本發(fā)明涉及一種優(yōu)化方法，具體講涉及一種換流閥的優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
換流閥是直流輸電工程的核心設(shè)備，通過依次將三相交流電壓連接到直流端得到期望的直流電壓和實現(xiàn)對功率的控制，其價值約占換流站成套設(shè)備總價的22～25％
換流閥可應(yīng)用于具備抵御換相失敗能力的換流系統(tǒng)中，用于減少換相失敗或克服換相失敗。換相失敗(commutationfailure，cf)是特高壓直流輸電逆變器較為常見的故障形式，當(dāng)兩個閥換相時，換相過程未完畢，或者預(yù)計的關(guān)斷閥關(guān)斷后，反向電壓期間未能恢復(fù)阻斷能力，加在該閥上的電壓為正時，立刻重新導(dǎo)通，發(fā)生倒換相，預(yù)計開通的閥重新關(guān)斷的這一現(xiàn)象稱為換相失敗。換相失敗的根源在于晶閘管元件的半控特性，晶閘管的開通可以通過觸發(fā)脈沖控制，但條件是必須對其施加反向電壓并持續(xù)一段時間，使晶閘管中的載流子去游離化，恢復(fù)阻斷能力，獲得可靠關(guān)斷。若施加的反向電壓時間太短，晶閘管一旦承受正向電壓，勿需觸發(fā)脈沖也會重新導(dǎo)通。換相失敗會引起換流變壓器直流偏磁，換流閥過熱，過電壓等問題，繼發(fā)性的換相失敗還可能引起直流系統(tǒng)閉鎖，給電網(wǎng)穩(wěn)定造成更大的沖擊。
隨著“西電東送”戰(zhàn)略逐步實施，特高壓直流輸電工程集中投運，我國已成為世界上容量、規(guī)模最大的交直流混聯(lián)電網(wǎng)。特高壓直流單回輸送容量的不斷提升，顯現(xiàn)出“強直弱交”特征，主要體現(xiàn)：一是受端電網(wǎng)多為負(fù)荷中心，多直流饋入落點集中，各逆變站間電氣距離較近，換流站近區(qū)的交流系統(tǒng)故障可能導(dǎo)致多回直流同時發(fā)生換相失??；二是送端電網(wǎng)為能源集中區(qū)域，交流系統(tǒng)聯(lián)系相對薄弱，若逆變側(cè)換相失敗導(dǎo)致直流功率輸送暫時中斷，送端電網(wǎng)的部分重要斷面超過穩(wěn)定極限、部分火電機組超速、風(fēng)電機組因低壓或高壓大規(guī)模脫網(wǎng)，嚴(yán)重威脅系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。因此，換相失敗的危害嚴(yán)重。
現(xiàn)有的抵御換相失敗的措施一般是改進(jìn)控制器的參數(shù)，使控制系統(tǒng)在發(fā)生換相失敗后快速檢測到故障，或者采用特定的控制措施使系統(tǒng)從故障中快速恢復(fù)，這些手段并非是針對換流設(shè)備本身而提出的。而事實證明換相失敗的發(fā)生，是由于換流閥的核心器件——晶閘管的半控性和非理想性引起的。并且，隨直流工程電壓、容量提升和大功率晶閘管器件的工藝升級，在維持原關(guān)斷角整定值不變的情況下，晶閘管的固有關(guān)斷角增大，導(dǎo)致關(guān)斷角控制裕度減??；而晶閘管的固有關(guān)斷角對應(yīng)時間并非是一個定值，隨換流閥運行條件而變化，變化范圍高達(dá)數(shù)百μs。
為此，需要提供一種應(yīng)用于抵御換相失敗能力的換流系統(tǒng)的換流閥，對該換流閥的優(yōu)化方法，用于克服現(xiàn)有技術(shù)中對抵御換相失敗存在的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，本發(fā)明提供一種換流閥的優(yōu)化方法，所述換流閥包括：電抗器、晶閘管、阻尼支路、均壓支路、觸發(fā)裝置及閥基電子設(shè)備和冷卻系統(tǒng)，所述優(yōu)化方法包括，對所述晶閘管、觸發(fā)裝置及閥基電子設(shè)備、電抗器、阻尼支路、均壓支路和冷卻系統(tǒng)至少一種的優(yōu)化；
所述晶閘管的優(yōu)化通過確定晶閘管的最小關(guān)斷角裕度的抑制指標(biāo)的方式實現(xiàn)。
優(yōu)選的，所述晶閘管的優(yōu)化方法包括：
i、測量晶閘管的最小關(guān)斷角裕度；
ii、計算額定關(guān)斷角裕度；
iii、將額定關(guān)斷角裕度與預(yù)設(shè)閾值比較確定最小關(guān)斷角裕度的抑制指標(biāo)。
優(yōu)選的，所述觸發(fā)裝置及閥基電子設(shè)備的優(yōu)化方法包括：
a觸發(fā)監(jiān)測裝置測量所述晶閘管運行時的關(guān)斷角裕度；
b計算額定關(guān)斷角裕度；
c將額定關(guān)斷角裕度上報給站級控制保護(hù)系統(tǒng)，站級控制保護(hù)系統(tǒng)調(diào)節(jié)關(guān)斷角的整定值，減少換相失敗的發(fā)生；
d所述閥基電子設(shè)備實時監(jiān)測晶閘管的阻斷狀態(tài)；
e各受端換流站建立集總通信站，用以交換實測信息，當(dāng)換流閥發(fā)生換相失敗時，通過集總通信站告知其它換流閥減小觸發(fā)角，進(jìn)而減少換相失敗。
優(yōu)選的，所述額定關(guān)斷角裕度按下式計算：
δγn＝γ-γmin(1)
式中，γ：關(guān)斷角裕度；γmin：晶閘管的最小關(guān)斷角裕度。
優(yōu)選的，所述步驟d實時監(jiān)測晶閘管阻斷狀態(tài)包括：周期性采樣窗口采集晶閘管電壓，當(dāng)采集窗口采不到閥的正向電壓時，向站級控制保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出報警信號。
優(yōu)選的，所述電抗器的優(yōu)化包括：調(diào)節(jié)所述電抗器的不飽和電感值，在滿足換流閥正常運行條件下，使得晶閘管關(guān)斷時間最小。
優(yōu)選的，所述阻尼支路的優(yōu)化包括：調(diào)節(jié)所述阻尼支路的阻尼電容和阻尼電阻，在滿足換流閥的電壓運行條件的情況下，使晶閘管關(guān)斷時間最小。
優(yōu)選的，所述均壓支路的優(yōu)化包括：設(shè)定所述均壓支路的直流均壓電阻的阻值，使晶閘管阻斷狀態(tài)時的漏電流流過均壓直流。
優(yōu)選的，所述冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化包括：優(yōu)化散熱溝道或擴大冷卻支路。
優(yōu)選的，所述晶閘管、均壓支路和阻尼支路并聯(lián)后與電抗器串聯(lián)，所述觸發(fā)裝置及閥基電子設(shè)備和冷卻系統(tǒng)分別與所述晶閘管連接。
與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)異效果：
(1)本發(fā)明的技術(shù)方案應(yīng)用于特高壓直流系統(tǒng)，提高了特高壓直流系統(tǒng)抵御換相失敗的能力，大大減低了換相失敗故障發(fā)生概率；
(2)本發(fā)明提供的技術(shù)方案，提出了換流閥晶閘管優(yōu)化指標(biāo)；從晶閘管的動態(tài)換相特性入手，研究換流閥設(shè)備抵御換相失敗的技術(shù)，提升換流閥晶閘管的換相特性，使其適當(dāng)減小所需的關(guān)斷時間，控制裕度提高，從而提高換流閥主動防御換相失敗的能力，尤其是從源頭上降低多饋入直流系統(tǒng)換相失敗及其連鎖反應(yīng)的幾率；
(3)本發(fā)明提出了換流閥均壓支路和電抗器參數(shù)優(yōu)化方法，優(yōu)化了換流閥的均壓支路參數(shù)、電抗器參數(shù)和阻尼支路參數(shù)，使得晶閘管的動態(tài)關(guān)斷特性受到適當(dāng)有益影響；
(4)本發(fā)明提供的技術(shù)方案，提升了換流閥觸發(fā)監(jiān)測裝置的智能化程度，使得換流閥設(shè)備具備對換相失敗的快速監(jiān)測功能，提高了換流閥所在的多直流饋入系統(tǒng)耐受換相失敗及其嚴(yán)重后果的能力；
(5)本發(fā)明提供的技術(shù)方案，通過優(yōu)化換流閥冷卻系統(tǒng)，降低晶閘管結(jié)溫，從而減少晶閘管在關(guān)斷過程中產(chǎn)生的反向恢復(fù)電荷，優(yōu)化換相特性。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的換流閥應(yīng)用于具備抵御換相失敗能力的換流系統(tǒng)示意圖；
圖2為本發(fā)明的換流閥的組成結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明的關(guān)斷角裕度示意圖；
圖4為本發(fā)明的換相失敗正向電壓采樣原理示意圖；
圖5為本發(fā)明的換流閥應(yīng)用于換流系統(tǒng)的集總通信站使用方式示意圖；
其中，1‐換流變壓器，2‐換流閥，3‐交流濾波器，4‐平波電抗器，5‐直流濾波器，6‐直流側(cè)換相橋路，7‐晶閘管，8‐均壓支路，9‐電抗器，10‐觸發(fā)裝置及閥基電子設(shè)備，11‐冷卻系統(tǒng)，12‐阻尼支路。
具體實施方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合說明書附圖和實例對本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步的說明。
本發(fā)明提供一種換流閥的優(yōu)化方法，所述換流閥包括：電抗器、晶閘管、阻尼支路、均壓支路、觸發(fā)裝置及閥基電子設(shè)備和冷卻系統(tǒng)，優(yōu)化方法包括，對晶閘管、觸發(fā)裝置及閥基電子設(shè)備、電抗器、阻尼支路、均壓支路和冷卻系統(tǒng)至少一種的優(yōu)化；
晶閘管的優(yōu)化通過確定晶閘管的最小關(guān)斷角裕度的抑制指標(biāo)的方式實現(xiàn)。晶閘管的優(yōu)化方法包括：
i、測量晶閘管的最小關(guān)斷角裕度；
ii、計算額定關(guān)斷角裕度；
iii、將額定關(guān)斷角裕度與預(yù)設(shè)閾值比較確定最小關(guān)斷角裕度的抑制指標(biāo)。
觸發(fā)裝置及閥基電子設(shè)備的優(yōu)化方法包括：
a觸發(fā)監(jiān)測裝置測量所述晶閘管運行時的關(guān)斷角裕度；
b計算額定關(guān)斷角裕度；
c將額定關(guān)斷角裕度上報給站級控制保護(hù)系統(tǒng)，站級控制保護(hù)系統(tǒng)調(diào)節(jié)關(guān)斷角的整定值，減少換相失敗的發(fā)生；
d所述閥基電子設(shè)備實時監(jiān)測晶閘管的阻斷狀態(tài)；
e各受端換流站建立集總通信站，用以交換實測信息，當(dāng)換流閥發(fā)生換相失敗時，通過集總通信站告知其它換流閥減小觸發(fā)角，進(jìn)而減少換相失敗。
額定關(guān)斷角裕度按下式計算：
δγn＝γ-γmin(1)
式中，γ：關(guān)斷角裕度；γmin：晶閘管的最小關(guān)斷角裕度。
步驟d實時監(jiān)測晶閘管阻斷狀態(tài)包括：周期性采樣窗口采集晶閘管電壓，當(dāng)采集窗口采不到閥的正向電壓時，向站級控制保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出報警信號。
電抗器的優(yōu)化包括：調(diào)節(jié)所述電抗器的不飽和電感值，在滿足換流閥正常運行條件下，使得晶閘管關(guān)斷時間最小。
阻尼支路包括：串聯(lián)的電阻和電容。阻尼支路的優(yōu)化包括：調(diào)節(jié)所述阻尼支路的阻尼電容和阻尼電阻，在滿足換流閥的電壓運行條件的情況下，使晶閘管關(guān)斷時間最小。
均壓支路的優(yōu)化包括：設(shè)定所述均壓支路的直流均壓電阻的阻值，使晶閘管阻斷狀態(tài)時的漏電流流過均壓直流。
冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化包括：優(yōu)化散熱溝道或擴大冷卻支路。
晶閘管、均壓支路和阻尼支路并聯(lián)后與電抗器串聯(lián)，所述觸發(fā)裝置及閥基電子設(shè)備和冷卻系統(tǒng)分別與所述晶閘管連接。
換流閥的結(jié)構(gòu)包括：7‐晶閘管，8‐均壓支路、9‐電抗器、10‐觸發(fā)裝置、11‐冷卻系統(tǒng)和12‐阻尼支路。
與電抗器連接、依次并聯(lián)的晶閘管、阻尼支路和均壓支路；所述晶閘管連接有冷卻系統(tǒng)、觸發(fā)裝置及閥基電子設(shè)備。
晶閘管設(shè)定最小關(guān)斷時間抑制指標(biāo)，將換流系統(tǒng)的額定關(guān)斷角裕度限定小于關(guān)斷角裕度規(guī)定值。
具體實施例一：將本發(fā)明的換流閥應(yīng)用于換流系統(tǒng)，如圖1所示，1‐換流變壓器，2‐換流閥，3‐交流濾波器，4‐平波電抗器，5‐直流濾波器，6‐直流側(cè)換相橋路；
換流變壓器1的兩側(cè)分別與交流母線和所述換流閥2連接，所述換流閥2的另一端同與所述直流線路一端連接的所述平波電抗器4連接；所述交流濾波器3連接在交流母線和大地間；所述直流濾波器5并聯(lián)在所述直流線路和大地間。
如圖2所示，換流閥2主要由7、晶閘管，8、阻尼支路，9、電抗器，10、觸發(fā)裝置及閥基電子設(shè)備，11、冷卻系統(tǒng)，12、均壓支路等部分構(gòu)成。
晶閘管、均壓支路、阻尼支路處于并聯(lián)關(guān)系，三者并聯(lián)后與電抗器串聯(lián)，由觸發(fā)裝置和閥基電子設(shè)備對晶閘管進(jìn)行控制，由冷卻系統(tǒng)對晶閘管耗散的功率進(jìn)行散熱。
a、具備抵御換相失敗能力的換流系統(tǒng)中，晶閘管7的優(yōu)化方法包括下述步驟：
<a>在給定運行試驗條件下，測量晶閘管的最小關(guān)斷時間γmin。
<b>計算該條件下的額定關(guān)斷角裕度δγn＝γ‐γmin
<c>若δγn小于規(guī)定的定值，則提出γmin抑制指標(biāo)。
b、具備抵御換相失敗能力的換流系統(tǒng)中，均壓支路8的優(yōu)化方法包括下述步驟：
<a>測量晶閘管阻斷狀態(tài)流過的漏電流。
<b>設(shè)計直流均壓電阻的阻值，使得晶閘管阻斷狀態(tài)的漏電流的大多數(shù)(如90％)流過均壓支路8。
c、具備抵御換相失敗能力的換流系統(tǒng)中，阻尼支路12的優(yōu)化方法包括下述步驟：
<a>設(shè)計阻尼支路的阻尼電容和阻尼電阻，使得換相過沖和晶閘管關(guān)斷損耗均為合適值，滿足換流閥的電壓運行條件的情況下，晶閘管關(guān)斷時間較小。
d、具備抵御換相失敗能力的換流系統(tǒng)中，電抗器9的優(yōu)化方法包括下述步驟：
<a>設(shè)計電抗器的不飽和電感值，在滿足換流閥正常運行情況下，使得晶閘管關(guān)斷時間較小。
e、具備抵御換相失敗能力的換流系統(tǒng)中，換流閥觸發(fā)裝置及閥基電子設(shè)備10的優(yōu)化方法，包括如下步驟：
<a>由觸發(fā)監(jiān)測裝置實測得到晶閘管運行時的關(guān)斷角裕度γ，如圖3。
<b>計算該條件下的額定關(guān)斷角裕度δγ＝γ‐γmin，
<c>將額定關(guān)斷角裕度δγ上報給站級控制保護(hù)系統(tǒng)，由站級控制保護(hù)系統(tǒng)調(diào)節(jié)γ角的整定值。
<d>在計算額定關(guān)斷角裕度δγ的同時，對晶閘管的阻斷狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，包含但不限于以下方法：利用周期性采樣窗口對晶閘管電壓進(jìn)行采樣，采樣原理如圖4所示，若采樣窗口則采樣不到閥的正向電壓，則發(fā)生換相失敗，此時向站級控制保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出報警信號。
<e>如圖5所示，各受端換流站建立一個集總通信站，用以交換任意逆變站之間的信息，如實測關(guān)斷角、晶閘管γmin，逆變站控制裕度等信息。當(dāng)換流閥發(fā)生換相失敗時，通過集總通信站告之其它換流閥，提前減小觸發(fā)角，待故障處理后再恢復(fù)正常整定值。
f、具備抵御換相失敗能力的換流系統(tǒng)中，冷卻系統(tǒng)11的優(yōu)化方法，包括如下步驟：
<a>通過優(yōu)化散熱器溝道設(shè)計結(jié)構(gòu)，使其降低晶閘管到水路的總體熱阻，或擴大冷卻支路增加冷卻支路水流量有效降低結(jié)溫從而縮短晶閘管固有關(guān)斷時間。
以上僅為本發(fā)明的實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。