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龙图腾网获悉东北电力大学;国网吉林省电力有限公司电力科学研究院申请的专利一种考虑多控制环节影响的特高压直流输电系统送端暂态过电压计算及抑制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119602221B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-14发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411563961.3，技术领域涉及：H02J3/00；该发明授权一种考虑多控制环节影响的特高压直流输电系统送端暂态过电压计算及抑制方法是由江守其;李国庆;刘天祺;辛业春;王丽馨;王威儒;李成钢;董洪达;曹慧;李沛设计研发完成，并于2024-11-05向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种考虑多控制环节影响的特高压直流输电系统送端暂态过电压计算及抑制方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种考虑多控制环节影响的特高压直流输电系统送端暂态过电压计算及抑制方法，具体为：LCC‑HVDC系统运行特性及暂态电压影响因素分析，揭示直流电流是影响母线暂态电压变化的关键因素；根据直流控制系统运行曲线中直流电流变化特点，对换相失败下暂态直流电流全过程进行分解，推导故障发生后直流电流的近似解析表达式；分别计算线路上等值电阻和电抗上的压降，再代入直流电流解析式，推导送端换流母线暂态过电压的定量计算表达式；根据暂态过电压上限值求得允许的直流电流最小值，提出改进VDCOL环节最小电流指令值的换相失败下暂态过电压抑制方法。本发明实现了对暂态电压的定量分析，有效降低了送端换流母线暂态过电压水平。

本发明授权一种考虑多控制环节影响的特高压直流输电系统送端暂态过电压计算及抑制方法在权利要求书中公布了：1.一种考虑多控制环节影响的特高压直流输电系统送端暂态过电压计算及抑制方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1：LCC-HVDC系统运行特性及暂态电压影响因素分析，揭示直流电流是影响母线暂态电压变化的关键因素； 步骤2：根据直流控制系统运行曲线中直流电流变化特点，对换相失败下暂态直流电流全过程进行分解，推导故障发生后直流电流的近似解析表达式； 根据直流控制系统运行曲线中直流电流变化特点，对换相失败下暂态直流电流全过程进行分解，可分为如下6个过程： 1直流电流上升过程； 受端交流母线发生三相短路后，受端交流电压因系统短路故障而下降，引起逆变侧换流器换相失败；由于逆变侧短路，逆变侧直流电压迅速跌落至0，直流电流短时间内迅速上升，此时整流侧CC控制还未响应，直流电流受逆变侧关断角控制作用影响； 关断角γ与控制系统稳态时的关断角最小限值γmin的偏差值经过比例积分环节GPIs得到逆变侧超前触发角β，超前触发角进一步作为控制信号对关断角进行调节控制； Gγs为计算逆变侧关断角的函数，通过稳态时关断角和超前触发角的关系式得到，如式6所示： 式中，ULi为受端换流母线暂态电压，下标i表示逆变侧；Ti为换流变压器变比；Xci为换相电抗； Gmeass为阀组信号测量环节，表示信号处理过程中的延时作用： 式中，Km为测量环节增益系数；Tm为测量环节延迟系数； 当LCC-HVDC系统稳态运行时，直流电流表示为： 经上述计算得到超前触发角β的表达式，将其代入传递函数中可以得到关断角γ表达式，再将γ代入式8，可得直流电流表达式Idc1如下所示： 其中，变量K1的表达式为： K1＝m1cosha1t-b1+n1sinha1t-b110 式中，ai、bi、mi、ni、pi、qi、θi、ki、hi，i＝1～6为中间过程的计算参数；IdN为故障前直流电流稳态值； 2直流电流下降过程； 当直流电压下降至VDCOL电压阈值上限时，VDCOL启动并调整直流电流指令值来对直流电流进行限制，抑制直流电流的持续升高； 由于逆变侧直流电压的持续降低，VDCOL输出的电流指令Iorder下降，由于直流电流的实际值仍然高于指令值，导致逆变器侧的CC控制无法响应；整流侧的CC控制起作用，通过增大触发角α来减小Udr，使得直流电流减小并逐渐接近当前直流电流指令值；GPIs为PI环节传递函数，Gαs，GRs和Gmeass分别为换流器环节、直流线路环节和测量环节的传递函数； 控制环节中各传递函数如下： 式中，Kcα为换流器环节的比例增益系数；Tcα为延迟系数； 整流侧触发角α与超前触发角β之间的关系为： α＝180°-β13 将求得的超前触发角β代入式13，得到触发角α表达式再代入式8得直流电流表达式Idc2如下所示： 其中，K2和K3的表达式为： K2＝m2cosa2t-b2+n2sina2t-b215 K3＝p2t-q216 式中，Idcmax为直流电流上升过程中所能达到的最大值； 3直流电流振荡过程； 此时逆变侧直流电压已经减小至0，由VDCOL特性可知，逆变侧直流电压低于其电压阈值下限后，输出的直流电流指令值Iorder下降至最小电流指令值，此后一段时间Iorder保持不变，直流电流则维持在最小电流指令值附近小范围内振荡； 该过程的直流电流表达式Idc3如下所示： 4直流电流波动过程； 故障清除后的直流系统恢复阶段，由于逆变侧CEA控制产生超调，关断角γ会迅速阶跃至90°以上，此时直流电流会有一个小幅度的上升，整流侧CC环节经过PI控制增大触发角指令值，同时整流侧直流电压Udr持续下降，又使得Idc小幅度下降；该过程的直流电流表达式Idc4如下所示： 5直流电流恢复过程，即定电流控制； 由于此时逆变器已经恢复正常换相，交流母线电压快速恢复，逆变侧直流电压Udi迅速增大，VDCOL输出的电流指令值逐渐上升，当Idc小于逆变侧CC控制电流指令值时，逆变侧直流控制系统将从CEA控制切换到CC控制；此过程中直流短路电流将逐渐增大并接近电流指令值，整流侧CC控制的调节作用此时可忽略，由逆变侧主导进行控制调节；该过程的直流电流表达式Idc5如下所示： 6直流电流恢复过程，即定关断角控制； 在逆变侧CC控制环节作用下Idc逐渐接近电流指令值，当直流电流大于逆变侧CC控制参考值时，CC控制作用减弱，同时定关断角仍大于稳态值，逆变侧直流控制系统开始进入CE控制来进行过渡，保证该过程中各暂态控制量的稳定，使得控制环节的过渡过程能够平滑进行，然后切换到CEA控制； 经计算得到超前触发角β的表达式，将β代入传递函数中可得关断角γ表达式，再将γ代入式8可得直流电流表达式Idc6如下所示： K4＝m6cosa6t+b6+n6sina6t+b621 步骤3：分别计算线路上等值电阻和电抗上的压降，再代入直流电流解析式，推导送端换流母线暂态过电压的定量计算表达式； 由LCC-HVDC送端系统等值电路中电源至换流母线处的潮流计算关系，可分别得到送端系统传输线路上电压降落的纵分量和横分量，故送端换流母线处的电压表示为： 式中，ΔUs为交流线路中电压降落的纵分量；δUs为交流线路中电压降落的横分量； 在稳态时，送端系统传输线路上传输的有功功率和无功功率为送端电源的输出功率Ps和Qs，即满足如下关系式： 无功补偿装置发出的无功功率表示为： 式中，Bc为送端无功补偿装置的等效电纳； 换流母线电压升高时，交流滤波器的无功补偿量会随电压升高而增加，同时在换相失败故障恢复时，换流站消耗的无功功率也会发生变化，因此暂态过程中换流站向交流系统传输的实际无功表示为： 式中，Up0是故障前送端交流母线的电压，Qcp0是故障前交流滤波装置输出的无功功率； 忽略换相电抗带来的影响，整流器消耗有功和无功功率表示为： 暂态过程中直流系统与送端交流系统交换的有功功率和无功功率分别为： 通过对送端系统进行简化分析，认为送端电源至送端换流母线之间的电压降落只存在于线路上等效阻抗，分别计算在等效电阻和等效电抗上的压降，得送端换流母线暂态电压计算表达式为： 式中，Rs为送端交流电网等效电阻，Xs为送端交流电网等效电抗； 联立式27和式28，经推导得Up的表达式为： 式中，代数b的表达式为： 通过将直流电流解析表达式代入上式可求得送端换流母线处的暂态电压定量计算公式； 步骤4：根据暂态过电压上限值求得允许的直流电流最小值，提出改进VDCOL环节最小电流指令值的换相失败下暂态过电压抑制方法； VDCOL是直流控制系统中重要的控制环节，可实时检测直流电压并根据特性曲线输出相应的直流电流指令值调节电流，促进换相过程；VDCOL特性曲线主要由两部分组成：一是VDCOL拐点参数，即低压启动阈值Udl和高压启动阈值Udh，电流指令值下限Idl以及电流指令值上限Idh；二是VDCOL线型，传统VDCOL电压与电流呈线性关系，斜率固定； VDCOL环节输出的直流电流指令值表示为： 式中，Ud*为经过折算后的直流线路中点处电压标幺值，其作为VDCOL的输入值；k和b为运行特性曲线系数，其中k＝Idh-IdlUdh-Udl，b＝-UdlIdh-IdlUdh-Udl； 直流电流在其波动阶段达到最小值后开始恢复过程，对这一阶段的直流电流表达式求解得到直流电流最小值为0.23p.u.；当限制暂态过电压峰值在1.1p.u.以下时，根据式32可以得到直流电流必须高于0.4p.u.； 由于在直流电流下降、振荡及波动过程的传递函数均存在测量环节Gmeass中测量延时Tm的影响，导致在直流电流波动阶段中整流侧定电流控制环节增大触发角指令，使得直流电流产生超调，直流电流会下降至电流指令值下限0.55p.u.以下的较小数值； 改进后的VDCOL，在此阶段中整流侧定电流控制作用导致的直流电流超调效果基本不变，则电流指令值下限需要提高的值ΔIdl＝0.4-0.23＝0.17p.u.，在原有控制策略基础上叠加该数值可以得到VDCOL环节输出的电流指令值下限需要大于0.72p.u.。

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