HVDC系统换相失败对交流电网继电保护影响的机理分析

在交直流互联系统中,交流电网故障引发的直流换相失败可导致交流电网保护不正确动作。分析建立了换相失败情况下逆变器的开关函数模型和直流电流暂态变化模型;根据调制理论及卷积定理,推导出了换相失败情况下直流系统注入交流电网的等值工频及工频变化量电流的动态相量模型;通过分析表明该等值工频及工频变化量电流的变化特性有别于纯交流系统,可能造成交流电网故障引发换相失败时交流电网保护的不正确动作;最后,结合两种具体的交流电网保护,分析了直流换相失败导致交流电网保护不正确动作的机理,为交直流系统继电保护策略研究提供了理论基础。     

HVDC馈入及其换相失败对交流电网选相元件的影响分析EI北大核心CSCD

在交直流互联电网中,交、直流系统之间的相互作用以及直流换相失败将导致逆变侧交流电流呈现新的故障特征,进而对交流电网保护造成不利影响。从开关函数调制理论的角度出发,研究了交流系统故障时刻对于发生换相失败的换流阀组所属相别的影响,计算了故障暂态及稳态阶段逆变器三相开关函数工频量,进而分析了注入逆变侧交流系统等值工频电流的暂态及稳态故障特征。基于上述内容,分析指出当现有突变量选相元件以及稳态序分量选相元件应用于交直流互联电网时,由于交流系统故障时刻以及直流系统换相失败程度的影响,选相元件将出现误判故障类型甚至误选相的情况。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了理论分析的正确性。     

HVDC馈入及其换相失败对交流电网选相元件的影响分析

在交直流互联电网中,交、直流系统之间的相互作用以及直流换相失败将导致逆变侧交流电流呈现新的故障特征,进而对交流电网保护造成不利影响。从开关函数调制理论的角度出发,研究了交流系统故障时刻对于发生换相失败的换流阀组所属相别的影响,计算了故障暂态及稳态阶段逆变器三相开关函数工频量,进而分析了注入逆变侧交流系统等值工频电流的暂态及稳态故障特征。基于上述内容,分析指出当现有突变量选相元件以及稳态序分量选相元件应用于交直流互联电网时,由于交流系统故障时刻以及直流系统换相失败程度的影响,选相元件将出现误判故障类型甚至误选相的情况。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了理论分析的正确性。     

直流馈入下的工频变化量方向纵联保护动作特性分析（三）非故障线路的方向保护

基于各种换相失败情况下的直流系统等值工频变化量阻抗特性,对非故障线路的工频变化量方向元件动作特性进行了理论研究,分析了直流换相失败暂态过程造成非故障线路方向元件所感受到的暂态功率方向突变的问题;在此基础上结合方向纵联保护不同的动作逻辑,对直流换相失败暂态过程引起非故障线路方向纵联保护误动情况进行了分析;基于PSCAD/EMTDC的仿真验证了理论分析的正确性。     

混合MIDC馈入下的工频变化量阻抗方向保护动作特性分析

交流电网故障引发线路换相换流器高压直流(Line Commutated Converter High Voltage Direct Current,LCC-HVDC)换相失败,改变了原有交流电网工频变化量方向保护动作特性。针对这一问题,建立了由电压源换流器高压直流(Voltage Source Converter HVDC,VSC-HVDC)系统与LCC-HVDC系统组成的混合多馈入直流(bybrid multi-infeed HVDC,HMIDC)输电系统模型,并与馈入同一交流电网的单条LCC-HVDC的交直流系统进行对比分析。结合分析工频变化量方向保护原理的特点,定量分析了在两种不同输电结构,同一换相失败情况下的等值工频变化量阻抗特性。基于PSCAD/EMTDC对两种不同结构的直流输电系统,以同一故障引发换相失败进行仿真分析,验证了理论分析的准确性和有效性。表明该HMIDC系统能改善LCC-HVDC换相失败对工频变化量方向保护的影响;理论分析方法为电网直流规划提供了评估依据。     

山东多馈入直流输电系统换相失败分析

本文基于山东电网某年冬季大运行方式规划数据,首先在机电暂态软件PSASP中对山东电网进行了等值;基于等值结果和呼盟、银东直流输电工程实际,利用电磁暂态软件PSCAD搭建了交直流混联系统模型。在所建模型基础上,对山东交流电网故障时两直流系统的换相失败问题进行了分析,对加装静止无功补偿设备来抑制换相失败进行了研究。结果表明:山东电网绝大多数500k V线路故障时会引起至少一回直流输电系统换相失败,部分500k V线路会引起两回直流输电系统换相失败;在逆变侧换流母线加装一定量的静止无功补偿装置可以有效抑制换相失败故障的发生。     

交直流互联系统对距离保护动作特性的影响分析及对策

交直流互联系统换相失败时引起的电磁暂态过程与纯交流环境时不同,从而对交流工频量的距离保护的动作行为产生影响。通过引入象限的概念,分析了换相失败期间逆变器交流侧等值工频电流的暂态特性,然后详细研究了考虑零序补偿电流下换相失败对距离保护的具体影响,分析结果表明,换相失败对距离保护的影响主要与故障位置以及过渡电阻的大小有关;并提出了基于零序方向元件及基于测量电抗变化的"纵续"动作的解决措施。大量的PSCAD/EMTDC仿真结果验证了结论的正确性。     

直流馈入下的输电线路距离保护动作特性分析

直流馈入使传统输电线路距离保护的运行环境发生了改变,从而对其动作特性产生影响。结合距离保护原理的特点分析了直流馈入对输电线路距离保护影响的机理,指出其影响主要在于直流系统等值电流作用于故障过渡电阻而造成测量电抗的波动变化;基于受端电网故障引发各种换相失败情况下直流系统等值工频量电流的变化特性,从理论上分析、比较了不同输电线路情况下的距离保护受直流系统影响的特点。基于PSCAD/EMTDC仿真验证了该理论分析的正确性。     

大规模交直流混联电网暂态特性仿真分析

为了详细研究大规模交直流混联电网中交流线路故障后对继电保护的影响,需要首先对其电气暂态特性进行深入研究。基于实测参数,在ADPSS上建立了HD地区交直流混联电网机电-电磁暂态混合仿真模型,在故障仿真的基础上研究了交流故障引起的多条直流系统换相失败期间交流系统的暂态电气特性。仿真研究结果表明,对于交直流集中落点的负荷中心,交流系统故障期间会引起局部电网电压跌落,造成相关的多条直流线路换相失败,进而引起换相失败期间交流暂态特征以及系统等效序阻抗变化,为下一步研究换相失败对交流保护的影响奠定了基础。     

直流准稳态模型换相失败判断标准的工程实用整定方法研究

介绍了在网络等值化简基础上搭建的适合于研究交直流交互影响的华东电网电磁暂态仿真数据平台.通过仿真对称和不对称交流故障激发直流换相失败,提取换相失败的临界条件,作为直流准稳态模型换相失败的判断标准.研究表明对于对称和不对称故障应采用不同的换相失败判断标准.认为采用电磁暂态仿真方法整定机电暂态中直流换相失败的判断标准具有开创性,对开展机电环境下交直流交互影响研究具有一定的指导意义.     

银东±660kV直流系统故障的动态特性仿真研究

基于PSCAD仿真软件研究分析银东±660kV直流系统故障的动态特性。对直流系统详细建模,采用一种基于物理等效的方法对逆变侧交流系统(山东电网)等值建模,提出一种可行的交流网解环方法。通过山东500kV母线的短路试验验证了等值前后交流系统动态特性的一致性,对银东直流系统在直流线路故障和换相失败故障情况下的动态特性分别进行仿真分析。仿真结果表明,该直流线路故障位置和故障电压、电流波形的升降趋势无关,线路对地闪络故障如能在去游离后自动恢复,在控制系统作用下可很快恢复正常运行;电气距离和故障类型是导致其换相失败的重要因素。该交直流模型还可进行细化,用于进一步研究。     

三峡近区电网交直流系统故障案例分析

交直流系统间故障相互影响已越来越常见,交流系统故障引发直流系统出现换相失败是其中非常普遍的一种,某些情况下可能会给电网带来电压波动或者功率波动,严重工况时可能引发直流闭锁等严重故障.结合2011年夏季用电高峰期间三峡近区交直流系统出现的一次故障事件,在详细介绍事件发展经过的基础上,对受端电网交流故障引发直流系统换相失败和三峡近区交流系统功率波动进行了仿真再现,对比分析直流换相失败激发送端电网功率振荡过程.最后从系统规划建设、新技术应用、运行控制、交直流系统二次设备配置等4个方面给出了交直流系统故障相互影响研究的相关建议与措施.     

高压直流输电系统连续换相失败研究综述

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,换相失败的本质原因是晶闸管没有自关断能力。因交流故障难以预测,首次换相失败难以避免,但首次换相失败演化为连续换相失败的过程受高压直流控制系统快速跳变和交流系统继电保护动作的影响。分析了高压直流连续换相失败的演化机理,介绍了判别连续换相失败的方法,归纳了连续换相失败的处理方式,并对其特点进行了分析。     

一种抑制多馈入特高压直流换相失败的投旁通控制策略

换相失败是特高压直流输电系统的常见故障之一,常在送、受端交流电网引起剧烈的无功波动。投入旁通对是对直流系统进行保护的重要控制措施之一。当直流输电系统发生故障时,逆变侧保护装置动作后投入旁通对有助于达到快速停运直流输电系统,隔离故障的目的。而现在有关旁通对的研究多集中于其在直流故障中的应用,关于其在换相失败问题中的应用研究较少。通过分析旁通对控制对特高压直流输电系统送、受端电压特性的影响,论证了旁通对控制策略对换相失败后整流侧过电压、逆变侧低电压的改善作用。进而提出了一种换相失败后投旁通对的控制方法,以逆变阀组换相失败及交流电压跌落程度为旁通对控制的启动判据,根据直流运行状态对直流电流进行动态调节,然后根据受端交流系统恢复程度退出旁通对。PSCAD/EMTDC仿真表明,所提旁通对控制器在交流故障导致特高压直流换相失败后,能够起到快速隔离交直流系统、减轻无功电压波动的控制效果。     

华东电网多直流同时换相失败仿真分析

随着馈入华东电网直流条数及输送容量的不断增加,交流系统故障引起的多直流同时换相失败稳定性问题日益突出。采用PSD-BPA暂态稳定仿真程序,对2016年华东电网丰大运行方式下的多直流同时换相失败问题进行了仿真分析。结果表明:上海地区及上海—江苏、上海—浙江联络线附近多数500 kV线路发生三相短路故障均会引起八回直流全部发生换相失败。多直流同时换相失败会影响受端系统稳定运行,但一般不会造成系统失稳,影响程度与等效换相失败时间有关。等效换相失败时间和负荷模型会对换相失败恢复过程中的换流母线电压造成影响。     

基于故障限流器的直流多馈入受端系统动态分区技术

为提升直流多馈入受端系统的运行性能,提出一种基于故障限流器的电网动态分区技术。该技术的基本思想是根据网架结构,选择合适的交流线路安装故障限流器,从而将系统划分为若干个相互之间由故障限流器隔开的区域。在正常情况下,故障限流器等效阻抗为0,不会影响系统的潮流分布和电压水平;当交流系统发生短路故障时,故障限流器将投入限流阻抗以限制短路电流,阻隔故障在各区域电网之间的传递,从而有效缩短直流线路换相失败的持续时间,加快直流功率恢复,缓解多回直流线路同时换相失败引起的交流系统功率不平衡和潮流转移问题,提升整个系统的暂态稳定性。以2个典型结构的直流多馈入受端系统为例,验证上述分区技术的有效性。     

适用于稳控装置的逆变站送出交流线路故障跳闸判据

直流换相失败给逆变站近区交流电网的故障特征带来了显著变化。理论分析了直流换相失败对逆变站送出交流故障线路的电流有效值的影响规律,指出了稳控装置所用的传统故障跳闸判据存在不适应场景的原因;进一步基于实时数字仿真平台(RTDS),验证了理论分析所述的不适应场景;通过分析直流系统短路后的交流等值网络,结合故障时电流序分量和相间余弦电压等电气量特征,提出了适应逆变站送出交流线路的故障跳闸新判据;最后,RTDS仿真结果验证了新判据的有效性和可靠性。     

交直流电网故障暂态功率倒向解析

针对交直流电网出现的暂态功率倒向现象而导致继电保护误动的问题,从继电保护的视角出发,在电磁暂态时间框架下研究交直流系统相互影响机理和交流故障特征的变异机理,提出在换相失败电磁暂态过程的解析分析、特征变异对保护性能的影响评估方法和评价指标,进而给出了交直流混合电网界定暂态功率倒向的计算模型和方法。交直流系统相互作用而引发的暂态功率倒向是由交流故障和直流系统快速变化引起的2个不同扰动源同时作用于电网元件,且满足一定电气和时序条件下"竞争"的必然结果。仿真结果验证了所述模型和方法的正确性。     

电网故障下多馈入直流输电系统相继换相失败机理与特性

在多馈入的电网换相换流器型高压直流(LCC-HVDC)输电系统中,交直流系统以及不同LCC-HVDC之间的复杂耦合作用造成换相失败形态产生变化,使得LCC-HVDC的控制保护系统面临挑战.目前,由电网故障直接引发的多回LCC-HVDC同时换相失败现象受到关注,但是换相失败过程中LCC-HVDC系统之间的相互影响却被忽视.LCC-HVDC换相失败后的状态和输出特性急剧变化,通过交流系统的耦合势必对相邻LCC-HVDC产生直接的影响.为此,文中研究了LCC-HVDC换相失败对相邻健全LCC-HVDC的影响,分析了受端弱电网故障下多馈入LCC-HVDC系统中相继换相失败的产生机理和换相失败期间控制系统作用下逆变站的动态无功特性;推导了计及控制系统响应的逆变站无功功率表达式,解析了相邻LCC-HVDC无功交换特性,分析了相继换相失败的特征和影响因素.最后,通过标准模型验证了理论分析的正确性.     

考虑交直流无功交互特性的换相失败预测控制优化方法

换相失败预测控制在减小换相失败风险的同时将增大直流系统的无功消耗,但当前研究均未考虑其在多回直流系统与受端电网之间无功交互的影响,因此提出了考虑交直流无功交互特性的换相失败预测控制优化方法。首先,分析了换相失败预测控制作用下交直流混联电网的态势演化规律。然后,综合考虑功率冲击和无功功率来评估各回直流系统对受端电网的影响程度,并据此对换相失败预测控制参数进行优化设置。最后,基于实际电网对所提协调优化方法进行了仿真分析。仿真结果表明,该方法能在有效降低整体换相失败功率冲击的同时,避免直流系统吸收过多无功功率而威胁交直流混联电网的无功电压稳定,有利于故障后的无功电压态势向恢复稳定的方向演化。