一种抑制后续换相失败的变斜率电流偏差控制方法

为降低高压直流输电系统发生后续换相失败的风险,分析了换相失败机理,并结合对称与不对称故障检测器提出了一种可根据故障严重程度调整电流偏差控制(current error control, CEC)的改进方案。分析了电流偏差控制的斜率大小对换相失败的抑制效果,发现电流偏差控制中斜坡函数的斜率越大则对输入电流偏差越敏感且换相裕度增量越大,越有利于抑制后续换相失败。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中基于CIGRE HVDC标准测试系统实现了所提控制方案。仿真结果表明,所提的电流偏差控制方法能有效降低高压直流输电系统发生后续换相失败的风险,提高直流输电系统的运行特性。     

抑制直流后续换相失败的自适应触发角补偿控制

高压直流输电系统的后续换相失败对交直流混联电网的安稳运行带来严重影响。为降低后续换相失败的发生概率,本文结合首次换相失败后故障恢复过程中直流系统的功率恢复速度,并考虑交流故障严重程度,提出一种抑制直流后续换相失败的自适应动态调节触发角的控制方法。首先,分析了故障恢复过程中各电气量的变化规律以及后续换相失败发生的影响因素;然后根据直流功率恢复速度以及交流电压跌落程度,通过所提控制策略对故障期间逆变侧输出触发角进行动态调整,以增大换相裕度,从而抑制直流后续换相失败。最后,基于CIGRE标准测试模型对控制方法进行仿真验证。结果表明,采用所提自适应触发角补偿控制方法能够在一定程度上抑制后续换相失败的发生,有效改善HVDC系统的故障恢复特性。     

基于动态电流偏差控制的连续换相失败抑制方法

为降低高压直流输电系统发生连续换相失败的概率,提出一种动态电流偏差控制器设计方法。从换相失败机理出发,利用关断角增量与电流偏差控制斜升函数斜率的关联性,采用二阶广义积分器实时检测逆变端换流母线三相电压及零序电压幅值的动态变化;以此为依据,在不同类型的交流故障发生后,使电流偏差控制斜升函数输出的关断角增量上限值做出相应的动态调整,从而改变控制曲线斜率,实现对关断角整定值的自适应调节。PSCAD/EMTDC仿真表明,所提方法能较好地抑制单相及三相短路故障导致的连续换相失败,改善直流系统的运行特性。     

抑制换相失败的变斜率VDCOL控制策略

在高压直流输电系统控制环节中,低压限流控制器的静态恢复特性和获取补偿电压的方法会导致连续换相失败.为减小连续换相失败发生的概率,本文在引入直流电流变化率改变低压限流控制器获取补偿电压的基础上,通过改变低压限流控制器的数学模型,提出了基于直流电流变化率控制的变斜率低压限流控制器控制策略.最后使用电磁暂态仿真软件中的国际大电网会议高压直流标准模型进行仿真,仿真结果表明,本文提出的控制策略在发生接地故障时能有效地抑制连续换相失败,从而优化了故障恢复特性.     

对称故障下基于直流电流变化的后续换相失败风险预判及风险等级划分

在换流母线的不稳定电压作用下,高压直流输电系统发生多次换相失败造成的多次功率冲击对电网安全稳定运行影响很大.根据交直流系统实时运行状态对后续换相失败的风险进行预判是工程中迫切需要解决的问题.分析了高压直流输电系统换相失败的基本过程,根据高压直流输电系统准稳态方程推导了逆变侧关断角与直流电流变化的关系,提出一种基于直流电流变化的后续换相失败风险预判方法.选定前次换相失败后关断角重新恢复至参考值的时刻作为预判时刻,通过预估交流电压变化范围评估导致发生后续换相失败对应的直流电流上升区间,划分高压直流输电系统发生后续换相失败的风险等级,再根据预判时刻的直流电流大小确定发生后续换相失败的风险等级.通过PSCAD仿真软件中的Cigre高压直流标准测试模型,验证了所提方法的有效性.     

基于模糊控制的变斜率VDCOL控制器设计

高压直流输电系统发生换相失败时,可能引起系统后续的换相失败。为抑制后续换相失败的发生并加快系统的恢复速度,提出一种基于模糊控制理论的变斜率低压限流控制器(voltage dependent current order limiter,VDCOL)设计方案。该VDCOL控制器将常规VDCOL线性关系的静态恢复特性改变为变斜率的静态恢复特性,并且采用模糊控制理论构建了模糊VDCOL,将电压水平及其变化率作为输入量,经过模糊化、模糊推理运算、去模糊化得到输出指令,对电流进行有效的动态调节。在PSCAD软件中搭建两端直流输电系统模型,并与Matlab软件互联进行了仿真。仿真结果验证了该模糊VDCOL控制器在抑制系统后续换相失败及加快系统恢复速度方面的有效性。     

一种基于自适应电压限值的换相失败抑制策略

为有效抑制高压直流输电系统在不同故障程度下的换相失败,提出了一种基于自适应电压限值的改进低压限流控制器(voltage dependent current order limiter, VDCOL)设计方案。首先,详细分析了包含传统VDCOL的直流输电系统在换相失败及恢复期间的运行特性,并提出VDCOL曲线在不同时间段下应具备的动态性能。然后,引入直流电流这一反映故障特性的时变电气量优化传统VDCOL的直流电压上下限值,从而在不同时间段自适应改变电流指令启动电压阈值与电压-电流指令变化趋势,以满足输电系统换相失败及恢复期间的有功与无功需求。同时考虑到VDCOL电压上下限值的过度变化会恶化系统运行特性,对其范围的设置进行了解析和合理选取。最后,在PSCAD/EMTDC中对所提方法进行仿真测试。结果表明,所提出的改进控制策略能在一定程度上抑制直流输电系统的连续换相失败,同时有效地改善换相失败各阶段直流输电系统的运行特性。     

一种考虑三相故障相角跳变补偿的后续换相失败抑制方法

为了降低高压直流(high voltage direct current,HVDC)输电系统后续换相失败的发生概率,提出一种考虑三相故障相角跳变补偿的后续换相失败抑制方法。首先通过理论推导分析相角跳变的产生机理,然后在此基础上分析其对后续换相失败的影响;接着通过对比首次换相失败与第二次换相失败过程中各电气量的波形图,得到相角跳变是引发后续换相失败的重要原因,并基于换相电压-时间面积法则,依据故障的严重程度增加故障期间的越前触发角的增量,进而抑制后续换相失败;最后基于CIGRE标准模型,在PSCAD/EMTDC中实现所提控制方法。仿真结果表明,所提方法可有效地抑制HVDC输电系统的后续换相失败,从而改善其故障恢复特性。     

电流偏差控制对换相失败及其恢复过程的影响分析

预测型定关断角控制是高压直流工程逆变器常规的控制方式之一,其中的电流偏差环节中比例系数会对系统换相失败抑制能力及系统恢复产生影响,为明确电流偏差环节产生影响的机理并提出应对措施。文中首先基于高压直流基本控制策略,分析了电流偏差环节的小干扰下功能。基于此,对故障初期、故障恢复阶段,电流偏差控制中比例系数的影响机理展开研究,发现常规电流偏差控制比例系数设置为正会导致换相失败抑制能力下降,但对系统恢复有利。基于此提出了一种自适应的电流偏差控制,通过多种检测模块快速判别系统状态并输出合适的比例系数,以达到兼顾系统换相失败抑制能力及系统恢复的效果。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了高压直流输电系统模型,并通过仿真测试验证了理论分析的正确性及所提出应对措施的有效性。     

一种抑制连续换相失败的非线性VDCOL控制策略

换相失败是高压直流输电系统(High Voltage Direct Current, HVDC)中常见的故障之一。为了降低连续换相失败发生的概率,提出了一种基于非线性动态VDCOL低压限流控制器(VoltageDependentCurrentOrderLimiter,VDCOL)设计方案。针对常规VDCOL直流电流调节指令灵敏度较低的特点,所设计的非线性动态VDCOL控制策略将系统故障严重程度同时考虑在内,根据电压大小动态调节VDCOL控制器的控制曲线,提高直流电流指令在系统故障期间的响应速度,达到尽快限制直流电流来降低发生连续换相失败概率的目的。在PSCAD/EMTDC仿真环境中,使用国际大电网会议(International Council on Large Electric Systems, CIGRE)标准模型对所提控制方法进行验证。仿真表明,所提非线性动态VDCOL控制器在短路故障时可以抑制连续换相失败,并且有利于快速恢复系统的直流电压和传输功率,保证输电系统正常运行。     

一种抑制传统直流输电连续换相失败的虚拟电阻电流限制控制方法

为减小直流输电系统发生连续换相失败的概率,分析了其换相机理,然后结合直流输电系统的低压限流控制(voltage dependent current order limiter,VDCOL),提出了一种可抑制传统直流输电连续换相失败的虚拟电阻电流限制控制方法。通过理论分析,基于虚拟电阻的电流限制控制器可体现故障期间和系统恢复过程中直流电流的动态特性,具有良好的反应灵敏性。基于CIGRE标准测试模型,在PSCAD/EMTDC中实现了所提出的控制方法。仿真结果表明,所提出的虚拟电阻电流限制控制器可以在一定程度上抑制单相故障和三相故障情况下HVDC系统的连续换相失败,因此可以改善其故障恢复特性。     

基于直流电流控制的特高压直流分层接入系统 协调控制策略

为解决特高压直流分层接入系统中传统换相失败预防方法的失效问题,提出一种基于直流电流控制的协调控制策略。该策略在深入分析换相失败发生的主次要因素的基础上,通过检测交流系统故障,根据故障层换相失败预防控制的输出,提前触发非故障层换相失败预防控制。同时根据交流母线电压的跌落程度自适应地降低故障初期的直流电流,增大非故障层的换相失败免疫能力,改善故障层的后续换相失败。在PSCAD/EMTDC中搭建特高压直流分层接入系统。仿真结果表明,该策略能够有效抑制非故障层的换相失败和缓解故障层的后续换相失败,大幅度提升故障时期直流功率的传输,有利于电力系统安全稳定运行。     

混联式直流电网的协调控制策略

为解决传统电网换相高压直流输电与电压源换流器高压直流输电在直流电网中的混联问题,针对一种新型的混联直流输电系统进行了研究。该系统是整流侧采用模块化多电平换流器、逆变侧采用晶闸管换流器的四端双极混联直流电网。推导了该系统稳态时的数学模型,针对其逆变侧易发生换相失败的问题,设计了新的抑制换相失败的协调控制策略。在整流侧换流站中通过低压限压和低压限功率控制的配合,抑制逆变侧故障电流的增大,从而减小换相失败发生的概率。在PSCAD/EMTDC中对该混联直流电网的稳态和暂态特性进行了仿真分析,仿真结果证明了所提控制策略的有效性。     

一种抑制连续换相失败的定关断角加速控制方法

针对逆变侧交流故障引发高压直流输电系统连续换相失败问题,通过分析首次换相失败恢复过程中的电气量和控制量变化规律,明确了恢复过程中定电流、定关断角、电流偏差控制器之间配合不当是引发连续换相失败的重要原因。同时,在不对称故障后,由交流负序电流引起的直流2次谐波电流会导致控制切换点滞后,增加连续换相失败的风险。基于此,提出了一种能增强控制器配合效果的定关断角加速控制方法。该方法能根据换相恢复过程自适应投切,利用关断角偏差动态调整关断角控制指令值,提前实现控制切换,降低切换后不当控制影响。同时,通过陷波器降低谐波电流从而减弱触发角波动对控制器切换的不利影响。该方法能提升控制器间配合效果,提升直流系统抵御连续换相失败能力。在CIGRE标准测试模型中,验证了理论分析的正确性和优化方法的有效性。     

用于减少换相失败持续时间的直流附加控制策略

在高压直流输电工程中,当逆变站的交流母线连接到弱交流电网时,在运行过程中更容易发生换相失败故障,严重影响电网安全运行。改进高压直流输电控制,从而减少换相失败发生的可能性并提高系统故障恢复能力成为目前这类高压直流输电工程的迫切要求。本文提出了一种用于减少换相失败持续时间的直流附加控制策略,将直流电流变化量与熄弧角变化量的关系设计成PI控制器,通过增大故障期间直流电流的变化率,增大熄弧角,从而减少换相失败的持续时间,同时提高直流系统故障后的恢复速度。结合实际工程使用PSCAD进行了建模仿真,验证了所提控制策略的有效性。     

一种抑制多馈入直流系统后续换相失败的低压限流单元参数优化策略

多馈入直流输电系统受端换流站电气距离近,直流系统与交流系统之间、直流系统与直流系统之间相互作用也更为复杂。当交流系统较弱时,故障恢复期间提供的无功支撑不足,容易引起多回直流系统发生后续换相失败。配置无功补偿装置,优化控制环节参数等措施均有利于改善直流系统的故障恢复特性。基于此,提出一种抑制多馈入直流系统后续换相失败的低压限流单元参数优化策略,利用静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)输出的无功大小来衡量直流系统恢复程度,并将STATCOM输出的无功功率和直流电压相结合作为输入信号,随故障发展过程自适应调整低压限流单元输入输出特性,降低系统发生后续换相失败的概率。在PSCAD/EMTDC中搭建含STATCOM的双馈入直流输电系统模型,仿真结果验证了所提策略的有效性。     

基于改进VDCOL的直流系统后续换相失败抑制策略

针对高压直流系统首次换相失败后在故障恢复期间的后续换相失败问题。以直流系统控制环节的动作逻辑为依据,将恢复过程划分为首次换相失败阶段（阶段1）、系统开始恢复阶段（阶段2）和电流偏差控制阶段（阶段3）,分析发现阶段3期间直流电流恢复量过大会引发后续换相失败。为此提出了一种低压限流控制改进策略,利用瞬时电压实时检测换流母线电压幅值,根据故障后换流母线电压大小动态调整VDCOL的最小电流指令值,减小电流偏差控制期间的直流电流恢复量,达到抑制后续换相失败的目的。最后,基于CIGRE标准模型的仿真测试结果验证了该策略在不同故障条件下对后续换相失败抑制的有效性。     

基于实时戴维南等值参数估计的LCC-HVDC后续换相失败抑制策略

基于电网换相型变换器的高压直流系统,在第一次换相失败后的功率恢复过程中,存在后续换相失败问题。现有研究对受端交流系统故障后拓扑变化带来的系统强度变化欠缺考虑,特别是对系统变弱后的后续换相失败抑制策略未进行深入研究。该文通过实时跟踪故障后系统戴维南等值参数,提出一种考虑系统不同强度的抑制后续换相失败的电流控制策略。首先通过设置电压阈值和参数约束筛选有效的测量数据,基于最小二乘方法实现戴维南等值参数的实时估计,进而得到故障后交流系统制约下的直流最大运行功率。其次,根据最大功率点附近功率变化随电流变化灵敏度较低的特点,确定最大功率保留一定功率裕度后所对应的直流电流作为抑制后续换相失败的电流控制上限。最后,经过PSCAD仿真验证,所提方法能够快速跟踪戴维南等值参数,基于该参数得到的限流措施能够有效避免系统强度降低下的后续换相失败。     

抑制特高压直流系统连续换相失败的非线性动态电流偏差控制

针对特高压直流系统(LCC-HVDC)系统中易发生连续换相失败的问题,提出了一种非线性动态电流偏差控制方法。该方法依据交流故障严重程度动态调整电流偏差控制运行曲线,并利用非线性曲线代替原一次线性曲线,提高熄弧角增量对电流偏差的灵敏度,增大实际熄弧角裕度,进而有效抑制直流系统连续换相失败。PSCAD/EMTDC仿真表明,所提方法能有效抑制各种类型故障导致的连续换相失败,利于故障后直流系统的快速恢复。     

兼具换相电压补偿和直流电流抑制能力的电网换相换流器拓扑

为提高传统直流输电系统抵御换相失败的能力,改善系统故障期间的动态特性,提出了一种基于晶闸管型全桥子模块(T-FBSM)的复合型电网换相换流器拓扑,在故障期间可以通过控制工作模式的切换同时实现换相电压的补偿及直流电流增长的抑制,从而提高换相失败的免疫能力。研究了T-FBSM与换流阀的协调控制策略,并设计了T-FBSM电气参数。最后,在PSCAD仿真环境中设置不同仿真案例,验证了所提新拓扑的电压、电流应力及换相失败抑制效果。仿真结果表明,所提复合式电网换相换流器拓扑协调控制策略及所设计的T-FBSM电气参数合理、有效,同时所提拓扑可以有效降低换相失败概率,并可改善系统的恢复特性。