Method for calculating influence of large phase modifier on DC commutation failure critical voltage
附图说明 图1是本发明实施例高压直流输电逆变侧结构图； 图2是本发明实施换相过程电压变化曲线图； 图3是本发明实施逆变侧阀5向阀1换相示意图； 图4是本发明实施换相面积、换相角度及其对应的电流变化； 图5是本发明实施交流系统电压对换相过程的影响； 图6是本发明实施含大型调相机的特高压交直流仿真计算平台。 技术领域 本发明涉及交直流电网安全运行领域，具体是一种大型调相机对直流换相失败临界电压影响计算方法。 具体实施方式 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 参见图1至图6，本发明实施例提供一种大型调相机对直流换相失败临界电压影响计算方法，包括如下步骤： 步骤1、根据图1所示典型高压直流输电工程，建立直流逆变侧换相电压计算模型，得到换相电压变化规律如下： 其中um为每相瞬时电压最大值；ua、uc分别为A相、C相电压瞬时值；ω为交流系统角频率，t代表时间； 如图2所示，换相触发角α与换相角μ及关断角γ之间关系如下。 α+μ+γ＝π (3) 步骤2、如图3逆变侧阀5向阀1换相示意图，利用已得到的换相电压变化规律，建立换相电流与换相电压、换相电抗及换相角度之间的关系，如图4、图5所示，计算公式如下： 式中，uac为交流系统中A相与C相的线电压，ua为交流系统中A相电压，uc为交流系统中C相电压，ik为A相与C相之间电流，L为换流站每相换相电感，α为换流站触发角，μ为换流站换相角，ω为交流系统角频率，t代表时间，U为交流系统线电压有效值，Id为直流系统额定电流。 步骤3、以国内某实际工程为例，计算交流系统发生三相故障，直流系统发生换相失败对应换流站交流系统母线临界电压值。实际工程逆变侧换流站换流变容量：(12+2)*490MVA、(12+2)*490MVA，分别接入2个电压等级；换流变阻抗百分比：22％、22％；换流变额定电压：1050kV、520kV；换流变抽头型式：-7/+27*0.65％、-5/+25*1.25％。 当交流系统发生三相对称故障，换流站交流母线电压跌落到0.76pu时，利用式(5)计算得到： μ＝32.6 γ＝7.4 对于交流系统三相对称故障，不同换流站交流电压对应换相角见下表1。 表1不同换流站交流母线电压对换相失败影响 步骤4、依据以上换相失败临界电压计算方法，构建PSCAD计算仿真平台，如图6所示。送受端交流系统保留特高压直流近区电网特高压线路，近区部分500kV网络，其余交流电网进行系统等值；直流系统模型直接采用实际工程生产厂家PSCAD直流模型，直流模型含换相失败预判模块；大型调相机以实际生产厂家参数为基础，容量为300Mvar，在系统电压大于0.8pu下，励磁电流达到3.5倍强励持续时间不小于5s，2.5倍强励电流持续时间不小于15s。 步骤5、计算调相机不同运行方式对交流系统电压的改变、判断高压直流输电逆变侧是否发生了换相失败，得到大型调相机对高压直流输电逆变侧换相失败的影响。 仿真平台计算得到调相机不同运行方式下的换流站母线电压水平，步骤4计算得到的换相失败对应交流系统临界电压，如果计算出来的母线电压大于临界电压，说明直流系统避免了换相失败，证明了选择的运行方式是好的；如果计算出来的母线电压小于临界电压，说明直流系统发生了换相失败，证明了选择的运行方式还需要调整。 在交流系统故障瞬间，由于大型调相机次暂态特性，内电势保持不变，故障瞬间即可提供大量无功功率，提升换流站交流母线电压，对于6脉动直流，20ms内逆变侧换相6次，如何充分发挥大型调相机次暂态特性，对降低直流逆变侧换相失败意义重大。下面分别计算大型调相机初始运行无功出力在50Mvar、100Mvar下，相同故障换相失败临界电压，计算结果见表2，加下划线代表已发生换相失败。 表2大型调相机不同初始工况对换相失败影响 从计算结果来看，调相机初始无功出力增加，相同故障下，换流站交流母线电压越高，换相失败发生概率越小。 本发明建立直流逆变侧换相电压计算模型，推导了换相电流与换相电压、换相电抗及换相角度之间的关系，提出了一种大型调相机对直流换相失败临界电压影响计算方法，可准确计算大型调相机对直流换相失败的影响，优化大型调相机运行方式。 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。 背景技术 我国能源资源与负荷需求逆向分布，远距离大容量特高压直流输电得到快速发展，远距离大容量特高压直流输电为负荷中心带来了大量清洁能源，但同时也对特高压交直流混联电网安全运行带来了新的问题。换相失败就是目前高压直流输电对特高压交直流混联大电网安全稳定运行的主要影响因素之一，交流系统故障引起直流系统换相失败，对特高压交直流混联大电网构成巨大安全压力，理论分析与实际运行均显示换相失败过程中，直流系统将从交流系统吸收大量无功功率，对特高压交直流电网安全稳定运行产生巨大冲击。为了提高交直流电网安全稳定水平，电力公司在直流受端换流站安装了一批新一代大容量调相机，以支撑交直流电网无功功率，降低换相失败发生概率,但目前缺少大型调相机对换相失败的影响计算方法。 发明内容 针对现有技术存在的上述问题，通过构建一个含大型调相机及实际直流模型的特高压交直流仿真计算平台，详细推导换流站交流母线电压与直流换相失败关系，提出了一种大型调相机对直流换相失败临界电压影响计算方法，可准确计算大型调相机对直流换相失败的影响，优化大型调相机运行方式。 一种大型调相机对直流换相失败临界电压影响计算方法，包括如下步骤： 步骤1、根据高压直流输电工程，建立直流逆变侧换相电压计算模型，得到换相电压变化规律； 步骤2、利用已得到的换相电压变化规律，建立换相电流与换相电压、换相电抗及换相角度之间的关系； 步骤3、根据已建立换相电流与换相电压、换相电抗及换相角度之间的关系，得到直流逆变侧换相角与换相电压、换相电流关系； 步骤4、利用已得到直流逆变侧换相角与换相电压、换相电流关系，依据换流器阀的最小关断角原理，计算得到导致高压直流输电逆变侧换相失败对应的交流系统临界电压； 步骤5、构建含大型调相机与详细直流模型的仿真计算平台，计算调相机不同运行方式下换流站母线电压水平，利用步骤4计算得到的换相失败对应交流系统临界电压，判断调相机不同运行方式下换流站母线电压水平是否避免了直流换相失败，得到大型调相机对高压直流输电逆变侧换相失败的影响。 进一步的，步骤1直流逆变侧换相电压计算模型，计算公式如下： um为每相瞬时电压最大值；ua、uc分别为A相、C相电压瞬时值；ω为交流系统角频率，t代表时间； 换相触发角α与换相角μ及关断角γ之间关系如下： α+μ+γ＝π (3)。 进一步的，步骤2利用已得到的换相电压变化规律，建立换相电流与换相电压、换相电抗及换相角度之间的关系如下： 其中，uac为交流系统中A相与C相的线电压，ua为交流系统中A相电压，uc为交流系统中C相电压，ik为A相与C相之间电流，L为换流站每相换相电感，α为换流站触发角，μ为换流站换相角，ω为交流系统角频率，t代表时间，U为交流系统线电压有效值，Id为直流系统额定电流。 进一步的，步骤3根据已建立换相电流与换相电压、换相电抗及换相角度之间的关系，得到直流逆变侧换相角与换相电压、换相电流关系如下： 其中，Uk％为换流站换流变压器阻抗百分比，IN为交流系统每相额定电流有效值，XT为换流变压器短路阻抗，UN为交流系统额定线电压有效值，α为换流站触发角，μ为换流站换相角，U为交流系统实际运行线电压有效值，Id为直流系统额定电流。 进一步的，步骤4中当逆变侧交流系统发生三相对称故障，由式(1)可知，如不考虑暂态过程，加在逆变侧换相回路两端的电压变化规律不变，阀两端电压幅值下降比例为U/UN，由式(6)可知，如果直流电流Id不变，电压下降前后换相面积应相等，当逆变侧交流系统电压下降后，为保持换相面积相等，换相角μ增大到μ`，关断角减小γ`，通常γ`小于7度后，换相过程就无法正常完成，当交流系统电压低于临界电压Ucr时，无论故障发生时刻点如何变化，逆变侧一定发生换相失败，该电压即为换相失败对应的交流系统临界电压Ucr。 本发明建立直流逆变侧换相电压计算模型，推导了换相电流与换相电压、换相电抗及换相角度之间的关系，提出了一种大型调相机对直流换相失败临界电压影响计算方法，对特高压交直流电网新增动态无功补偿设备防止换相失败具有指导意义。 The invention provides a method for calculating the influence of a large phase modifier on a DC commutation failure critical voltage, and the method comprises the steps: building a DC inverter side commutation voltage calculation model, and obtaining a commutation voltage change rule; establishing the relationship between the commutation current and the commutation voltage, the commutation reactance and the commutation angle; obtaining a relation between a direct current inversion side commutation angle and commutation voltage and commutation current; establishing a calculation model between the alternating current system voltage and the high-voltage direct current transmission commutation angle, and calculating to obtain an alternating current system critical voltage corresponding to the commutation failure of the high-voltage direct current transmission inverter side; and constructing a simulation calculation platform containing the large phase modifier and a detailed direct current model, calculating the reactive power output of the unit and the bus voltage level of the converter station in different operation modes of the phase modifier, and obtaining the influence of the large phase modifier on the commutation failure of the high-voltage direct current transmission inverter side by using the established AC system critical voltage corresponding to the commutation failure. The method can accurately calculate the influence of the large-scale phase modifier on the DC commutation failure, and optimizes the operation mode of the large-scale phase modifier. 1.一种大型调相机对直流换相失败临界电压影响计算方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1、根据高压直流输电工程，建立直流逆变侧换相电压计算模型，得到换相电压变化规律； 步骤2、利用已得到的换相电压变化规律，建立换相电流与换相电压、换相电抗及换相角度之间的关系； 步骤3、根据已建立换相电流与换相电压、换相电抗及换相角度之间的关系，得到直流逆变侧换相角与换相电压、换相电流关系； 步骤4、利用已得到直流逆变侧换相角与换相电压、换相电流关系，依据换流器阀的最小关断角原理，计算得到导致高压直流输电逆变侧换相失败对应的交流系统临界电压； 步骤5、构建含大型调相机与详细直流模型的仿真计算平台，计算调相机不同运行方式下换流站母线电压水平，利用步骤4计算得到的换相失败对应交流系统临界电压，判断调相机不同运行方式下换流站母线电压水平是否避免了直流换相失败，得到大型调相机对高压直流输电逆变侧换相失败的影响。 2.如权利要求1所述的大型调相机对直流换相失败临界电压影响计算方法，其特征在于，步骤1直流逆变侧换相电压计算模型，计算公式如下： um为每相瞬时电压最大值；ua、uc分别为A相、C相电压瞬时值；ω为交流系统角频率，t代表时间； 换相触发角α与换相角μ及关断角γ之间关系如下： α+μ+γ＝π (3)。 3.如权利要求2所述的大型调相机对直流换相失败临界电压影响计算方法，其特征在于，步骤2利用已得到的换相电压变化规律，建立换相电流与换相电压、换相电抗及换相角度之间的关系如下： 其中，uac为交流系统中A相与C相的线电压，ua为交流系统中A相电压，uc为交流系统中C相电压，ik为A相与C相之间电流，L为换流站每相换相电感，α为换流站触发角，μ为换流站换相角，ω为交流系统角频率，t代表时间，U为交流系统线电压有效值，Id为直流系统额定电流。 4.如权利要求3所述的大型调相机对直流换相失败临界电压影响计算方法，其特征在于，步骤3根据已建立换相电流与换相电压、换相电抗及换相角度之间的关系，得到直流逆变侧换相角与换相电压、换相电流关系如下： 其中，Uk％为换流站换流变压器阻抗百分比，IN为交流系统每相额定电流有效值，XT为换流变压器短路阻抗，UN为交流系统额定线电压有效值，α为换流站触发角，μ为换流站换相角，U为交流系统实际运行线电压有效值，Id为直流系统额定电流。 5.如权利要求3所述的大型调相机对直流换相失败临界电压影响计算方法，其特征在于，步骤4中当逆变侧交流系统发生三相对称故障，由式(1)可知，如不考虑暂态过程，加在逆变侧换相回路两端的电压变化规律不变，阀两端电压幅值下降比例为U/UN，由式(6)可知，如果直流电流Id不变，电压下降前后换相面积应相等，当逆变侧交流系统电压下降后，为保持换相面积相等，换相角μ增大到μ`，关断角减小γ`，通常γ`小于7度后，换相过程就无法正常完成，当交流系统电压低于临界电压Ucr时，无论故障发生时刻点如何变化，逆变侧一定发生换相失败，该电压即为换相失败对应的交流系统临界电压Ucr。