一种换相序控制方法及系统

摘要

本发明公开一种换相序控制方法及系统，所述方法包括，实时获取发电机的功角；若功角大于预设阈值，则分别在发电机和电力系统处于连接状态的某相电流过零时，控制对应电流过零相的连线断开进行分闸；在发电机和电力系统之间各相的连接均断开后，当发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，则将电压相等的发电机侧处于分闸状态的相的线路与电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接，直至发电机侧和电力系统侧所有相的线路均完成连接。在电流过零点时分闸，产生的冲击电压最小，在电压相等时合闸，产生的冲击电流最小，从而降低换相序过程对电力系统的冲击，提升电力系统的安全稳定性。

权利要求

1.一种换相序控制方法，其特征在于，应用于发电机和电力系统之间的换相序装置，所述装置初始状态时将所述发电机侧各相分别与所述电力系统侧各相一一对应连接，所述方法包括，实时获取所述发电机的功角；

判断所述功角是否大于预设阈值，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果为否，则返回步骤“实时获取所述发电机的功角”；

若所述第一判断结果为是，则分别在所述发电机和所述电力系统处于连接状态的某相电流过零时，控制对应电流过零相的连线断开进行分闸；

在所述发电机和所述电力系统之间各相的连接均断开后，当所述发电机侧处于分闸状态的某相的电压与所述电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，则将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接，直至所述发电机侧和所述电力系统侧所有相的线路均完成连接，具体包括：分别实时获取处于分闸状态的所述发电机侧各相的电压和所述电力系统侧各相的电压；

当所述发电机侧处于分闸状态的某相的电压与所述电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接，直至所述发电机侧和所述电力系统侧所有相的线路均完成连接。

2.根据权利要求1所述的一种换相序控制方法，其特征在于，所述分别在所述发电机和所述电力系统处于连接状态的某相电流过零时，控制对应电流过零相的连线断开进行分闸具体包括：分别实时获取所述发电机和所述电力系统处于连接状态的相的电流；

当有所述发电机和所述电力系统处于连接状态的某相电流出现过零时，分别单独控制对应电流过零相的连线断开进行分闸，至所述发电机与所述电力系统处于连接状态的各相均完成分闸。

3.根据权利要求2所述的一种换相序控制方法，其特征在于，所述当有所述发电机和所述电力系统处于连接状态的某相电流出现过零时，分别单独控制对应电流过零相的连线断开进行分闸，至所述发电机与所述电力系统处于连接状态的各相均完成分闸具体包括：判断所述发电机和所述电力系统处于连接状态的相的电流是否有过零；

当处于连接状态的某相的电流过零时，控制处于连接状态的电流过零相断开；

判断所述发电机和所述电力系统之间各相的连接是否都断开，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果为否，则返回步骤“判断所述发电机和所述电力系统处于连接状态的相的电流是否有过零”；

若所述第二判断结果为是，则确定所述发电机和所述电力系统处于连接状态的各相均完成分闸。

4.根据权利要求1所述的一种换相序控制方法，其特征在于，所述当所述发电机侧处于分闸状态的某相的电压与所述电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接，直至所述发电机侧和所述电力系统侧所有相的线路均完成连接具体包括：判断所述发电机侧处于分闸状态的某相的电压与所述电力系统侧处于分闸状态的某相的电压是否出现相等；

当所述发电机侧处于分闸状态的某相的电压与所述电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接；

判断所述发电机侧各相与所述电力系统侧各相是否均完成合闸，得到第三判断结果；

若所述第三判断结果为否，则返回步骤“判断所述发电机侧处于分闸状态的某相的电压与所述电力系统侧处于分闸状态的某相的电压是否出现相等”；

若所述第三判断结果为是，则确定所述发电机侧各相与所述电力系统侧各相完成合闸。

5.一种换相序控制系统，其特征在于，所述系统包括：

功角获取模块，用于实时获取发电机的功角；

第一判断模块，用于判断所述功角是否大于预设阈值，得到第一判断结果；

第一返回模块，用于在所述第一判断结果为否时，返回所述功角获取单元；

分闸控制模块，用于分别在所述发电机和电力系统处于连接状态的某相电流过零时，控制对应电流过零相的连线断开进行分闸；

合闸控制模块，用于在所述发电机和所述电力系统之间各相的连接均断开后，当所述发电机侧处于分闸状态的某相的电压与所述电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，则将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接，直至所述发电机侧和所述电力系统侧所有相的线路均完成连接；

所述合闸控制模块包括：

电压获取子模块，用于分别实时获取处于分闸状态的所述发电机侧各相的电压和所述电力系统侧各相的电压；

合闸执行子模块，用于在所述发电机侧处于分闸状态的某相的电压与所述电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接，直至所述发电机侧和所述电力系统侧所有相的线路均完成连接。

6.根据权利要求5所述的一种换相序控制系统，其特征在于，所述分闸控制模块包括：

电流获取子模块，用于分别实时获取所述发电机和所述电力系统处于连接状态的相的电流；

分闸执行子模块，用于当有所述发电机和所述电力系统处于连接状态的某相电流出现过零时，分别单独控制对应电流过零相的连线断开进行分闸，至所述发电机与所述电力系统处于连接状态的各相均完成分闸。

7.根据权利要求6所述的一种换相序控制系统，其特征在于，所述分闸执行子模块包括：

第二判断单元，用于判断所述发电机和所述电力系统处于连接状态的相的电流是否有过零；

分闸处理单元，用于在处于连接状态的某相的电流过零时，控制处于连接状态的电流过零相断开；

第三判断单元，用于判断所述发电机和所述电力系统之间各相的连接是否都断开，得到第二判断结果；

第二返回单元，用于在所述第二判断结果为否时，返回所述第二判断单元；

第一确定单元，用于在所述第二判断结果为是时，确定所述发电机和所述电力系统处于连接状态的各相均完成分闸。

8.根据权利要求7所述的一种换相序控制系统，其特征在于，所述合闸执行子模块包括：

第四判断单元，用于判断所述发电机侧处于分闸状态的某相的电压与所述电力系统侧处于分闸状态的某相的电压是否出现相等；

合闸处理单元，用于当所述发电机侧处于分闸状态的某相的电压与所述电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接；

第五判断单元，用于判断所述发电机侧各相与所述电力系统侧各相是否均完成合闸，得到第三判断结果；

第二返回单元，用于在所述第三判断结果为否时，返回所述第四判断单元；

第二确定单元，用于在所述第三判断结果为是时，确定所述发电机侧各相与所述电力系统侧各相完成合闸。

说明书

一种换相序控制方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及电力系统稳定控制技术领域，特别是涉及一种换相序控制方法及系统。

背景技术

[0002] 电网安全稳定紧急控制系统是提高电力系统稳定性，保证电网安全稳定运行的有效措施。紧急控制是指电力系统由于扰动进入紧急状态或极端紧急状态，为防止系统稳定破坏、运行参数严重超出规定范围，以及事故进一步扩大引起大范围停电而进行的控制。紧急控制不仅能够以一定的控制代价维持系统在严重故障后的安全稳定性，而且还能够提高某些输电能力受到暂态稳定极限限制的输电线路的传输功率，甚至可使输电线路的传输功率接近静态稳定极限。现代电力系统中，紧急控制决策目的便是在给定故障下找出能够使得系统稳定且代价最小控制措施。

[0003] 换相序技术是一种电力系统紧急控制技术，以单机对无穷大系统为例，当电力系统受到扰动后，某些发电机将发生失步，在发电机的功角摆开到90°～180°之间某一角度时，可以采用“换相序”操作将系统拉回同步。当电力系统受到大扰动时，一台或几台发电机的功角逐渐增大，最终与其他发电机失去同步，此时利用换相序技术紧急控制，使失步的发电机的功角减小120°，抑制系统的失稳。

[0004] 即换相序技术的本质是利用固态断路器构成的电力电子开关，在发电机功角摆开到一定角度时，同时断开A、B、C三相线路，将A、B、C三相相序交换后合闸。但是，换相序过程中三相线路上的固态断路器的同时分、合闸操作产生的过电压和过电流会对电力系统造成危害，影响电力系统的安全稳定运行。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种换相序控制方法及系统，减小换相序过程对电力系统产生的冲击，提升电力系统的安全稳定性。

[0006] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

[0007] 一种换相序控制方法，应用于发电机和电力系统之间的换相序装置，所述装置初始状态时将发电机侧各相分别与电力系统侧各相一一对应连接，所述方法包括，[0008] 实时获取发电机的功角；

[0009] 判断所述功角是否大于预设阈值，得到第一判断结果；

[0010] 若所述第一判断结果为否，则返回步骤“实时获取发电机的功角”；

[0011] 若所述第一判断结果为是，则分别在所述发电机和所述电力系统处于连接状态的某相电流过零时，控制对应电流过零相的连线断开进行分闸；

[0012] 在所述发电机和所述电力系统之间各相的连接均断开后，当发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，则将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接，直至发电机侧和电力系统侧所有相的线路均完成连接。

[0013] 可选的，所述分别在所述发电机和所述电力系统处于连接状态的某相电流过零时，控制对应电流过零相的连线断开进行分闸具体包括：

[0014] 分别实时获取所述发电机和所述电力系统处于连接状态的相的电流；

[0015] 当有所述发电机和所述电力系统处于连接状态的某相电流出现过零时，分别单独控制对应电流过零相的连线断开进行分闸，至所述发电机与所述电力系统处于连接状态的各相均完成分闸。

[0016] 可选的，所述当有所述发电机和所述电力系统处于连接状态的某相电流出现过零时，分别单独控制对应电流过零相的连线断开进行分闸，至所述发电机与所述电力系统处于连接状态的各相均完成分闸具体包括：

[0017] 判断所述发电机和所述电力系统处于连接状态的相的电流是否有过零；

[0018] 当处于连接状态的某相的电流过零时，控制处于连接状态的电流过零相断开；

[0019] 判断所述发电机和所述电力系统之间各相的连接是否都断开，得到第二判断结果；

[0020] 若所述第二判断结果为否，则返回步骤“判断所述发电机和所述电力系统处于连接状态的相的电流是否有过零”；

[0021] 若所述第二判断结果为是，则确定所述发电机和所述电力系统处于连接状态的各相均完成分闸。

[0022] 可选的，所述在所述发电机和所述电力系统之间各相的连接均断开后，当发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，则将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接，直至发电机侧和电力系统侧所有相的线路均完成连接具体包括：

[0023] 分别实时获取处于分闸状态的发电机侧各相的电压和电力系统侧各相的电压；

[0024] 当发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接，直至发电机侧和电力系统侧所有相的线路均完成连接。

[0025] 可选的，所述当发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接，直至发电机侧和电力系统侧所有相的线路均完成连接具体包括：

[0026] 判断发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压是否出现相等；

[0027] 当发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接；

[0028] 判断发电机侧各相与电力系统侧各相是否均完成合闸，得到第三判断结果；

[0029] 若所述第三判断结果为否，则返回步骤“判断发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压是否出现相等”；

[0030] 若所述第三判断结果为是，则确定发电机侧各相与电力系统侧各相完成合闸。

[0031] 一种换相序控制系统，所述系统包括：

[0032] 功角获取模块，用于实时获取发电机的功角；

[0033] 第一判断模块，用于判断所述功角是否大于预设阈值，得到第一判断结果；

[0034] 第一返回模块，用于在所述第一判断结果为否时，返回所述功角获取单元；

[0035] 分闸控制模块，用于分别在所述发电机和所述电力系统处于连接状态的某相电流过零时，控制对应电流过零相的连线断开进行分闸；

[0036] 合闸控制模块，用于在所述发电机和所述电力系统之间各相的连接均断开后，当发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，则将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接，直至发电机侧和电力系统侧所有相的线路均完成连接。

[0037] 可选的，所述分闸控制模块包括：

[0038] 电流获取子模块，用于分别实时获取所述发电机和所述电力系统处于连接状态的相的电流；

[0039] 分闸执行子模块，用于当有所述发电机和所述电力系统处于连接状态的某相电流出现过零时，分别单独控制对应电流过零相的连线断开进行分闸，至所述发电机与所述电力系统处于连接状态的各相均完成分闸。

[0040] 可选的，所述分闸执行子模块包括：

[0041] 第二判断单元，用于判断所述发电机和所述电力系统处于连接状态的相的电流是否有过零；

[0042] 分闸处理单元，用于在处于连接状态的某相的电流过零时，控制处于连接状态的电流过零相断开；

[0043] 第三判断单元，用于判断所述发电机和所述电力系统之间各相的连接是否都断开，得到第二判断结果；

[0044] 第二返回单元，用于在所述第二判断结果为否时，返回所述第二判断单元；

[0045] 第一确定单元，用于在所述第二判断结果为是时，确定所述发电机和所述电力系统处于连接状态的各相均完成分闸。

[0046] 可选的，所述合闸控制模块包括：

[0047] 电压获取子模块，用于分别实时获取处于分闸状态的发电机侧各相的电压和电力系统侧各相的电压；

[0048] 合闸执行子模块，用于在发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接，直至发电机侧和电力系统侧所有相的线路均完成连接。

[0049] 可选的，所述合闸执行子模块包括：

[0050] 第四判断单元，用于判断发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压是否出现相等；

[0051] 合闸处理单元，用于当发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接；

[0052] 第五判断单元，用于判断发电机侧各相与电力系统侧各相是否均完成合闸，得到第三判断结果；

[0053] 第二返回单元，用于在所述第三判断结果为否时，返回所述第四判断单元；

[0054] 第二确定单元，用于在所述第三判断结果为是时，确定发电机侧各相与电力系统侧各相完成合闸。

[0055] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

[0056] 本发明提供的换相序控制方法应用于发电机和电力系统之间的换相序装置，通过实时获取发电机的功角，当功角大于设定阈值时，分别在所述发电机和所述电力系统处于连接状态的某相电流过零时，控制对应电流过零相的连线断开进行分闸；在所述发电机和所述电力系统之间各相的连接均断开后，当发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，则将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接，直至发电机侧和电力系统侧所有相的线路均完成连接。

[0057] 通过在电流过零时，控制对应过零相进行分闸，产生的冲击电压最小；在发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，控制电压相等的相进行合闸，产生的冲击电流最小，从而降低换相序过程对电力系统的冲击，提升电力系统的安全稳定性。

[0058] 同时，在同一时间仅单独控制符合条件的某一相进行分闸与合闸，降低各相同时进行分闸与合闸过程中产生的过电压和过电流，降低换相序操作对电力系统的冲击，提升电力系统的安全稳定性。

附图说明

[0059] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0060] 图1为本发明实施例提供的换相序控制方法流程图；

[0061] 图2为本发明实施例提供的换相序装置结构图；

[0062] 图3为本发明实施例提供的发电机与电力系统失稳过程向量图；

[0063] 图4为本发明实施例提供的发电机侧换相序前后A相向量图；

[0064] 图5为本实施例提供的换相序示意图；

[0065] 图6为本实施例提供的双电源系统分闸的等效电路图；

[0066] 图7为本实施例提供的双电源系统合闸的等效电路图；

[0067] 图8为本实施例提供的分闸过程示意图；

[0068] 图9为本实施例提供的合闸过程示意图；

[0069] 图10为本实施例提供的换相序控制系统结构图。

具体实施方式

[0070] 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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

[0071] 本发明的目的是提供一种换相序控制方法及系统，减小换相序过程对电力系统产生的冲击，提升电力系统的安全稳定性。

[0072] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0073] 图1为本发明实施例提供的换相序控制方法流程图，如图1所示，一种换相序控制方法，应用于发电机和电力系统之间的换相序装置，所述装置初始状态时将发电机侧各相分别与电力系统侧各相一一对应连接，所述方法包括，

[0074] S101：实时获取发电机的功角；

[0075] S102：判断所述功角是否大于预设阈值，得到第一判断结果；

[0076] S103：若所述第一判断结果为否，则返回步骤“实时获取发电机的功角”；

[0077] S104：若所述第一判断结果为是，则分别在所述发电机和所述电力系统处于连接状态的某相电流过零时，控制对应电流过零相的连线断开进行分闸；

[0078] S105：在所述发电机和所述电力系统之间各相的连接均断开后，当发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，则将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接，直至发电机侧和电力系统侧所有相的线路均完成连接。

[0079] 上述步骤S104：分别在所述发电机和所述电力系统处于连接状态的某相电流过零时，控制对应电流过零相的连线断开进行分闸具体包括：

[0080] 分别实时获取所述发电机和所述电力系统处于连接状态的相的电流；

[0081] 当有所述发电机和所述电力系统处于连接状态的某相电流出现过零时，分别单独控制对应电流过零相的连线断开进行分闸，至所述发电机与所述电力系统处于连接状态的各相均完成分闸。

[0082] 具体地，所述当有所述发电机和所述电力系统处于连接状态的某相电流出现过零时，分别单独控制对应电流过零相的连线断开进行分闸，至所述发电机与所述电力系统处于连接状态的各相均完成分闸具体包括：

[0083] 判断所述发电机和所述电力系统处于连接状态的相的电流是否有过零；

[0084] 当处于连接状态的某相的电流过零时，控制处于连接状态的电流过零相断开；

[0085] 判断所述发电机和所述电力系统之间各相的连接是否都断开，得到第二判断结果；

[0086] 若所述第二判断结果为否，则返回步骤“判断所述发电机和所述电力系统处于连接状态的相的电流是否有过零”；

[0087] 若所述第二判断结果为是，则确定所述发电机和所述电力系统处于连接状态的各相均完成分闸。

[0088] 上述步骤S105：在所述发电机和所述电力系统之间各相的连接均断开后，当发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，则将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接，直至发电机侧和电力系统侧所有相的线路均完成连接具体包括：

[0089] 分别实时获取处于分闸状态的发电机侧各相的电压和电力系统侧各相的电压；

[0090] 当发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接，直至发电机侧和电力系统侧所有相的线路均完成连接。

[0091] 具体地，所述当发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接，直至发电机侧和电力系统侧所有相的线路均完成连接具体包括：

[0092] 判断发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压是否出现相等；

[0093] 当发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接；

[0094] 判断发电机侧各相与电力系统侧各相是否均完成合闸，得到第三判断结果；

[0095] 若所述第三判断结果为否，则返回步骤“判断发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压是否出现相等”；

[0096] 若所述第三判断结果为是，则确定发电机侧各相与电力系统侧各相完成合闸。

[0097] 本实施例中发电机和电力系统之间的换相序装置如图2所示，发电机侧A相分别通过三个固态断路器与电力系统侧A、B、C相一一对应连接；发电机侧B相分别通过三个固态断路器与电力系统侧A、B、C相一一对应连接，发电机侧C相分别通过三个固态断路器与电力系统侧A、B、C相一一对应连接，初始状态，发电机侧A相与电力系统侧A相之间的固态断路器处于闭合状态，发电机侧B相与电力系统侧B相之间的固态断路器处于闭合状态，发电机侧C相与电力系统侧C相之间的固态断路器处于闭合状态，其余断路器均处于断开状态。经过换相序操作之后，发电机侧A相与电力系统侧C相之间的固态断路器闭合，发电机侧B相与电力系统侧A相之间的固态断路器闭合，发电机侧C相与电力系统侧B相之间的固态断路器闭合，其余固态断路器均断开连接，完成换相序操作。

[0098] 换相序技术是一种新型电力系统紧急控制技术，以单机对无穷大系统为例，当系统受到扰动后失步，功角摆开到90°～180°之间某一角度时，可以采用“换相序”操作将系统拉回同步。设换相序的功角阈值为δm，当系统的功角摆开到δm时，利用电力电子装置将联络线路的一次侧相位断开后迅速错位连接，发电机侧的A、B、C三相依次连接到系统C、A、B三相，即可实现功角瞬时减小120°，从而抑制系统失稳，如图3所示。

[0099] 当功角δ＝δm时进行相序交换，以A相为例，相序交换前功角δA为相量 与 之间的夹角，相序交换后功角δA′为相量 (换相序后变为 )与 之间的夹角，如图4、图5所示，可以看出换相序可以使单机对无穷大系统的功角差减小120°。

[0100] 本实施例还提供了固态断路器分、合闸过程中电压和电流的变化情况，图6为本实施例提供的双电源系统分闸的等效电路图，如图6所示，其中S表示固态断路器，其分闸时刻可认为是瞬间完成。RM、LM和CM分别表示M侧从电源到断路器这段线路的电路电阻、电感和对地电容，uM(t)是M侧的A相电源电压瞬时值，同理，RN、LN和CN分别表示N侧从电源到断路器这段线路的电路电阻、电感和对地电容，uN(t)是N侧的A相电源电压瞬时值，uJ和uK分别表示断路器两端J、K两点的对地电压，同时也是CM和CN两端的电容电压。

[0101] 在t＝0时刻开关S断开，针对M侧系统，设 由KVL方程为：

[0102]

[0103] 其中，iM的表达式为：

[0104]

[0105] 求解式(1)二阶线性非齐次微分方程得到：

[0106]

[0107] 式中： 是回路中总阻抗的模值；γM＝arctan[(ω2 2
1LM-1/ω1CM)/RM]是回路阻抗角；αM＝RM2LM；(β'M) ＝(1/LMCM)-(RM/2LM) 。

[0108] 已知当t＝0时，iM≈0，故 用待定系数法将0时刻的电流和电压初值代入式(1)和式(2)中可以求出未知系数A1与A2：

[0109]

[0110] 式中：β'M是正弦函数的角频率，(β'M)2＝(1LMCM)-(RM2LM)2， 是分闸时刻J点的瞬时电压，X、Y、Z是常数。

[0111] 在高压电力网中有R＜＜ωL＜＜1/(ωC)，易知γM≈-90°，|ZM|×ω1CM≈1，因此X近似等于M侧电源电压初始值。式(2)中的β'M很大而ω1在工频角速度附近，所以暂态分量远大于稳态分量的正弦频率，uJ的波形是在u'J的正弦波上叠加了一个指数衰减且高频的正弦波u″J，当线路电流过零点时，线路处电压相等，于是X＝Y，A1＝0，进一步得到u″J＝0，此时uJ＝u'J，J点不产生过电压。

[0112] 同理，对N侧的系统进行分析可以得到K点电压：

[0113]

[0114] 式中，uK是K点电压；UN是N侧系统电源电压幅值；CN是N侧线路的对地电容；ω2是N侧系统的角频率；θ是MN两端系统间的功角；γN是回路中的阻抗角；|ZN|是回路中总阻抗的模值。

[0115] 由式(3)和式(5)求得JK间的电压uJK，即换相序分闸过程中固态断路器两端的电压暂态变化表达式：

[0116]

[0117] 由式(6)可知，当负荷电流过零点时断开，暂态电压分量为零，固态断路器只需要承受两端电源电压，此时冲击电压最小。

[0118] 图7为本实施例提供的双电源系统合闸的等效电路图，如图7所示，其中S是一个电力电子开关，其开通时间相对于合闸后的暂态过程来说非常短暂，将其视为一个理想开关，i1是电源产生的线路电流，规定正方形从J流向K，i2是电容放电电流，规定的正方向是从J到K点。

[0119] (1)当t＝0时刻开关闭合，针对i1列写回路电流方程：

[0120]

[0121] 式中，对应的uN(t)是换相序后N侧的B相(或C相)的电源电压瞬时值；L是回路的总电感，L＝LM+LN；R是回路的总电阻，R＝RM+RN。

[0122] 开关闭合时的初始条件是：t＝0，i1＝0，将初始值代入方程(7)中可求出i1的表达式：

[0123]

[0124] 式中，UM、UN分别表示M、N两侧电源电压的幅值；ω1、ω2分别表示M、N两侧系统的角频率； 表示M侧系统电源的合闸初相角；θ'表示换相序后MN两侧系统的新功角。

[0125] 由式(8)易知，电流i1由直流分量和交流分量组成，直流分量呈现指数衰减趋势，它和开关闭合时的电压初值密切相关，假如直流分量衰减速度不快，那么当开关在达到最大值时闭合，并且经过不到半个周期达到峰值，此时i1最大；当MN两侧电源电压相等时合闸，此时固态断路器两端的J、K点电压也相等，即 电流i1的直流分量最小。

[0126] (2)当t＝0-时，由图7可得J、K两点闭合前的电压：

[0127]

[0128] 当t＝0+时J、K两点闭合后电压则变成了：

[0129]

[0130] 式中，u'J和u'K分别是开关闭合后J、K两点的对地电压；Z1＝RM+jω'LM；Z2＝RN+jω'LN；Z＝RM+RM+jω'(LM+LN)；γ1＝arctan[RM/ω'LM]；γ2＝arctan[RN/ω'LN]。

[0131] 所以开关闭合前后电容上的电量Q分别是：

[0132]

[0133] 式中，QM和QN分别是开关闭合前电容CM和CN中储存的电量；Q'M和Q'N分别是开关闭合后电容CM和CN中的电量。

[0134] 电容间的放电过程十分迅速，假设断路器合闸过程中电容均匀放电，IGBT元件完全导通的时间为Δt，根据定义电流是单位时间内通过的电量可计算出电容放电产生的电流大小：

[0135]

[0136] 由式(12)易知，电流i2的大小与合闸前后J、K点的电压差、放电时间和M侧电容有关，当线路和断路器参数确定后，主要影响电流大小的因素是合闸前后的电压差，电压差与开关闭合时刻电源电压的初相角有关，当J、K两点的电压相等时开关闭合，电压差为0，闭合前后瞬间的电压均为电源电压，此时电流i2为0，电容之间无放电电流。

[0137] 将式(8)和式(12)的电源电流和电容电流相加可求出固态断路器在合闸瞬间产生的冲击总电流：

[0138] i＝i1+i2   (13)

[0139] 式中，i是固态断路器合闸冲击电流；i1是电源产生的线路电流；i2是电容放电电流。

[0140] 综合式(8)、式(12)和式(13)可知，开关闭合前固态断路器两端的电压会对电流大小产生影响，通过选择在合适的时机闭合开关可以有效地减小合闸过程中的冲击电流并且更快地达到稳定状态，尤其是在J、K两点电压相等时闭合冲击电流最小，此时冲击电流为0。

[0141] 可知，当电流过零点时分闸冲击电压最小且固态断路器分闸时间极短；当系统两侧的电压相等时合闸，合闸冲击电流最小。以此为依据提出基于过零分闸和等压合闸的分相分合闸控制方式，在固态断路器收到换相序指令后，首先通过采样得到电压和电流瞬时值，在三相负荷电流分别过零点时依次分闸，三相完全断开后换相序并发出允许合闸信号，接着比较断路器两端电压，待断路器两端电压相等时依次完成三相合闸动作，换相序完毕。

[0142] 如图8所示，t1、t2、t3分别是三相电流iC、iB、iA在t0时刻收到换相序信号后的首次过零点。由于固态断路器开断速度快，可以实现精确控制，所以能够在各相电流过零点时刻分闸，此时分闸对系统的冲击电压最小。图8中固态断路器在t0时刻收到换相序信号开始进入换相序操作，首先通过电流互感器对电流瞬时值采样掌握电流的实时变化，监测到C相电流最早过零点并发出C相分闸信号，其余两相以此类推，电流互感器继续监测A、B相的电流，当电流过零点时则对该相发出分闸信号，实现三相分相过零分闸。

[0143] 图9为合闸过程示意图，通过比较发电机侧和电力系统侧各相的电压来控制断路器合闸动作，当t4时刻发出允许合闸信号之后，图9中的发电机B相与电力系统A相两端电压先达到相等，于是发出合闸信号完成合闸；然后是发电机A相与电力系统C相合闸；紧接着发电机C相和电力系统B相两端电压也达到相等进行合闸，三相依次达到合闸条件并完成合闸。

[0144] 本实施例还提供一种换相序控制系统，如图10所示，所述系统包括：

[0145] 功角获取模块1，用于实时获取发电机的功角；

[0146] 第一判断模块2，用于判断所述功角是否大于预设阈值，得到第一判断结果；

[0147] 第一返回模块5，用于在所述第一判断结果为否时，返回所述功角获取单元；

[0148] 分闸控制模块3，用于分别在所述发电机和所述电力系统处于连接状态的某相电流过零时，控制对应电流过零相的连线断开进行分闸；

[0149] 合闸控制模块4，用于在所述发电机和所述电力系统之间各相的连接均断开后，当发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，则将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接，直至发电机侧和电力系统侧所有相的线路均完成连接。

[0150] 所述分闸控制模块3包括：

[0151] 电流获取子模块，用于分别实时获取所述发电机和所述电力系统处于连接状态的相的电流；

[0152] 分闸执行子模块，用于当有所述发电机和所述电力系统处于连接状态的某相电流出现过零时，分别单独控制对应电流过零相的连线断开进行分闸，至所述发电机与所述电力系统处于连接状态的各相均完成分闸。

[0153] 所述分闸执行子模块包括：

[0154] 第二判断单元，用于判断所述发电机和所述电力系统处于连接状态的相的电流是否有过零；

[0155] 分闸处理单元，用于在处于连接状态的某相的电流过零时，控制处于连接状态的电流过零相断开；

[0156] 第三判断单元，用于判断所述发电机和所述电力系统之间各相的连接是否都断开，得到第二判断结果；

[0157] 第二返回单元，用于在所述第二判断结果为否时，返回所述第二判断单元；

[0158] 第一确定单元，用于在所述第二判断结果为是时，确定所述发电机和所述电力系统处于连接状态的各相均完成分闸。

[0159] 所述合闸控制模块4包括：

[0160] 电压获取子模块，用于分别实时获取处于分闸状态的发电机侧各相的电压和电力系统侧各相的电压；

[0161] 合闸执行子模块，用于在发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接，直至发电机侧和电力系统侧所有相的线路均完成连接。

[0162] 所述合闸执行子模块包括：

[0163] 第四判断单元，用于判断发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压是否出现相等；

[0164] 合闸处理单元，用于当发电机侧处于分闸状态的某相的电压与电力系统侧处于分闸状态的某相的电压相等时，将电压相等的所述发电机侧处于分闸状态的相的线路与所述电力系统侧处于分闸状态的相的线路连接；

[0165] 第五判断单元，用于判断发电机侧各相与电力系统侧各相是否均完成合闸，得到第三判断结果；

[0166] 第二返回单元，用于在所述第三判断结果为否时，返回所述第四判断单元；

[0167] 第二确定单元，用于在所述第三判断结果为是时，确定发电机侧各相与电力系统侧各相完成合闸。

[0168] 当电力系统受到大扰动时，一台或几台发电机的功角逐渐增大，最终与其他发电机失去同步。此时可以利用换相序技术紧急控制，使失步的发电机的功角减小120°，抑制系统的失稳。为了减小换相序对系统的冲击，本发明提出了分相分合闸的控制方式，分相分合闸控制方式在换相序过程中产生的冲击小，有利于对系统稳定运行；

[0169] 而传统的各相同时进行分合闸操作具有简单、可靠、经济的优势，但是在换相序过程中产生的过电压和过电流对电力系统产生较大影响；本发明的换相序控制方法使用过零分闸-等压合闸分相分合闸的控制方式进行换相序操作，有效降低换相序过程中产生的过电压和过电流，提升电力系统的安全稳定性，当分相分合闸失效或者需要紧急换相序时，传统的同时分合闸动作速度快可作为备用方式给换相序技术提供双保险。

[0170] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

[0171] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。