定熄弧角控制器对直流输电系统的影响分析

为揭示直流输电系统分层控制中极控制层定熄弧角控制环节对系统运行特性的影响,分析了熄弧角指令值的变化对直流输电系统稳态运行工况、无功特性和换相失败的影响,并基于CIGRE直流输电标准测试系统,运用电磁暂态仿真工具PSCAD/EMTDC对理论分析结果进行了仿真验证.结果表明,定熄弧角控制器能改善交直流输电系统运行的稳定性,维持系统无功平衡,保证逆变器关断裕度以阻止换相失败的发生.     

交流系统故障对滤波换相换流器的影响分析

交流系统故障引发换流器换相失败是直流系统中常见的故障。滤波换相换流器(FCC)作为一种新型的换流器电路拓扑结构,研究其在交流系统故障条件下的换相特性是十分必要的。本文分析计算了在三相对称和不对称故障条件下实际熄弧角,研究了换相电压变化ΔU与熄弧角、直流电流及换相电压过零点相位移之间的关系。基于FCC数学模型,详细分析了阀侧无功补偿度对直流系统的熄弧角、换相角、换流母线电压以及换相电抗等运行参数的影响。最后参考实验室背靠背直流输电系统参数,对FCC逆变器和电网换相换流器(LCC)逆变器在交流系统故障下的动态特性进行了仿真对比。结果表明:逆变器在交流系统单相故障条件下要比三相对称故障条件下更容易发生换相失败;FCC的换相电压中谐波含量更少,在相同熄弧角下,其能承受更大的电压暂降而不发生换相失败;FCC阀侧无功补偿度的大小直接影响到换相电压和换相电抗,选择时必须防止换相失败和换相电抗过大。     

直流机电暂态仿真建模及与电磁暂态仿真的对比

对直流输电的机电暂态仿真模型进行了深入研究。推导了适用于整流侧和逆变侧的换流器通用数学模型,分析了换相失败的判断方法,同时对逆变侧定关断角控制器的模拟方法进行了详细分析。在机电暂态仿真软件中搭建了含有直流输电详细模型的测试系统。为了深入分析直流输电机电暂态模型的精确度,以直流输电逆变侧不同程度的故障对比了机电暂态仿真结果与电磁暂态仿真结果。结果表明:机电暂态仿真计算是理想化的,它对换相失败临界点的判断与电磁暂态仿真存在偏差;在发生换相失败故障时,机电暂态模型响应曲线与电磁暂态模型基本一致,机电暂态模型的有效性得到了验证。     

高压直流输电系统换相失败判断标准的仿真分析

对2008年南方电网交直流混联输电系统建立了详细的电磁暂态模型，通过对贵广I、贵广II、北郊、惠州4条直流输电系统换相失败的仿真研究发现，当电压降落到75%时并不一定发生换相失败，因此提出了换相失败的标准：电压降落到70%时也不一定发生换相失败，关键应看阀关断角是否小于阀去游离时间对应的最小角度、阀电压是否连续为零、阀电流是否连续；若是，则会发生换相失败，若不是，则不会发生换相失败。     

采用滤波换相换流器的多馈入直流输电系统中换相失败问题的研究

将滤波换相换流器(FCG)引入到多馈入直流输电(MIDC)系统,以CIGRE直流输电标准模型为基础,推导求得含FCC的混合MIDC系统(由FCC和电网换相换流器(LCC)构成)的熄弧角计算模型.通过算例对比分析了传统MIDC系统和混合MIDC系统在不同电气距离和交流强度下逆变站发生换相失败时的相互影响.在PSCAD/EMTDC中建立了传统MIDC系统和混合MIDC系统模型,并进行仿真对比研究,结果表明:与传统MIDC系统相比,FCC提高了熄弧角裕度,有效提升了换相过程中的抗扰动能力,也削弱了子系统间换相失败的影响强度,降低了发生连续换相失败的几率.     

预测型定熄弧角控制及其改进策略EI北大核心CSCD

定熄弧角控制作为逆变侧基本控制环节,在抵御换相失败方面起到了重要作用。针对现有预测型定熄弧角控制故障期间熄弧角计算误差较大的缺点,提出了一种改进的预测型定熄弧角控制方法。该方法不仅计及了换相期间直流电流的变化,同时考虑到换相电压的变化,利用滑动平均滤波器和二阶广义积分器分别对直流电流和换相电压进行处理,用于各换流阀触发角的求解,取其中最小触发角作为定熄弧角控制的输出。通过PSCAD/EMTDC仿真对不同强度交流系统下系统的换相失败免疫因子进行测试,证明了改进后的预测型定熄弧角控制能更好地抑制换相失败的发生。     

嵊泗直流输电工程受端无源运行仿真研究

采用电力系统仿真程序SIMPOW,根据实际阀控系统功能特点、一次系统接线建立了仿真模型,对嵊泗直流输电工程受端无源运行时,系统发生三相短路、直流换相失败等几种典型大干扰后嵊泗电网的暂态稳定性进行了仿真研究,提出了进行嵊泗直流输电工程受端无源运行改造的主要措施,包括网控系统增大调节器增益,增加预测型熄弧角限位功能,增加调相机高、低阀保护,优化励磁调节器参数等。     

换流变充电扰动导致换相失败故障分析与处理

在宁东高压直流输电工程中,逆变侧停运极换流变压器充电试验时,引起站内交流母线电压波动,致使运行极换相失败预测功能启动。在该工况下,逆变侧换相失败预测功能改变换流器触发角和熄弧角抑制换相失败。但改变控制角后,逆变侧触发角和熄弧角不能及时返回正常值。导致逆变侧直流电压长时间降低,整流侧低压限流功能启动。分析原因为:空载投入换流变压器时,励磁涌流造成逆变侧正在运行的一极交流电压畸变,引起该极换相失败;根据现场运行状况,经过将RTDS仿真与实际工况比较发现,宁东直流工程换相失败预测功能中交流电压跌落判据值、增大熄弧角参考值、瞬时减小触发角定值等参数设置不尽合理,并由此提出了修改上述参数的方法,以防止类似情况的再次发生。     

特高压直流输电工程逆变侧控制策略优化设计

特高压直流输电在电网中的应用越来越广泛,送端电网与受端电网间采用多回直流相连,在一回直流故障时,通过提升其他直流实现功率紧急支援。在受端电网相对较弱的情况下,当需要大幅紧急提升直流功率时,如逆变侧采用传统修正的定熄弧角控制,会出现换相失败的情况。为此,分析了产生换相失败的原因及交流系统强度和提升量对换相失败的影响,并在现有逆变侧控制策略的基础上,提出一种预防换相失败的控制器,通过引入熄弧角测量值,实现熄弧角闭环控制,从而保证换相裕度,避免换相失败。在实时数字仿真系统(RTDS)中进行了试验验证,结果表明,所提策略可解决特高压直流大幅提升功率时的换相失败问题。     

高压直流输电系统换相失败的判断标准

建立了4条交、直流输电线路并联的多馈入高压直流输电系统(HVDC)模型并对该模型的直流输电线的换相失败现象进行了详细的理论分析和仿真研究,基于电路基本理论知识,以两端HVDC系统的关断角表达式,推导出了多馈入交、直流并联的HVDC系统的关断角表达式。通过理论分析可知,逆变侧换相失败的判断是由多种变量因素共同决定的,不能简单地假设一个或多个变量不变,而去讨论引起换相失败的结论;否则不会得到准确的结论。提出换相失败的判断标准应该为:换流阀关断角是否小于阀去游离时间对应的最小角度。若是,则会发生换相失败;若不是,则不会发生换相失败。     

采用新型换流变压器及其滤波系统对换相失败的影响

分析了直流输电的换相失败机理及影响换相失败的因素。考虑到新型换流变压器及其滤波系统的阀侧滤波支路会对直流输电系统中各运行变量产生一定的影响,以实验室建立的直流输电系统模拟平台为研究对象,给出了新系统下阀侧无功补偿度的定义,当逆变侧采用新型换流变压器及其滤波系统后,详细分析了多种因素对逆变侧换相失败的影响并得出如下结论:阀侧无功补偿度对换相过程的改善能力不大;直流电流和换相电抗的增加会增大逆变器发生换相失败的几率;越前触发角的增大可有效降低逆变器发生换相失败的几率;不对称故障时,换相电压过零点的偏移会使得与发生单相接地短路相相连的逆变器上、下2个换流阀最易发生换相失败。最后,提出了新系统条件下避免发生换相失败的措施:增大越前触发角或关断角的整定值;适当降低换流变压器的换相电抗;保持换相电压的稳定。     

直流换相失败期间阀换相过程微观分析方法

从电磁暂态微观尺度角度出发研究了换流器换相失败阀换相过程,分别针对短路状态和线电压长时间加压至直流侧状态提出了2种等值电路。基于这2种电路分析直流换相失败过程中的直流电压变化特征。分析结果表明,直流换相失败过程中逆变侧直流电压不仅会降低,甚至会出现反转的情况。在连接有直流实际控制保护装置的RTDS实时仿真平台上进行仿真试验,试验结果验证了提出的换相失败过程等值电路的正确性。     

Modeling of effective margin angle characteristics and AC voltage stability analysis of CCC

A capacitor commutated converter (CCC) has a simple circuit topology of a series capacitor placed between the valve and the converter transformer in each phase. The series capacitor mitigates the inverter operation of a CCC by assisting the commutation with the voltage charged in it. However, it does not guarantee complete commutation in any conditions, for a valve does not have self‐extinction ability. Therefore, precise analysis of the commutation process of a CCC is required to secure its operation. First, the formulation of the interrelation among the converter parameters—AC voltage, DC voltage, firing delay angle, overlap angle, and effective commutation margin angle—is presented. The firing delay angle at a given effective margin angle is calculated by using the obtained equations, which can be applied to constant extinction angle control. Next, we assess the AC voltage stability of an AC/DC link, when constant extinction angle control is applied to the inverter of CCC. The calculated voltage stability factor (VSF) shows that the commutation capacitor improves the AC voltage stability of constant extinction angle control at the inverter linked to a weak AC system, but it differs by the rectifier operation mode and compensation factor of the commutation capacitor. © 2001 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 137(4): 38–47, 2001     

单相断路器跳闸对逆变器换相的影响

若直流受端单回交流线路单相高阻接地时逆变器未发生换相失败,此时单相断路器跳闸可能导致换相失败。首先利用对称分量法推导建立了单相断路器跳闸后的换流母线电压表达式,基于表达式分析了影响换流母线电压的主要因素,发现其与系统等效参数相关。随后研究了换流母线电压偏移角对关断角的影响机理,发现单相断路器跳闸后换流母线电压过零点前移是导致关断角减小的主要因素,严重时会诱发换相失败。最后在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件平台搭建交直流仿真模型,仿真验证了受端单回线单相断路器跳闸对逆变器换相过程的影响,仿真结果与理论分析相吻合。     

±800kV特高压直流换相失败的RTDS仿真及后续控制保护特性研究

分析了特高压直流输电系统交流单相故障、触发系统故障和阀短路引起的换相失败的机理和后续控制保护特性,在南方电网主网等值系统下采用基于实时数字仿真仪的直流控制保护数模仿真平台对上述3类诱因引发的换相失败进行了仿真,分析了不同诱因下换相失败控制特性及保护配合,并检验其动态性能间的差异。仿真分析表明,特高压直流输电换相失败在不同的故障诱因下有不同的控制保护特性。     

基于直流电流动态上升的高压直流输电系统换相失败分析

针对现有换相失败分析方法未考虑交流系统故障后直流电流动态上升对关断角影响的问题,在分析直流电流变化对关断角影响的基础上,首先推导了对称故障下未考虑直流电流变化以及考虑直流电流瞬时变化的换相失败分析方法。分析结果表明,当逆变侧换流母线电压跌落在一定区间内,以上2种方法会导致换相失败判别结果不准确。为此考虑交流系统故障后直流线路和直流控制的动态过程,推导了直流电流的时域表达式,通过求解直流电流最大值,提出了一种考虑直流电流动态上升的换相失败分析方法。最后基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提方法的有效性以及对高压直流输电系统换相失败判别结果的正确性。     

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...     

溪洛渡直流工程换相失败特性及相关因素分析

精确模拟直流逆变器换相失败及功率恢复对电力系统安全稳定分析是十分重要的。将电力系统实时仿真器RTDS连接到溪洛渡直流工程实际的直流控制保护系统装置,分析与评估逆变站换流母线电压跌落、故障类型以及交流系统强度等因素对溪洛渡直流的换相失败和故障恢复特性的影响。研究结果表明,换流母线故障相电压跌落幅度是决定溪洛渡直流逆变器在交流系统短路故障后是否发生换相失败的主要影响因素。