一种抑制后续换相失败的自适应电流偏差控制方法

为了降低高压直流输电系统发生换相失败的概率,该文结合直流输电系统的电流偏差控制的特性,提出一种抑制后续换相失败的自适应电流偏差控制方法。通过理论分析,发现电流偏差控制中斜坡函数的斜率较大时有利于换流阀的换相过程而不利于传输功率的恢复,较小时有利于传输功率的恢复但不利于换相。基于此结论提出的自适应电流偏差控制器能根据交流故障严重程度动态调整关断角增量,从而提高后续换相失败的免疫力,然后,在PSCAD/EMTDC仿真环境中搭建CIGRE标准测试模型,并实现了所提控制方法。仿真结果表明,所提自适应电流偏差控制器可在一定程度上抑制HVDC系统的后续换相失败,从而有效地改善高压直流输电系统的运行特性。     

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。     

抑制直流连续换相失败的直流电流指令值优化策略

为抑制直流系统连续换相失败,通过分析换相失败机理,得出直流电流上升与逆变侧交流系统电压降低是造成首次换相失败的主要原因。研究直流首次换相失败后恢复阶段时的控制系统动作特性与电气量变化规律,得出在换相失败恢复期间,逆变侧直流电压的快速恢复会引起直流电流指令值的快速上升,逆变侧切换为定电流控制,由于在控制过程中未考虑直流电流上升对关断角的影响,会导致控制系统失去关断角的控制权从而引起直流连续换相失败。基于此,提出一种考虑关断角的直流电流指令值优化控制策略,结合低压限流控制抑制连续换相失败的发生。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件与国际大电网会议直流标准测试模型(CIGRE HVDC)验证了所提控制策略的有效性。     

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。     

LCC-HVDC故障恢复型连续换相失败机理分析与抑制措施

随着我国交直流混联电网的快速发展,连续换相失败已对系统安全稳定运行带来了严峻的挑战,但其发生机理尚不明晰。针对此现象,首先梳理了连续换相失败的成因并将其分类,然后利用直流系统稳态运行曲线分析首次换相失败的故障恢复过程,并根据控制器的作用顺序划分为3个阶段。通过分析发现在阶段3中,即电流偏差控制环节,关断角的持续减小是连续换相失败发生的根本原因。其次,提出限制型低压限流控制策略,提高了低压限流控制与电流偏差控制的配合,从而实现对连续换相失败的抑制。最后,以CIGRE直流输电标准模型为算例,验证了所提连续换相失败发生机理的正确性以及抑制措施的有效性。     

抑制高压直流系统后续换相失败的定关断角控制改进方法

定关断角控制是高压直流输电系统抑制换相失败的主要控制策略之一,但当前针对其实测型和预测型控制的研究仍未能有效解决其响应速度与控制精度不足的问题,因此提出了抑制后续换相失败的关断角控制改进方法。首先,基于对直流系统换相过程及影响因素的分析,提出了考虑电压谐波的关断角预测方法。然后,将后续换相过程的关断角预测值引入直流系统的原有控制逻辑,从而改进定关断角控制策略。最后,基于PSCAD/EMTDC对改进后的控制方法进行了仿真分析和验证。仿真结果验证了该方法能有效地抑制直流系统的后续换相失败,提升了定关断角控制的响应速度和控制精度。     

谐波引起的高压直流输电连续换相失败抑制方法研究

高压直流输电系统连续换相失败是引发交直流混联电网连锁故障的重要诱因。谐波造成的电压波形畸变导致换相面积减少,是引发连续换相失败的重要因素。现有换相失败抑制方法研究主要是针对换相电压工频幅值下降,缺乏对谐波影响的考虑。针对该问题,分析了谐波对连续换相失败的影响机理,计算了谐波对关断面积的影响因子,提出了一种考虑谐波的关断角整定值定量计算方法。所提算法在换相失败期间提高关断角控制器的指令值,提高后续阀组的关断裕度,抑制连续换相失败的发生。最后通过电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC进行验证。算例仿真验证了所提方法的有效性。     

整流侧交流系统故障引发逆变器换相失败的原因分析及抑制方法研究

在高压直流输电系统中，交直流耦合作用日益紧密。当整流侧交流系统发生故障时，若直流控制系统响应不当则可能引发逆变器换相失败。首先分析了整流侧交流系统故障后，直流控制系统的响应过程以及逆变侧换相电压的变化特点。然后结合关断角的计算表达式，探讨故障恢复过程中关断角下降的原因。分析表明整流侧交流系统故障情况下，逆变侧换相电压在小范围内变化，换相失败发生的主要原因是故障恢复过程中直流电压和直流电流的快速上升。在此基础上，提出通过改进整流侧触发角以减缓直流电压恢复速度的方法，提出通过减小电流裕度以及改进整流侧电流指令值以减缓直流电流恢复速度的方法。最后基于CIGRE直流输电标准模型，在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台上验证了所提换相失败抑制方法的有效性。仿真结果表明，2种方法都能抑制整流侧交流系统故障下的换相失败，且共同作用时效果更佳。     

整流侧换流母线电压恢复导致逆变器换相失败的机理分析

交直流系统中整流侧换流母线电压恢复会引起直流电流增大,从而导致逆变器换相失败。为了解决该问题,文中首先以CIGRE HVDC标准测试系统为例,分析了电压恢复期间逆变侧控制系统的控制特性,发现由定电流控制切换为定关断角控制瞬间及之后一段时间内,直流电流较大及增速过快从而引起电流偏差控制输出较小且快速降低是诱发换相失败的重要原因。其次,提出了一种通过改进定关断角控制器以改善整流侧换流母线电压恢复导致关断角过小的控制方法。最后,在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件中利用CIGRE HVDC标准测试模型仿真验证了所提方法的有效性,由仿真结果可知该方法能有效抑制由整流侧换流母线电压恢复导致的逆变器换相失败。     

基于触发角偏差补偿的连续换相失败抑制措施

逆变侧交流系统发生不对称故障后容易导致连续换相失败,威胁电网的安全稳定运行。针对这一问题,基于不对称故障后直流控制系统的响应规律,根据直流系统稳态运行曲线将故障及恢复过程分为2个阶段,发现在阶段2即故障稳定恢复阶段,存在换相面积需求量逐渐增加而换相面积最大提供量逐渐减小的趋势,并且在此过程中触发角指令值与触发角实际值还存在偏差,触发角偏差将进一步削减换相面积最大提供量,是引发连续换相失败的重要原因。基于此,分析了触发角偏差的来源以及触发角偏差对控制系统的影响,提出一种基于触发角偏差补偿的连续换相失败抑制措施,并在PSCAD/EMTDC中基于CIGRE HVDC标准模型进行仿真验证。仿真结果表明,所提措施能够有效抑制连续换相失败。     

基于联络通道电流检测的多馈入直流系统同时换相失败预防控制

受多馈入直流系统中各直流输电线路之间耦合特性影响,单一交流故障产生的谐波分量通过交流系统对多回直流线路进行干扰,易引发同时换相失败。基于换流器开关调制理论建立交流故障暂态过程中多馈入直流系统内谐波传变回路模型,分析谐波分量的产生机制和传变路径,分析交流故障导致多馈入直流系统发生同时换相失败的机理。将故障后多馈入直流系统内换相的动态演变过程划分为不同阶段,总结各阶段的换相特征发现,近端换流站发生换相失败后,通过交流侧联络通道扩散的故障电流分量引发同时换相失败的关键因素。提出基于联络通道电流检测的同时换相失败预防控制策略,通过检测联络通道异常电流使远端换流站对近端换流站发生的换相失败快速反应以减小发生同时换相失败的风险。以河南特高压多馈入直流系统为例进行仿真验证,仿真结果证明了所提控制策略的有效性。     

基于无功反馈控制的后续换相失败抑制方法

基于电网换相换流器的高压直流输电故障后的动态恢复过程与交直流系统间的无功交换强相关,持续的无功交换过程往往伴随着换相电压持续波动,进而可能引发后续换相失败.基于此,提出采用闭环反馈控制的无功控制方法以降低后续换相失败的风险.首先,利用实时仿真分析了采用典型低压限流(VDCOL)控制的直流系统故障恢复过程与无功交换的关系.其次,利用交直流系统的无功功率特性方程以及隐函数存在定理,分析了直流电流分别与无功交换和关断角之间的微增量关系,并据此提出无功反馈控制结构.然后,提出了用来替代VDCOL的直流电流实时计算方法,该方法同时考虑了无功交换平衡和定关断角二维约束,并通过闭环控制抑制了干扰偏差,控制精度更高.最后,仿真结果表明,所提方法可以减小直流系统发生后续换相失败的概率,改善系统的恢复性能.     

A Novel Recovery Strategy to Suppress Subsequent Commutation Failure in an LCC-Based HVDC

A subsequent commutation failure (SCF) can easily occur during the recovery process after a first commutation failure (1st CF). This paper analyzes the interaction mechanism of extinction angle, AC voltage, DC current and firing angle, and reveals that the complex coupling relationship during the dynamic process after the 1st CF has a significant effect on the SCF. The mathematical equations when considering different fault durations, fault severities and AC system strengths are then established. An AC fault voltage detection method based on reactive power and fault duration is also proposed to measure the fault severity, and an SCF inhibition control strategy (SCFICS) based on AC fault detection and reactive power control is subsequently proposed. This can not only inhibit the SCF, but also enhance the DC recovery speed effectively. Finally, based on the SCFICS, a simulation model is built, and the simulation results with different cases indicate that the SCFICS can effectively inhibit the SCF with good recovery performance, for three-phase-to-ground (TPG) and single-phase-to-ground faults, and with a fault inductance range of 0.01 H to 1 H.     

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。     

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。     

适应大容量直流接入弱受端的直流极控系统优化控制方法

大容量直流接入较弱受端系统,换流母线电压相对敏感,故障扰动易引起直流换相失败甚至发生连续换相失败。针对弱受端交流故障恢复过程中可能出现的连续换相失败问题,提出了根据交流系统和直流系统关键变量,在线计算调整低压限流功能直流电压上限值的方法,使直流的恢复速度能适应交流系统的恢复状态,避免连续换相失败的发生;提出了逆变站调节器配合和分接头控制的优化方法,使逆变站进入定直流电压控制模式,能在一定程度上减小远端故障引发换相失败的概率。利用与实际直流工程极控系统完全一致的仿真模型进行仿真验证,仿真结果表明:所提出的优化方法可行、有效,能适应弱受端系统对于抵御换相失败的需求,有利于改善交直流系统运行稳定性。     

抵御浙江电网多馈入直流系统持续换相失败措施

针对浙江电网多馈入直流系统可能由于交流系统故障引起的持续换相失败问题,以换相失败本质为理论依据,在搭建系统模型的基础上验证了大容量静止无功发生器(static var generator,SVG)、调相机在抑制持续换相失败中的作用,同时提出采用电压时间面积法优化直流控制保护降低直流持续换相失败的概率,该方法可在交流系统接地故障时通过对熄弧角的控制抑制多回直流输电系统持续换相失败,最后通过系统试验验证了面积法的改善性能。     

适用于不对称情况的线换相换流器动态相量模型

为满足大规模交直流输电系统快速精确仿真的需求,采用动态相量法对不对称情况下的线换相换流器进行建模。首先分析不对称情况下换流器的实际触发及换相原理,提出计及换流器交流侧3次谐波、直流侧2次谐波时的触发角和换相角计算方法,改进传统的换流器开关函数,在此基础上,通过忽略不必要次项建立适用于不对称运行情况的计及低次非特征谐波的换流器动态相量模型,以简化模型的计算过程。将其应用于Cigre-Benchmark标准直流系统,与PSCAD仿真结果对比,结果表明模型准确有效。基于改进开关函数模型,进一步判断换相失败与否,结果表明计及交流侧3次谐波以及直流侧2次谐波能更准确有效地判断换相失败。