AMIN功能模块详解

本书所研究的直流系统电磁暂态仿真平台与PSCAD/EMTDC自身具备的电磁暂态仿真功能相比，具有许多PSCAD软件所不具备的功能模块，而这些功能在实际工程的直流控制保护系统中具有极其重要的作用，前文所提到的所有预编译集成功能模块（Precomplied Functions）都是根据实际直流工程的需要，为提高控制系统的功能并改善系统的动态性能所开发的，由于篇幅限制，本书仅将实际工程中为降低逆变侧换相失败几率而开发的逆变侧换相裕度计算功能模块（AMIN）进行详细分析，推导其计算过程及模块仿真计算时的计算流程。

3.4.4.1　换相裕度计算（AMIN）原理

直流控制系统中逆变侧控制系统的电流指令要比整流侧的低，逆变站的电流调节器具有较大的触发角（α），用来产生反电势并用于降低直流电流，这意味着相对于可靠换相时的最小允许的熄弧角，触发角可能会超过避免换相失败时允许的最大触发角，最大触发角（α）对应于安全换相时允许的最小熄弧角（γ）。为防止这种情况出现，控制系统的换流器点火控制中增加了换相裕度控制功能，用来计算点火时刻。图326描述了换相裕度控制功能对点火脉冲的控制逻辑，当逻辑信号Dαmaxγ为高电平时产生点火脉冲触发信号，Dαmaxγ是换相裕度控制功能发出的触发指令。

当直流电流从一个阀换相到另一个阀的过程中，有两个阀会同时导通较短的时间，这段时间就是叠弧时间μ，在叠弧时间内，即将退出导通的阀必须承受一定的反向电压，使得载流子反向恢复后，才能安全关断，因此定义从叠弧结束到换相电压过零点的剩余的电压与时间区域的面积为逆变侧的换相裕度，如图3-27所示，称为AMIN（Area Minimum），换相裕度只是一个确定的正向电压与时间区域（和可控硅的去电离时间有关），而不是固定的时间或角度。这是成功换相所要求的，区域面积取决于直流电流和换流变短路阻抗（也称为换相阻抗）。

图326　换相裕度控制功能对点火脉冲的控制逻辑

图327　换相裕度参考值定义

在假定换相电压没有受到扰动的情况下，根据图327可以计算得到最小允许的剩余电压—时间区域的参考值CMAref。其中，γ为允许的最小熄弧角。

事实上，在前一个阀从最近一次点火触发后，后续换相的阀的换相裕度CMA（tα）不断减小，直到计算的换相裕度等于换相裕度参考值CMAref时，触发换流阀进行换相，代表了“换相裕度响应”的过程。为便于描述，换相裕度响应过程可以用图328表示。

图328　换相裕度响应

假定从当前时刻到下一个换相电压过零点这段时间内，换相电压波形没有受到扰动，CMA（tα）用可以通过积分计算出。CMA（tα）的计算是在12脉动换流器前一次触发开始，不断地减小电压区域，并与CMAref相比较，形成换相失败预测算法，预测的换相裕度区域计算如下：

在式中，代入α=ωtα，可得

上式代入CMA（tα）表达式中可得：

(www.xing528.com)

由Un（tα）=Unsinωtα可得

把Un代入CMA（tα）表达式，最终可得：

上式用标么值（同时积分常数ω设为1.0pu）表示：

将上式转换为逻辑框图，如图329所示。

图329　换相裕度值计算逻辑框图

将CMA（tα）与AMINREF（CMA ref）相比较，如果CMA（tα）低于AMINREF（CMAref），为了防止阀的换相电压—时间区域过小而导致换相失败，应立即发出点火指令。交流系统故障时，AMINREF（CMAref）将增大，增大的部分通过换相失败预测功能来实现。如果由于某种原因“Ramp”信号在换相电压达到Uαmin参考水平之前就已超过比较值，整流站将进行αmin触发（触发被延迟到αmin），如图330所示。

如果逆变站已经发生了换相失败，下一次触发的电压时间区域将被增大，通过增大AMIN参考值以避免连续的换相失败，并为重启动做好准备。在检测换相失败时，AMIN参考值上升与下降采用具有不同时间常数的低通滤波器，投入该功能的时间常数很短，但是退出该功能的时间常数很大，来避免再次发生换相失败。

图330　αmin与αmax触发逻辑

3.4.4.2　换相裕度计算（AMIN）模块功能实现

换相裕度控制的功能通过AMIN/APRED CALC功能模块实现，模块的输入输出说明如下。

根据换相裕度计算原理_和模块输入输出量的含义，换相裕度计算模块的计算流程如图331所示。

图331　换相裕度模块计算流程

根据该流程可以编写AMIN功能模块的C代码，并按照本书前面描述的程序调用机制实现该功能模块在直流控制保护系统仿真平台中的应用。