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。     

高压直流工程熄弧角测量异常引发换相失败故障的分析与处理

南方电网某直流工程在调试期间发生了数次换相失败故障,对交直流都产生了较大的影响。对换相失败时的故障录波数据进行分析,推断换相失败原因为熄弧角测量系统偶发故障而引起直流控制系统误动,基于此推断在该直流工程的详细PSCAD模型中进行了模拟,对该故障进行了仿真复现,验证了故障原因分析的正确性。为解决熄弧角测量装置偶发异常的问题,提出在直流控制系统内增加防误逻辑环节屏蔽熄弧角测量异常的影响,并用PSCAD/EMTDC仿真验证了该处理方案的效果,仿真结果和实际运行表明所提解决方案对熄弧角测量异常问题是有效的,确保了高压直流系统的正常稳定运行。     

电容换相换流器串联电容补偿度优化研究

为了探究电容换相换流器中串联电容的取值问题,建立了电容换相换流器(capacitor commutated converter,CCC)的稳态模型,并利用Matlab软件进行数学分析,探讨了串联电容补偿度与串联电容电压、阀电压、阀峰值电压、直流电流、换相重叠角、触发角、视在熄弧角和实际熄弧角之间的关系,最终给出合适的串联电容补偿度的取值范围并进行仿真验证。研究结果表明:补偿度的取值上、下限分别由阀峰值电压和实际熄弧角决定,其中阀峰值电压为主要限定因素;补偿度的可选范围涵盖欠补偿、全补偿和过补偿3种状态,且全补偿状态下CCC系统不会发生串联谐振;得出强受端系统下补偿度的可选范围为[0.92,1.4],而弱受端系统补偿度的可选范围为[0,1.08]。     

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。     

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.     

关于RTDS直流换流器熄弧角计算方法的商榷

直流换流器熄弧角是直流输电系统的重要电气量,常被用于判断直流输电系统逆变器的换相失败．在电力系统分析中,一般当直流熄弧角小于阀去游离时间对应的最小角度,则判断直流输电系统发生了换相失败。近来研究发现．RTDS等电磁暂态仿真工具输出的“熄弧角”只能用于辨别是否发生了换相失败．但却并不能用来详细分析换相失败特征．即该熄弧角并不是直流换流器的真正熄弧角．通过与相关仿真技术人员的商榷．研究了RTDS的熄弧角角度的计算方法。RTDS通过不断刷新阀桥6个阀的最小熄弧角去得到熄弧角．而不是各阀组熄弧角的依次组合输出。基于RTDS和带有实际直流控制保护系统的闭环仿真案例研究进行了必要的说明．所阐述的换相失败发生过程及其各种电气量轨迹对研究和理解直流换相失败的特征具有一定的意义．基于对换相失败各电气量的轨迹的研究．对电磁暂态仿真的直流输电换相失败的判断和分析给出了建议的方法．     

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。     

电力系统近振荡中心换相失败分析与仿真

针对高压直流输电系统受端三相接地故障线路切除后的换相失败问题,从机理角度阐述切除大容量机组近区三相接地故障线路后的机组功角振荡过程及功角振荡特性,分析振荡中心近区电压变化特征、振荡中心近区换流站换相失败的风险并推广至线路任意直流落点,总结定熄弧角控制降低振荡中心近区换流站换相失败风险的关键影响因素.仿真结果表明理论分析...     

直流输电控制策略对换相失败影响的比较研究

控制策略的选择与实现方法对直流输电系统的稳态和动态性能有重要影响。本文基于特高压直流实际工程参数RTDS模型和控制保护样机,构建了闭环仿真测试环境;逆变侧直流控制系统分别实现了实际工程中常见的两类控制策略:定电压控制策略和定熄弧角控制策略;通过逆变侧交流故障试验,对比研究了这两种控制策略对直流系统换相失败的影响。研究表明,这两种控制策略本身对换相失败的预防和抑制效果相当。     

高压直流输电换相失败响应策略与预测控制技术路线分析

从高压直流输电熄弧角控制的原理出发,对比了实测型和预测型熄弧角控制方式的优缺点,从控制系统响应和保护系统响应两方面探讨了SIEMENS和ABB所采取的换相失败响应策略。着重研究了换相失败预测控制功能(CFPREV)在不同交流母线电压跌落程度和电压畸变程度故障下的响应情况。仿真结果表明,当交流母线电压跌落较为严重时,无论是否投入CFPREV功能,都未能阻止换相失败,但投入CFPREV功能后有利于换相失败后直流系统恢复;当直流系统与交流母线间的电气联系较强或交流母线电压畸变程度较低时,CFPREV功能在预防换相失败上有明显效果。     

高压直流输电系统抑制换相失败的最小关断面积控制策略

根据逆变器的换相过程,分析了换相失败机理。比较了两种高压直流输电系统换相失败判别方法:最小关断角判别和最小关断面积判别;为了提高逆变站抑制换相失败的能力,提出了最小关断面积控制策略。以林枫直流为研究对象,在PSCAD/EMTDC中建立了相应的控制保护模型,对最小关断角控制策略和最小关断面积控制策略进行对比实验。仿真结果表明最小关断面积控制策略抑制换相失败的效果优于最小关断角控制;交流电压跌落幅度过大,换相失败无法避免。     

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。     

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。     

基于双判据的特高压直流分层接入系统换相失败预防控制策略

特高压直流分层接入系统中逆变侧受端交流系统故障可能造成高低端换流器同时发生换相失败。对此,综合考虑换流器发生换相失败的电压、电流因素,提出一种基于双判据的特高压直流分层接入系统换相失败预防控制策略。该策略基于换流母线电压变化特征,动态调整关断面积控制中关断角参考值;同时基于直流电流变化特征,得到换相电流面积控制中晶闸管触发角的修正量,进而优化选取各层换流器的触发角,预防高低端换流器同时发生换相失败。在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型对不同工况下所提换相失败预防控制策略进行了验证。仿真结果表明,该策略能快速应对逆变侧交流系统故障,减小高低端换流器同时发生换相失败的风险,可预防分层接入系统高低端换流器同时发生换相失败。     

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     

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。     

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。