基于多代理的多馈入直流输电换相失败协调预防研究

换相失败是换流站常见的故障之一,换流站间的交互作用使多馈入直流输电系统的换相失败更为复杂,故障严重时会引发并发换相失败。换相失败预防控制器检测交流系统发生故障时立刻提前触发,增大换相裕度,避免换相失败。针对多馈入直流输电系统的交互作用,引入多代理系统,提出了基于多代理的多馈入直流输电换相失败协调预防方法,并在PSCAD中搭建了多代理换相失败协调预防模块,将其用于三馈入直流输电系统进行仿真验证,结果表明,多代理换相失败协调预防方法对本地和并发换相失败都可进行有效地预防。     

多馈入直流同时换相失败案例分析及仿真计算

随着特高压直流工程的大规模建设,交直流系统之间与直流系统之间的关联越来越紧密。受端电网单一交流故障可能引发多直流同时换相失败,对送受端电网造成冲击。对一起因受端电网交流故障引发的多馈入直流同时换相失败故障案例,采用机电暂态仿真分析换相失败对送受端电网的影响,采用机电—电磁混合仿真方法分析多馈入直流系统间的相互影响,并确定故障可引起直流换相失败的交流线路范围,最后给出了相关建议。     

多馈入高压直流输电系统中功率倒向问题

高压直流输电系统逆变侧电力系统发生故障时,可能导致换流站出现线路的功率倒向。介绍了传统功率倒向的发生原因及解决方法,针对多馈入直流系统,建立了交直流互联系统EMTDC仿真模型。对于逆变站交流侧各种故障以及直流输电线路故障进行了分析。研究表明,在电气距离较近的多馈入直流系统交流侧发生严重故障时,可能导致两换流站同时发生换相失败,并导致换流站邻近多条交流线路发生功率倒向,纵联方向保护可能误动;直流线路故障一般不易引起功率倒向。对换相失败导致的功率倒向发生机理进行了阐述,故障恢复时无功需求急剧增加是倒向的主要原因。针对纵联方向保护易误动提出了实用的解决方案。     

上海电网中多个换流站之间相互作用的仿真研究

对于多馈入直流输电系统,交流系统的某一故障引起多个逆变站交流母线电压同时下降,可能会导致多个逆变站同时发生换相失败。以葛洲坝—南桥、三峡—华新直流输电系统与上海2010年规划电网为研究对象,通过暂态仿真,研究了两条直流输电系统的相互作用所引起的换相失败以及故障条件下直流输电系统的暂态特性。结果表明两个换流站之间有较强的耦合作用,当一个站由于交流系统短路故障发生换相失败时往往导致另一个换流站也出现换相失败。500 kV系统故障对两个换流站的影响更大。     

多馈入直流输电系统换相失败边界条件

在多馈入直流输电系统中,交流故障引发多回直流系统同时换相失败甚至闭锁的可能性较高。因此,探究逆变侧交流节点间电压交互作用机理并揭示换相失败的边界条件具有重要意义。首先,阐述直流系统逆变侧功率特性,借助受端交流电网的稳态潮流分析推导出多馈入交互作用因子的解析表达式;然后,分析换流器极限关断角和故障后直流电流的变化情况,推导出同时换相失败交互因子,并用该因子表征同时换相失败的边界条件;最后,通过仿真证明了所提多馈入交互作用因子解析计算方法的准确性以及同时换相失败边界条件的有效性。     

一种直流近区交流线路短路电流实用计算方法

直流近区交流线路发生短路故障时,会引发换流站发生换相失败,形成交流系统故障和直流系统换相失败故障叠加而成的复故障,与传统交流线路短路故障表现出的特性有较大差异。首先给出直流换流站的工作原理,分析交流系统短路故障引发换流站发生换相失败期间的换流桥通路,从换流站晶闸管导通关断的角度给出复故障期间直流近区交流线路保护安装处测得的短路电流的变化情况、短路电流极大值与短路故障发生时刻的关系,给出单相短路故障期间直流近区交流线路换流站侧可以达到短路电流极大值的变化规律,并给出短路电流工程计算用的算式。仿真结果证实该算式的有效性,为混联电网短路电流计算提供参考。     

多馈入直流交互作用因子在换相失败研究中的应用

换相失败是直流输电的常见故障之一,单馈入直流输电系统换相失败的机理和控制策略已比较明确。但对于多馈入交直流混合输电系统,哪些故障可能引起多个换流站同时或相继换相失败甚至导致直流闭锁,是否会引起暂态失稳,还缺乏有效的研究手段。介绍了CIGRE工作组提出的多馈入直流系统交互作用评价指标——多馈入交互影响因子;探讨了该指标与多馈入直流换相失败的联系:给出了MIIF与换相失败工程判据-最小电压降落法的联系;通过仿真分析了该指标对多馈入直流系统换相失败风险评估的有效性以及与逆变站间电气距离、直流传输功率之间的关系。     

多馈入直流交互作用因子在换相失败研究中的应用

换相失败是直流输电的常见故障之一,单馈入直流输电系统换相失败的机理和控制策略已比较明确.但对于多馈入交直流混合输电系统,哪些故障可能引起多个换流站同时或相继换相失败甚至导致直流闭锁,是否会引起暂态失稳,还缺乏有效的研究手段.介绍了CIGRE工作组提出的多馈入直流系统交互作用评价指标--多馈入交互影响因子;探讨了该指标与多馈入直流换相失败的联系:给出了MIIF与换相失败工程判据-最小电压降落法的联系;通过仿真分析了该指标对多馈入直流系统换相失败风险评估的有效性以及与逆变站间电气距离、直流传输功率之间的关系.     

MIDC输电系统后续换相失败的抑制措施研究

随着直流输送容量不断增加,直流落点越来越密集,多馈入直流(MIDC)输电系统的换相失败问题日益凸显。为降低多馈入直流输电系统换相失败的概率,首先分析了多回直流同时或相继换相失败的根本原因,然后结合常规低压限流(VDCOL)控制,提出了电压补偿式变斜率VDCOL协调控制策略。该控制策略充分利用直流故障电流的变化特点,综合考虑了MIDC输电系统中各回直流自身特性影响因素,选取合理的补偿系数K,使各回直流能在故障后有序且稳定地恢复,从而大大减少后续换相失败的发生。同时根据故障的严重程度选择性地切入K值以达到提高直流系统恢复性能的目的。最后在PSCAD/EMTDC中搭建算例系统及实际系统模型进行仿真验证,结果表明该控制策略能有效降低多馈入直流输电系统的后续换相失败的概率,使各回直流在故障后能够有序地恢复,同时在保证良好的恢复性能的基础上大大提高了多馈入直流输电系统的可靠性。     

基于谐波电压补偿的混合直流连续换相失败抑制策略

针对混合直流发生连续换相失败的现象,首先对直流换相过程和连续换相失败进行了分析,确定了该试验工况下谐波是直流在故障恢复期间发生连续换相失败的原因之一。接着基于含模块化多电平柔性直流输电(MMC-HVDC)的多馈入直流输电系统仿真模型,提出抑制直流连续换相失败的策略,通过对多条常规高压直流输电(LCC-HVDC)恢复期间逆变侧换流母线谐波电压的检测,在MMC-HVDC逆变侧的无功功率控制环节附加上谐波电压补偿分量,可提高恢复期间MMC-HVDC对交流系统的无功功率支撑,减少谐波的影响,从而抑制连续换相失败的发生。最后基于PSCAD/EMTDC平台仿真验证了该换相失败抑制策略的有效性。     

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。     

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.     

柔直电网站内单相接地故障分析及过电压抑制

柔直电网换流站内单相接地故障的电磁暂态过程复杂且易产生过电压,严重影响系统的安全稳定运行。文中将换流站内单相接地故障分成交流故障区和直流故障区,首先采用复合序网络定量分析交流侧过电压机理及零序电压特征。然后,基于换流器控制器方程推导得到故障序分量从交流侧向直流侧传播的规律,得出零序电压是导致直流侧和其他换流站过电压的主要因素。此外,为了抑制直流侧过电压,提出一种零序过电压控制方法,并给出控制器参数的选择方案。最后,基于PSCAD搭建柔直电网仿真模型,仿真结果验证了故障机理推演的正确性及过电压抑制策略的有效性,提升了站内单相接地故障后的安全稳定运行能力。     

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。     

MMC-LCC混合直流输电系统分段下垂控制策略

由模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)和电网换相换流器(line commutated converter,LCC)构成的混合直流输电系统中,LCC换相失败严重影响系统的安全稳定运行。文中首先分析MMC-LCC混合直流输电系统换相失败时的电流特性以及交直流电压特性。其次,考虑调制比对半桥型MMC的影响,采用MMC电压改善控制策略拓展电压调制比的可行域。然后,提出MMC电压分段控制策略,根据交流电压跌落程度的不同,分别设计直流电压参考值的调节方法,优化混合直流输电系统电压控制逻辑,实现MMC电压在正常运行与故障情况下的有效切换。最后,在MATLAB/Simulink中搭建MMC-LCC混合直流输电系统模型,对交流电压不同跌落程度进行仿真,结果表明所提控制策略能在实现故障穿越的同时提高直流电压控制精度,增强系统稳定性。     

直流输电换相失败对交流侧继电保护的影响

为验证换相失败期间交流侧突变量方向保护元件误动的原因,以广东电网发生的一起直流换流站换相失败引起高压交流电网继电保护不正确动作事件为例,用PSCAD/EMTDC软件做辅助分析,改进和仿真了CIGRE直流输电标准测试模型。仿真结果表明:因换相失败引起的非特征谐波与非周期分量较严重,对交流侧继电保护运行有一定影响,针对这些保护元件逻辑与算法分别提出了相应的改进措施。     

交、直流输电系统相互影响引起的谐波不稳定问题

对于多馈入交直流输电系统而言,谐波的交互作用不仅会通过换流器产生,也会通过整个交流网络形成,因此这种情况就更显复杂。为了研究发生这种不利交互作用的风险,所有电气距离较近的直流线路都应考虑在内。文中以贵州—广东2条高压直流输电线路为例,应用具有详细换流器模型的电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了全电磁暂态仿真模型,对谐波的交互作用引起的送端谐波不稳定问题进行了分析研究。研究结果表明,在弱交流连接方式下发生直流线路双极闭锁故障时,2条直流系统与交流系统之间的相互影响会引发谐波不稳定,而在其他故障条件下     

换流站内的交流系统故障分析及保护动作特性研究

换流站内发生的交流系统故障会对交直流系统产生严重的危害。通过对换流阀换相电压的特性分析指出：站内发生交流接地时会伴随桥臂短路及交流系统复故障的出现;相间故障则表现为不平衡换相。通过接地故障发生后换流阀的电流时间函数来说明故障电流呈现交流多相短路的特征。通过故障等效交流电路来研究交直流保护特性,并得出结论：对于接地故障,电流互感器（current transformer,CT）安装在不同位置时,阀短路保护、桥差保护均能正确动作;但发生相间故障时,却会造成某些工况下保护不能动作;在连接高端阀的交流系统接地时交流保护的距离元件有时会有超越现象。最后提出采用零序补偿分量的方法来提高启动元件的性能。CIGRE高压直流（high voltage direct current,HYDC）模型验证了分析结论。     

高压直流输电系统交流侧故障检测方法

交流系统故障是导致直流系统发生换相失败的重要原因之一。提高交流故障检测的快速性和准确性,可有效提升直流换流站的故障穿越及故障支撑能力。为此,将目前主流的高压直流输电系统交流故障快速检测方法进行了系统的分类,并通过仿真测试对比了各方法在不同采样频率下的检测效果;在此基础上,提出一种实用的高压直流输电系统交流侧故障检测方法。首先利用功率分量故障检测法判断故障的发生,然后应用周期采样点比较法对故障进行选相,再基于改进瞬时对称分量法进行电压序分量检测并合成出故障后的电压瞬时值,从而较快地判断故障发生相及换流母线电压跌落情况。最后,通过PSCAD仿真验证了所提判断故障发生方法、选相方法及严重程度判断方法的有效性。