0+{\mathrm{\&beta;}}_1\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}+{\mathrm{\&beta;}}_2{T}_j+{\mathrm{\&beta;}}_3{V}_{\mathrm{rr}}+{\mathrm{\&beta;}}_4{I}_T---<1>;$

通过数学拟合得到公式<1>中的系数：β₀、β₁、β₂、β₃和β₄；

各运行参数包括：晶闸管结温T_j、电流下降率di/dt、关断过程承受的反压V_rr，通态电流I_F。

进一步地，所述步骤（3）中，利用试验数据对回归分析结果进行残差分析，残差分析是用来判断多元线性回归模型的拟合效。果。

进一步地，所述步骤（4）中，换流阀运行中的桥臂换相时，对桥臂内的各个晶闸管级进行运行参数检测，得到各晶闸管级实际运行中的最小关断角γ_min；

其中，电流下降率di/dt，关断过程承受的反压V_rr，通态电流I_F由晶闸管的TE板进行测量，晶闸管结温T_j由埋置于晶闸管内部温度传感器测量得到，最小关断角γ_min由下述表达式表示：

${\mathrm{\&gamma;}}_{\min }=\frac{{360t}_q}{0.02}---<2>.$

进一步地，换流阀桥臂由阀组件串联构成；每个阀组件串联有电抗器；所述阀组件由串联的晶闸管构成，每个晶闸管的控制极和阴极连接有门极单元，每个晶闸管并联有电阻支路和电阻-电容支路。

进一步地，所述步骤（5）中，分别将每一晶闸管级的γ_min与***关断角γ进行比较，记录γ_min＜γ的晶闸管级数N_CF，并计算晶闸管级数N_CF在整个桥臂中所占比例k_CF，表达式如下：

$k_{\mathrm{CF}}=\frac{N_{\mathrm{CF}}}{N_t}---<3>;$

其中：N_t为桥臂串联晶闸管级总数。

进一步地，所述步骤（6）中，判断晶闸管级数N_CF在整个桥臂中所占比例k_CF是否超出30%，若超出30%，则判定桥臂换相失败；否则，判定桥臂换相成功。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

1、本发明提供一种基于动态最小关断角γ_min的换流阀换相失败判别方法，可以得到较为准确的晶闸管最小关断角γ_min，并通过分析同一桥臂内各晶闸管级的γ_min，通过判别串联晶闸管级的换相失败个数，综合分析整个换流桥臂的换相情况，并以此作为换相失败判据。

2、本发明通过确定动态最小关断角γ_min得到换相失败的实际判据；有利于直流输电的控制保护***调整关断角控制裕度。

附图说明

图1是本发明提供的阀组件的电气原理图；

图2是本发明提供的某型号晶闸管的最小关断角γ_min（对应时间为t_q，μ_s）在不同结温T_j条件下电流下降率di/dt的关系图；

图3是本发明提供的某型号晶闸管的最小关断角γ_min（对应时间为t_q，μ_s）在不同di/dt条件下与T_j的关系图；

图4是本发明提供的某型号晶闸管关断时间线性回归分析后的残差图；

图5是本发明提供的基于动态关断角的换流阀换相失败判别方法的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提供的基于动态关断角的换流阀换相失败判别方法，用的***为换流阀***，所述换流阀***由多个换流阀模块以重叠式的结构串联组成，两个阀组件串联连接组成换流阀模块，数个晶闸管级串联后再和饱和电抗器相连组成换流阀的阀组件，单个晶闸管及其两端的辅助设备组成晶闸管级；辅助设备阻尼回路、直流均压回路、晶闸管、饱和电抗器和阀内杂散电容；所述阻尼回路、直流均压回路和晶闸管并联后组成阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路，阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路与饱和电抗器串联与阀内杂散电容并联。

换流阀换相失败判别方法工作流程图如图5所示，包括下述步骤：

（1）通过测量某型号的晶闸管在不同运行条件下的关断时间t_q，得到晶闸管最小关断角对应关断时间t_q的数据曲线，如图2和图3。图2测量不同在结温条件下，关断时间t_q随di/dt的变化曲线；图3测量在不同di/dt条件下，关断时间t_q随结温的变化曲线。

（2）根据试验数据进行多元线性回归分析拟合t_q对各运行参数的函数：

$t_q=f(\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}},T_j,V_{\mathrm{rr}},I_F)={\mathrm{\&beta;}}_0+{\mathrm{\&beta;}}_1\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}+{\mathrm{\&beta;}}_2{T}_j+{\mathrm{\&beta;}}_3{V}_{\mathrm{rr}}+{\mathrm{\&beta;}}_4{I}_T---<1>;$

通过数学拟合得到公式<1>中的准确系数：β₀、β₁、β₂、β₃和β₄。

（3）利用试验数据对回归分析结果进行残差分析，并判断最大残差是否小于30～40us。可得到图4所示残差图，依此判定回归分析结果的精度。对图4做简单说明。图4为将每一个自变量的残差描在平面坐标上所形成的图形。当描绘的点围绕残差等于0的直线上下随机散布，说明回归直线对原观测值的拟合情况良好。

（4）换流阀运行中的某桥臂换相时，对该桥臂内的各个晶闸管级进行运行参数检测，得到各晶闸管级实际运行中的γ_min。换流阀桥臂由若干图1所示的阀组件串联而成。

其中，电流下降率di/dt，关断过程承受的反压V_rr，通态电流I_F由晶闸管的TE板进行测量，晶闸管结温T_j由埋置于晶闸管内部温度传感器测量得到，最小关断角γ_min由下述表达式表示：

${\mathrm{\&gamma;}}_{\min }=\frac{{360t}_q}{0.02}---<2>.$

（5）分别将每一晶闸管级的γ_min与***关断角γ进行比较，记录γ_min＜γ的晶闸管级数N_CF，并计算晶闸管级数N_CF在整个桥臂中所占比例k_CF：

$k_{\mathrm{CF}}=\frac{N_{\mathrm{CF}}}{N_t}---<3>;$

其中：N_t为该桥臂串联晶闸管级总数。

（6）判断晶闸管级数N_CF在整个桥臂中所占比例k_CF是否超出30%左右，判断该桥臂是否换相失败：若超出30%左右，则判定桥臂换相失败；否则，判定桥臂换相成功。

本发明通过确定动态最小关断角γ_min得到换相失败的实际判据；有利于直流输电的控制保护***调整关断角控制裕度。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种换流阀换相失败判别方法，所述方法用的***为换流阀***，所述换流阀***由多个换流阀模块以重叠式的结构串联组成，两个阀组件串联连接组成换流阀模块，数个晶闸管级串联后再和饱和电抗器相连组成换流阀的阀组件，单个晶闸管及其两端的辅助设备组成晶闸管级；其特征在于，所述方法基于晶闸管的动态最小关断角，包括下述步骤：

(1)测试运行参数晶闸管结温T_j、电流下降率di/dt、关断过程承受的反压V_rr，通态电流I_F的关断时间数据；

(2)拟合关断时间对步骤(1)中各运行参数的函数；

(3)残差分析，并判断最大残差是否小于30～40us；

(4)确定晶闸管关断过程的最小关断角；

(5)比较每一晶闸管级的最小关断角与***关断角；

(6)判断桥臂是否发生换相失败；

所述步骤(1)中，通过测量晶闸管在不同运行条件下的关断时间t_q，得到晶闸管最小关断角对应关断时间t_q的数据曲线；

所述步骤(2)中，根据试验数据进行多元线性回归分析拟合t_q对各运行参数的函数，其表达式如下：

$t_q=f(\frac{di}{dt},T_j,V_{rr},I_F)={\mathrm{\&beta;}}_0+{\mathrm{\&beta;}}_1\frac{di}{dt}+{\mathrm{\&beta;}}_2{T}_j+{\mathrm{\&beta;}}_3{V}_{rr}+{\mathrm{\&beta;}}_4{I}_T$ <1>；

通过数学拟合得到公式<1>中的系数：β₀、β₁、β₂、β₃和β₄；

各运行参数包括：晶闸管结温T_j、电流下降率di/dt、关断过程承受的反压V_rr，通态电流I_F；

所述步骤(3)中，利用试验数据对回归分析结果进行残差分析，残差分析是用来判断多元线性回归模型的拟合效果；

所述步骤(4)中，换流阀运行中的桥臂换相时，对桥臂内的各个晶闸管级进行运行参数检测，得到各晶闸管级实际运行中的最小关断角γ_min；

其中，电流下降率di/dt，关断过程承受的反压V_rr，通态电流I_F由晶闸管的TE板进行测量，晶闸管结温T_j由埋置于晶闸管内部温度传感器测量得到，最小关断角γ_min由下述表达式表示：

${\mathrm{\&gamma;}}_{min}=\frac{360t_q}{0.02}$ <2>；

所述步骤(5)中，分别将每一晶闸管级的γ_min与***关断角γ进行比较，记录γ_min＜γ的晶闸管级数N_CF，并计算晶闸管级数N_CF在整个桥臂中所占比例k_CF，表达式如下：

$k_{CF}=\frac{N_{CF}}{N_t}$ <3>；

其中：N_t为桥臂串联晶闸管级总数；

所述步骤(6)中，判断晶闸管级数N_CF在整个桥臂中所占比例k_CF是否超出30％，若超出30％，则判定桥臂换相失败；否则，判定桥臂换相成功。

2.如权利要求1所述的换流阀换相失败判别方法，其特征在于，所述辅助设备阻尼回路、直流均压回路、晶闸管、饱和电抗器和阀内杂散电容；所述阻尼回路、直流均压回路和晶闸管并联后组成阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路，阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路与饱和电抗器串联与阀内杂散电容并联。

3.如权利要求1所述的换流阀换相失败判别方法，其特征在于，换流阀桥臂由阀组件串联构成；每个阀组件串联有电抗器；所述阀组件由串联的晶闸管构成，每个晶闸管的控制极和阴极连接有门极单元，每个晶闸管并联有电阻支路和电阻-电容支路。