直流輸電系統中預測型熄弧角的控制方法

《直流輸電系統中預測型熄弧角的控制方法》是許繼集團有限公司、許繼電氣股份有限公司於2005年6月16日申請的專利，該專利的申請號為2005100176993，公布號為CN1881772，公布日為2006年12月20日，發明人是曹森、王海軍、郝俊芳、郭宏光、呂斌。

《直流輸電系統中預測型熄弧角的控制方法》是在直流輸電系統正常運行時，測量實際的直流電流和理想空載直流電壓值，根據設定的熄弧角參考值，採用預測型熄弧角算法，逆變側熄弧角控制器計算逆變器所需要的觸發角的大小，實時計算達到熄弧角參考值需要的觸發角值，從而對逆變側熄弧角進行控制，達到逆變側定熄弧角運行，同時在預測型熄弧角算法中，對逆變側的定熄弧角特性的負斜率特性進行修正，使之具有正斜率特性。該發明首次採用了單個PI控制器實現了直流輸電系統中逆變側預測型熄弧角控制功能，滿足直流輸電系統中逆變側的熄弧角控制的要求，方法簡單，容易實現。

2013年10月，《直流輸電系統中預測型熄弧角的控制方法》獲得第十五屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《直流輸電系統中預測型熄弧角的控制方法》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：直流輸電系統中預測型熄弧角的控制方法
• 類別：發明專利
• 公布號：CN1881772
• 公布日：2006年12月20日
• 申請號：2005100176993
• 申請日：2005年6月16日
• 申請人：許繼集團有限公司、許繼電氣股份有限公司
• 地址：河南省許昌市建設路178號
• 發明人：曹森、王海軍、郝俊芳、郭宏光、呂斌
• 分類號：H02M7/48（2006.01）、H02M7/515（2006.01）
• 專利代理機構：鄭州聯科專利事務所
• 代理人：陳浩

專利背景

直流輸電系統中，逆變器在將直流逆變成交流的過程中，逆變器的閥有一個換相過程，為了保證逆變器換相成功，要求換流閥從關斷（閥中的電流為零）到其電壓由負變正的過零點之間的時間要足夠長，使得閥關斷後處於反向電壓的時間能夠充分滿足恢復阻斷能力的要求。否則當閥上電壓變正時，閥在無觸發脈衝的情況下，可能又重新導通，造成換相失敗，規定從閥關斷到閥上電壓由負變正的過零點之間的時間用角度表示稱之為熄弧角，也稱關斷角。在直流輸電工程中，逆變側都設有熄弧角控制器，對熄弧角進行控制，防止逆變器產生換相失敗。

直流輸電工程中，逆變側一般配置三種控制方式：直流電流控制、直流電壓控制和熄弧角控制。熄弧角控制只是逆變側的一種控制方式。截至2005年6月，逆變側熄弧角控制的實現有兩種方法：實測型熄弧角控制和預測型熄弧角控制，實測型熄弧角控制是指用於控制的熄弧角實際值是實際測量得到的。熄弧角的測量是通過測量每個換流閥電流過零點（關斷點）和同步電壓正向過零點之間的電角度，從而得到這個換流閥的實際的熄弧角值，所有換流閥中的最小熄弧角值作為實際的熄弧角值用於熄弧角控制。預測型熄弧角控制就是根據當前直流系統中的運行狀態，採用預測型熄弧角算法預測逆變器的熄弧角的實際值，進行熄弧角控制。

採用實測型熄弧角控制，需要增加相關的硬體設備，在換流閥上要求能夠檢測出電流過零信號，並且能夠精確輸出；極控系統還要精確測量每個換流閥的同步電壓過零點，此外由於熄弧角的數值比較小，一般為十幾度，對應的時間僅有1毫秒左右，這就對直流輸電系統的硬體檢測迴路、測量迴路和輸入輸出迴路要求比較高，小的測量偏差將會嚴重影響的熄弧角的測量精度。另外在實際的工程中，熄弧角檢測、計算迴路的調試、熄弧角值的精確校正也需要很大的工作量。

發明內容

專利目的

《直流輸電系統中預測型熄弧角的控制方法》的目的在於提供一種直流輸電系統中預測型熄弧角的控制方法，對逆變側的熄弧角進行控制，並且對定熄弧角控制的負斜率特性修正為正斜率，提高逆變側控制系統的穩定性。

技術方案

《直流輸電系統中預測型熄弧角的控制方法》是在直流輸電系統正常運行時，測量實際的直流電流和理想空載直流電壓值，根據設定的熄弧角參考值，採用預測型熄弧角算法，逆變側熄弧角控制器計算逆變器所需要的觸發角的大小，實時計算達到熄弧角參考值需要的觸發角值，從而對逆變側熄弧角進行控制，達到逆變側定熄弧角運行，同時在預測型熄弧角算法中，對逆變側的定熄弧角特性的負斜率特性進行修正，使之具有正斜率特性。

直流電流參考值和實際值產生的誤差經過非線性環節之後，產生直流電流的控制誤差ΔId；同時直流電壓參考值和直流電壓實際值產生的直流電壓控制誤差ΔUd，直流電流的控制誤差ΔId和直流電壓的控制誤差ΔUd經過最大值選擇之後，最大的控制誤差被選中，送到PI比例積分控制器，同時經過多路選擇器選中相應的比例和積分係數也送到PI比例積分控制器，PI比例積分控制器根據選中的控制誤差和相應的比例積分係數進行控制信號輸出，經過非線性環節之後，輸出觸發角送到觸發單元，產生換流閥所需要的觸發脈衝。

預測型熄弧角控制的實現是通過測量實際的直流電壓和換流變進線交流電壓，預測型熄弧角控制算法產生逆變側所需要的觸發角，輸出到PI比例積分控制器，對PI比例積分控制器輸出的上限值進行限制，從而實現了逆變側熄弧角控制。

預測型熄弧角控制算法是根據直流輸電理論的基本換相公式，根據測量的直流電流和換流變進線電壓對熄弧角進行預測計算，同時根據直流電流的控制誤差對熄弧角控制進行修正，這樣使得在直流電流減小的過程中，適當的增大熄弧角，減小直流電壓，從而使熄弧角控制在設定的電流變化範圍內具有正斜率的特性，提高整個控制系統的穩定性。

採用預測型熄弧角控制方法對熄弧角進行預測，節省了熄弧角測量所需的硬體設備，同時還減少了現場的調試工作量。隨著計算機技術的發展，特別是實時、多任務、並行處理計算機系統的快速發展，使得熄弧角值的預測能夠達到非常實用和精確的程度，預測型熄弧角控制的方法的實現更加方便、快速。

發明特點

《直流輸電系統中預測型熄弧角的控制方法》的特點：①在實際的直流輸電工程中，逆變側的熄弧角控制不需要對熄弧角進行實際測量，省去了大量的熄弧角測量的硬體設備。②只需要測量兩個模擬量，就可以完成逆變側預測型熄弧角控制。③逆變側的多種閉環控制功能採用單個PI控制器實現，實現方法簡單。④對逆變側熄弧角控制的負斜率特性進行修正，提高了直流系統的穩定性。

有益效果

《直流輸電系統中預測型熄弧角的控制方法》首次採用了單個PI控制器實現了直流輸電系統中逆變側預測型熄弧角控制功能，滿足直流輸電系統中逆變側的熄弧角控制的要求，方法簡單，容易實現。

附圖說明

圖1為《直流輸電系統中預測型熄弧角的控制方法》中逆變側熄弧角控制的原理框圖；

圖2為預測型熄弧角控制實現的方法框圖。

權利要求

1.《直流輸電系統中預測型熄弧角的控制方法》其特徵在於，該方法是在直流輸電系統正常運行時，測量實際的直流電流和換流變進線交流電壓，根據設定的熄弧角參考值，採用預測型熄弧角算法，由逆變側熄弧角控制器計算逆變器所需要的觸發角的大小，實時計算達到熄弧角參考值需要的觸發角值，從而對逆變側熄弧角進行控制，達到逆變側定熄弧角運行，同時在預測型熄弧角算法中，對逆變側的定熄弧角控制的負斜率特性進行修正，使之具有正斜率特性；預測型熄弧角算法是根據直流輸電理論的基本換相公式，根據測量的直流電流和換流變進線交流電壓對熄弧角進行預測計算，同時根據直流電流的控制誤差對定熄弧角控制進行修正，這樣使得在直流電流減小的過程中，適當的增大熄弧角，減小直流電壓，從而使定熄弧角控制在設定的電流變化範圍內具有正斜率的特性，提高整個控制系統的穩定性。

2.根據權利要求1所述的直流輸電系統中預測型熄弧角的控制方法，其特徵在於，直流電流參考值和實際值產生的誤差經過非線性環節之後，產生直流電流的控制誤差ΔId；同時直流電壓參考值和直流電壓實際值產生直流電壓控制誤差ΔUd，直流電流的控制誤差ΔId和直流電壓控制誤差ΔUd經過最大值選擇之後，最大的控制誤差被選中，送到PI比例積分控制器，同時經過多路選擇器選中相應的比例和積分係數也送到PI比例積分控制器，PI比例積分控制器根據選中的控制誤差和相應的比例和積分係數進行控制信號輸出，經過非線性環節之後，輸出觸發角到觸發單元，產生逆變器換流閥所需要的觸發脈衝。

3.根據權利要求2所述的直流輸電系統中預測型熄弧角的控制方法，其特徵在於，逆變側定熄弧角控制的實現是通過測量實際的直流電流和換流變進線交流電壓，由預測型熄弧角算法產生逆變側所需要的觸發角，輸出到PI比例積分控制器，對PI比例積分控制器輸出的上限值進行限制，從而實現了逆變側定熄弧角控制。

實施方式

《直流輸電系統中預測型熄弧角的控制方法》中逆變側熄弧角控制的原理框圖如圖1所示，根據測量的直流電流和換流變壓器交流進線電壓值，按照設定的熄弧角參考值，逆變側熄弧角控制器計算逆變器所需要的觸發角的大小，送到觸發單元，產生所需要的觸發脈衝，送到逆變器，觸發換流閥。

預測型熄弧角控制實現的詳細方法如圖2所示。直流電流參考值和實際值產生的誤差經過非線性環節之後，產生直流電流的控制誤差ΔId；同時直流電壓參考值和直流電壓實際值產生的直流電壓控制誤差ΔUd，直流電流的控制誤差ΔId和直流電壓的控制誤差ΔUd經過最大值選擇之後，最大的控制誤差被選中，送到PI比例積分控制器，同時經過多路選擇器選中相應的比例和積分係數也送到PI控制器。PI控制器根據選中的控制誤差和相應的比例積分係數進行控制信號輸出，經過非線性環節之後，輸出觸發角送到觸發單元，產生換流閥所需要的觸發脈衝。

圖2中，預測型熄弧角控制的實現是通過測量實際的直流電壓和換流變進線交流電壓，預測型熄弧角控制算法產生逆變側所需要的觸發角，輸出到PI控制器，對PI控制器輸出的上限值進行限制，從而實現了逆變側熄弧角控制。

預測型熄弧角控制算法是根據直流輸電理論的基本換相公式，根據測量的直流電壓和換流變進線電壓對熄弧角進行預測計算，同時根據直流電流的控制誤差對熄弧角控制進行修正，這樣使得在直流電流減小的過程中，適當的增大熄弧角，減小直流電壓，從而使熄弧角控制在一定的電流變化範圍內具有正斜率的特性，提高整個控制系統的穩定性。

系統運行時，逆變側的直流電流參考值比直流電流實際值大10％，直流電流控制誤差為-10％，直流電壓參考值比直流電壓實際值大5％，兩個控制誤差最大值被選中，由於這個誤差一直存在，所以PI控制器輸出一直到最大值限制值，也就是預測型熄弧角算法計算得觸發角的值，從而實現了逆變側熄弧角控制功能。

榮譽表彰

2013年10月，《直流輸電系統中預測型熄弧角的控制方法》獲得第十五屆中國專利優秀獎。