一种基于换流器损耗选择换流变分接头控制模式的方法

摘要

一种基于换流器损耗选择换流变分接头控制模式的方法，先根据IEC61803标准定义计算典型工况下换流器的损耗；再结合触发角度、换流变压器阀侧绕组线电压有效值、阀两端直流电压以及直流电流，拟合出换流变分接头定角控制模式和定电压控制控制模式下换流器损耗与运行工况参数之间的直接数学关系式；根据实际的直流输电系统运行工况，实时计算换流变分接头定角度控制控制模式和定电压控制控制模式下换流器的损耗，通过两者比较，选择损耗小的换流变分接头控制模式。从而可优化安排直流系统的运行方式，减少某种运行方式带来的高损耗。

说明书

技术领域

本发明属于高压直流输电领域，特别涉及一种基于换流器损耗选择换流变分接头控 制模式的方法。

背景技术

高压直流输电系统中，换流变分接头的控制对于高压直流输电系统的运行起着重要 作用，根据被控制量的不同，换流变分接头控制模式分为定角控制和定电压控制，前者 指保持触发角α或熄弧角γ为要求的参考值，后者指保持U_di0(空载直流电压)为要求 的参考值。

定角度控制模式，换流变分接头控制器将实测的换流器触发角和设定的参考值进行 比较，得到角度差。当角度差超过动作死区上限时，发出降分接头的命令；当角度差超 过动作死区下限时，发出升分接头的命令。执行换流变分接头升降指令的时候有一定的 延时，以避免分接头在交、直流电压扰动时发生升降。

定电压控制模式，换流变分接头控制器根据实际的换流变抽头位置和换流变交流侧 电压计算换流变阀侧空载电压。将计算得到的换流变阀侧空载电压与设定的参考值进行 比较，得到电压误差。换流变抽头控制器根据得到的电压误差来产生升/降换流变抽头 的命令。当电压误差超过动作死区上限时，发出降抽头的命令；当电压误差超过动作死 区下限时，发出升抽头的命令。执行抽头升降指令的时候有一定的延时，以避免抽头在 交、直流电压扰动时发生升降。

换流变分接头的不同控制模式会影响换流器损耗，由于换流器在运行中的波形复 杂，目前还没有一个较好的直接测算损耗的方法。通常采用的方法是分别计算晶闸管阀 的各损耗分量，最后相加得到换流器的损耗。目前未有专门针对换流器损耗进行计算分 析，从而对直流输电系统的运行和维护进行优化。

发明内容

本发明的目的是：在于提出了一种基于换流器损耗选择换流变分接头控制模式的方 法，可以根据直流输电系统运行工况，实时计算换流器的损耗，选择损耗小的换流变分 接头控制模式。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种基于换流器损耗选择换流变分接头控制模式的方法，包括以下步骤：

（1）根据IEC61803标准定义计算典型工况下换流器的损耗；

（2）根据步骤（1）计算得到的损耗，结合触发角度、换流变压器阀侧绕组线电压 有效值、阀两端直流电压以及直流电流，拟合出换流变分接头定角控制模式和定电压控 制控制模式下换流器损耗与运行工况参数之间的直接数学关系式；

P_α＝f_α(α，U_l,U_dc,I_dc)     （1）

P_U＝f_U(α，U_l,U_dc,I_dc)    （2）

P_α和P_U分别为换流变分接头定角度控制模式和定电压控制控制模式下的损耗，单 位kW；α为触发角度，单位度；U_l为换流变压器阀侧绕组线电压有效值，单位kV；U_dc为阀两端直流电压，单位kV；I_dc为直流电流，单位A。

（3）根据实际的直流输电系统运行工况，按照步骤（2）得到的直接数学关系式， 实时计算换流变分接头定角度控制控制模式和定电压控制控制模式下换流器的损耗，通 过两者比较，选择损耗小的换流变分接头控制模式。

上述典型工况具体是指，直流电流分别为额定I_dc及0.8I_dc、0.6I_dc、0.4I_dc、0.2I_dc的各种运行工况。

上述公式（1）拟合后形式如下：

$P_{\alpha }=U_l^2[k_1\alpha +{\alpha }^2(k_2{U}_{\mathrm{dc}}^2-k_3-k_4\frac{U_{\mathrm{dc}}}{\alpha })+{\alpha }^4(k_5+k_6{U}_{\mathrm{dc}}^4)]+U_{\mathrm{dc}}(k_7-k_8{U}_{\mathrm{dc}}-\frac{k_9}{U_{\mathrm{dc}}})$

$+I_{\mathrm{dc}}(k_{10}+k_{11}{U}_l{I}_{\mathrm{dc}}+k_{12}{U}_l^2{I}_{\mathrm{dc}})$

其中，k₁k₂……k₁₂为拟合系数。

上述公式（2）拟合后形式如下：

$P_U=U_{\mathrm{dc}}^2[K_1\frac{U_{\mathrm{dc}}}{\alpha }-K_2+K_3\frac{U_l^2}{U_{\mathrm{dc}}}\alpha +{\alpha }^2(K_4{U}_l^2{U}_{\mathrm{dc}}^2{\alpha }^2-K_5{U}_l^2)]$

$+U_l^2(K_6{\alpha }^2-K_7\alpha -K_8{\alpha }^4)+I_{\mathrm{dc}}^2(\frac{K_9}{I_{\mathrm{dc}}}+K_{10}{U}_{l}I+K_{11}{U}_l^2)-K_{12}$

其中，K₁K₂……K₁₂为拟合系数。

本发明有益效果是，采用上述方案，通过计算和拟合给出了换流器损耗与运行工况 参数之间的直接数学关系，可根据直流输电系统实时运行工况计算换流器损耗，从而选 择损耗较小的换流变分接头控制模式，可优化安排直流系统的运行方式，减少某种运行 方式带来的高损耗，有较高的应用价值。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明提供一种基于换流器损耗选择换流变分接头控制模式的方法，包括如下步 骤：

（1）根据IEC61803标准定义计算典型工况下换流器的损耗；典型工况可取直流电 流分别为额定I_dc及0.8I_dc、0.6I_dc、0.4I_dc、0.2I_dc的各种运行工况。

（2）根据步骤（1）计算得到的损耗，结合触发角度、换流变压器阀侧绕组线电压 有效值、阀两端直流电压以及直流电流，拟合出换流变分接头定角控制模式和定电压控 制控制模式下换流器损耗与运行工况参数之间的直接数学关系式；拟合后形式如下：

$P_{\alpha }=U_l^2[k_1\alpha +{\alpha }^2(k_2{U}_{\mathrm{dc}}^2-k_3-k_4\frac{U_{\mathrm{dc}}}{\alpha })+{\alpha }^4(k_5+k_6{U}_{\mathrm{dc}}^4)]+U_{\mathrm{dc}}(k_7-k_8{U}_{\mathrm{dc}}-\frac{k_9}{U_{\mathrm{dc}}})$

$+I_{\mathrm{dc}}(k_{10}+k_{11}{U}_l{I}_{\mathrm{dc}}+k_{12}{U}_l^2{I}_{\mathrm{dc}})$

$P_U=U_{\mathrm{dc}}^2[K_1\frac{U_{\mathrm{dc}}}{\alpha }-K_2+K_3\frac{U_l^2}{U_{\mathrm{dc}}}\alpha +{\alpha }^2(K_4{U}_l^2{U}_{\mathrm{dc}}^2{\alpha }^2-K_5{U}_l^2)]$

$+U_l^2(K_6{\alpha }^2-K_7\alpha -K_8{\alpha }^4)+I_{\mathrm{dc}}^2(\frac{K_9}{I_{\mathrm{dc}}}+K_{10}{U}_{l}I+K_{11}{U}_l^2)-K_{12}$

其中，k₁k₂……k₁₂为拟合系数，K₁K₂……K₁₂为拟合系数。

P_α和P_U分别为换流变分接头定角度控制模式和定电压控制控制模式下的损耗，单 位kW；α为触发角度，单位度；U_l为换流变压器阀侧绕组线电压有效值，单位kV；U_dc为阀两端直流电压值，单位kV；I_dc为阀两端直流电流值，单位A。

（3）根据实际的直流输电系统运行工况，按照步骤（2）得到的直接数学关系式， 实时计算换流变分接头定角度控制控制模式和定电压控制控制模式下换流器的损耗，通 过两者比较，选择损耗小的换流变分接头控制模式。

以实际直流输电工程为例，典型工况换流器损耗如表1和表2所示：

表1为换流变分接头定角度控制模式下典型工况损耗表

表2为换流变分接头定电压控制模式下典型工况损耗表

换流变分接头定角控制模式和定电压控制控制模式下换流器损耗与运行工况参数 之间的直接数学关系式拟合后形式如下：

$P_{\alpha }=U_L^2\{\frac{61}{7399}\alpha +{\alpha }^2(\frac{1009}{2524}·{10}^{-9}{U}_{\mathrm{dc}}^2-\frac{9}{89077}-\frac{133}{856}·{10}^{-4}\frac{U_{\mathrm{dc}}}{\alpha })+{\alpha }^4(\frac{1727}{1913}·{10}^{-8}+\frac{575}{678}·{10}^{-18}{U}_{\mathrm{dc}}^4)\}$

$+U_{\mathrm{dc}}(\frac{2007}{106}-\frac{312}{21275}{U}_{\mathrm{dc}}-\frac{87706}{19·U_{\mathrm{dc}}})+I_{\mathrm{dc}}(\frac{563}{560}+\frac{825}{256}·{10}^{-8}{U}_L{I}_{\mathrm{dc}}+\frac{1291}{1217}·{10}^{-9}{U}_L^2{I}_{\mathrm{dc}});$

$P_U=U_{\mathrm{dc}}^2\{\frac{2362}{177·U_{\mathrm{dc}}}-\frac{95}{4272}+\frac{1894}{995}·{10}^{-5}\frac{U_L^2}{U_{\mathrm{dc}}}\alpha +{\alpha }^2(\frac{982}{837}·{10}^{-19}{U}_L^2{U}_{\mathrm{dc}}^2{\alpha }^2-\frac{1265}{249}·{10}^{-10}{U}_L^2)\}$

$+U_L^2(\frac{5}{36946}{\alpha }^2-\frac{241}{28942}\alpha -\frac{1751}{276}{\alpha }^4)+I_{\mathrm{dc}}^2(\frac{993}{1135·I_{\mathrm{dc}}}+\frac{2693}{1378}·{10}^{-8}{U}_L+\frac{908}{493}·{10}^{-9}{U}_L^2)$

$-\frac{10482}{41}$

选择二者中损耗较小一种的换流变分接头控制模式

最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属 领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修 改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的专利要求保护范围之内。