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。     

高压直流输电系统后续换相失败风险评估及抑制方法

若引发首次换相失败的交流系统故障未及时清除或恢复阶段控制不当,在直流系统恢复过程中就有可能发生后续换相失败。文中基于换相电压时间面积,分析了导致后续换相失败的直接、间接影响因素,明确了后续换相失败发生机理。为定量评估系统后续换相失败风险,提出了后续换相失败风险指标(SCFRI),并提出了根据风险程度自适应调节触发角的基于SCFRI的附加控制策略。为避免附加控制调节范围受限等问题,提出了基于SCFRI的协调限流策略。两种策略相互配合有效抑制了后续换相失败的发生。以国际大电网会议(CIGRE)直流输电标准模型为测试算例,验证了所提SCFRI与抑制策略的有效性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

抑制多馈入直流输电系统后续换相失败措施研究

针对多馈入直流系统中发生的后续换相失败问题,以换相失败的本质为理论依据,在搭建仿真模型的基础上验证了静止无功补偿器（SVC）在抑制后续换相失败中的作用,同时提出一种有效抑制后续换相失败的变熄弧角控制方式。通过分析变熄弧角控制方式的应用缺陷,进一步提出一种基于渐变恢复理论的新型动态低压限流环节（VDCOL）控制方式。该控制通过动态VDCOL延缓单条直流功率恢复速率,可降低故障期间直流系统对交流系统的无功需求,同时其延时环节也可消除暂态过程中各条直流线路间的不良交互影响,以达到多条直流交替恢复、有效抑制后续换相失败的目的。仿真算例结果验证了控制方法的有效性。     

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。     

逆变侧交流系统不对称故障引发HVDC系统连续换相失败的机理及抑制策略研究

高压直流系统逆变侧交流系统发生不对称故障后,若故障不能及时清除,极易引起直流系统发生连续换相失败,影响交直流混联电网的安全稳定运行。逆变侧发生不对称故障后,换流阀的实际超前触发角在换相失败后的系统恢复阶段会受换相电压不对称、直流控制调节共同影响。对实际超前触发角进行推导后得出,不对称故障后实际超前触发角具有周期性波动的特征,极易在直流系统恢复阶段引发连续换相失败。因此,根据滞环控制理论,提出一种通过减小实际超前触发角波动范围来抑制连续换相失败的控制策略。基于CICRE HVDC标准模型,在PSCAD/EMTDC上对逆变侧不对称故障进行了仿真。仿真结果证明,在换相失败后的系统恢复阶段,实际超前触发角的周期性波动是引起连续换相失败的重要原因,所提出的连续换相失败抑制策略可以减小实际触发角波动范围,并有效抑制连续换相失败。     

基于交流故障快速检测的高压直流换相失败抑制方法

交流侧故障是高压直流输电系统发生换相失败的主要原因。不对称故障时,换相电压的相位偏移会引起实际触发角偏移,当实际触发角大于指令值时,很可能导致换相裕度不足而引发换相失败。首先计算了交流单相短路接地故障下的最大换相电压相位偏移量,提出了基于交流故障快速检测的高压直流换相失败抑制方法。该方法可以快速检测单相故障发生相,计算出锁相环输出相位与偏移量最大的换相电压相位之间的差值,并取最大相位误差量对锁相环输出的同步相位进行修正。在PSCAD/EMTDC中利用CIGREHVDC标准测试模型测试,结果表明所提的方法在逆变侧弱系统及强系统中均能有效提高发生单相故障后的后续换相失败抵御能力。     

一种基于级联延迟信号消去锁相环的高压直流输电同步触发控制

现有同步触发控制在交流故障下无法精确产生触发脉冲,这将增大逆变器发生后续换相失败的风险。为此,该文通过建立小信号模型对同步触发控制系统进行详细分析,提出一种改进同步触发控制方法。该方法采用级联延迟信号消去锁相环快速跟踪换相电压相位,并根据交流故障快速检测改进触发方式,使得实际触发角快速准确地跟随触发角指令,有利于高压直流控制系统的精准调节。最后,利用CIGREHVDC标准测试模型对改进同步触发控制进行测试。仿真测试结果表明,该改进同步触发控制能够有效降低逆变器发生后续换相失败的概率,显著提升高压直流输电系统在故障后的恢复性能。     

高压直流输电系统抑制连续换相失败的策略研究

对于直流馈入受端电网,换相失败是一种最常见的故障.为减少输电系统发生连续换相失败的概率,对换相机理和控制环节的运行逻辑进行分析,然后结合低压限流控制器的特点,提出了一种可以抑制连续换相失败的策略.通过预测模块提前减小逆变触发角,增大换相裕度,同时在整流侧补偿触发角,抑制直流电流上升,并且利用交流母线电压波动小的特点,代...     

基于单相锁相环的高压直流分相触发相位控制

触发相位控制是高压直流系统控制的基础。换流器触发相位控制方式对高压直流性能的影响尤以不对称故障工况下为甚。针对传统分相触发中过零点检测抗干扰性差以及等间隔触发控制自由度低等缺点,提出一种新的基于单相锁相环的分相触发方案,该触发方式的锁相过程对谐波和负序电压干扰具有较强的抑制能力,能够在三相不对称工况下获得更详细的电压相位信息,减小此时各阀实际触发角的差异。最后,利用PSCAD/EMTDC对所提分相触发方式下高压直流稳态和暂态性能进行了仿真测试和分析,结果表明新分相触发对系统稳态性能无不利影响,并可有效降低交流故障恢复过程发生后续换相失败的概率,验证了该分相触发方式的优越性。     

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。     

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PSCAD/EMTDC的背靠背高压直流输电系统仿真

为了研究灵宝背靠背换流站在交流系统发生故障时的换相失败过程,利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对灵宝背靠背高压直流输电系统进行了建模,并在此基础上对高压直流输电系统中常见的故障进行了仿真分析,其中包括逆变侧交流系统发生三相故障和单相故障的情况。仿真结果表明,在PSCAD/EMTDC环境下建立的模型能够比较准确地描述在暂态过程中背靠背直流输电系统的动态特性,可以为现场运行以及故障分析提供参考。在系统中加入故障检测控制环节,根据电压和电流的变化,适时增大提前触发角,可以有效地预防换相失败。     

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。     

高压直流定无功功率交流故障恢复方法

高压直流系统无功功率动态特性与直流控制强相关,对受端交流系统故障电压恢复特性具有显著影响。为此,研究了直流控制与无功功率动态特性的相互作用关系及其对故障恢复的影响。首先,分析受端交流系统故障时直流系统固有的无功功率动态特性,在此基础上,研究直流电流指令值、交流母线电压与无功功率交换量之间的动态相关性,提出低压限流功能的替代方案。接着,针对交流母线电压的不同故障水平,进一步研究了交流系统与换流站在不同交流电压水平下的无功功率交换能力。最后,仿真验证了在对称故障下所提替代方案能够提升交流故障支撑能力,改善系统的故障恢复性能,降低系统恢复过程中发生换相失败的概率。     

基于复合移相控制的直流输电系统换相失败响应优化研究

目前国内直流输电工程采用的控制策略主要有基于ABB技术路线的控制策略和基于SIEMENS技术路线的控制策略。该文对两类控制策略针对换相失败的应对方式进行了分析对比,指出基于SIEMENS路线的策略虽然有利于提高稳态运行时关断角的控制精度,但相对于基于ABB路线的控制策略换相失败持续时间更长,主要原因为逆变侧交流故障下前者仍采用比例积分控制器(proportional and integral,PI)对触发角进行调节,响应速度较慢。基于上述分析,对基于SIEMENS路线的控制策略提出了附加复合移相控制策略,具体包括基于直流电流上升率检测的移相控制策略和基于交流电压不平衡度与幅值检测的移相控制策略,并给出控制器的详细设计参数。仿真结果显示,相对于原始控制策略,投入复合移相控制策略有助于预防换相失败或缩短换相失败时间,加速功率恢复,提升直流系统故障下响应特性。