考虑直流电流上升及交流电压下降速度的换相失败分析

针对目前换相失败研究仅考虑电压降低以及考虑直流电流变化理论研究的不足,在经典关断角表达式的基础上,考虑整流侧、逆变侧以及直流线路运行参数,建立了完整的换相失败分析数学模型。该模型计及了交流电压下降对直流电流上升的影响,将交流电压和直流电流解耦,得到关断角与换流母线电压的单一关系表达式,并在此基础上推导了导致换相失败的临界换相电压值和临界电压下降速度。同时,对故障后电压下降速度与故障严重程度和无功补偿容量之间的关系进行了理论推导,电压下降速度随故障严重程度呈非线性加速下降趋势,在前几个换相过程中电压下降幅值越大,换相失败发生的可能性越高。PSCAD/EMTDC算例仿真结果验证了所提方法的准确性。     

直流输电系统换相失败预防控制改进策略

基于电网换相换流器的高压直流（LCC-HVDC）输电系统在交流电网故障下易发生换相失败,对电力系统的安全稳定运行造成极大威胁。考虑到基于交流电压跌落快速检测的换相失败预防控制（CFPREV）是避免首次换相失败的主要手段,深入分析了短路故障发生时刻、直流电流动态变化和关断角控制器响应等因素对换相过程的影响,从引发首次换相失败的临界换相电压值计算和考虑故障严重程度的触发角调节量2个方面出发,提出了直流输电系统CFPREV的改进策略,最大程度上提升直流系统首次换相失败免疫能力,降低直流系统发生换相失败的概率。     

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。     

基于临界故障时刻的换相失败预测方法

换相失败是高压直流输电系统的一种常见故障,换相失败预测对于后期抑制换相失败、保证系统的安全运行具有积极意义。从换相机理出发分析了换相电压、直流电流与关断角的关系;在此基础上研究故障发生时刻对换相失败的影响,定义了临界故障时刻的概念,分别推导换相期间和非换相期间临界故障时刻的解析表达式,建立了关断角与临界故障时刻的定量关系,提出了一种基于临界故障时刻的换相失败预测新方法。为进一步求取临界故障时刻,采用牛顿插值法构造了求解临界故障时刻所需的换相起始时刻和结束时刻的直流电流和函数。基于CIGRE标准测试模型,在PSCAD/EMTDC中对所提换相失败预测判据进行验证。结果表明,所提出的换相失败预测方法能够较为准确地预测故障后换相情况,证明了所提判据的有效性。     

对称故障下基于直流电流变化的后续换相失败风险预判及风险等级划分

在换流母线的不稳定电压作用下,高压直流输电系统发生多次换相失败造成的多次功率冲击对电网安全稳定运行影响很大.根据交直流系统实时运行状态对后续换相失败的风险进行预判是工程中迫切需要解决的问题.分析了高压直流输电系统换相失败的基本过程,根据高压直流输电系统准稳态方程推导了逆变侧关断角与直流电流变化的关系,提出一种基于直流电流变化的后续换相失败风险预判方法.选定前次换相失败后关断角重新恢复至参考值的时刻作为预判时刻,通过预估交流电压变化范围评估导致发生后续换相失败对应的直流电流上升区间,划分高压直流输电系统发生后续换相失败的风险等级,再根据预判时刻的直流电流大小确定发生后续换相失败的风险等级.通过PSCAD仿真软件中的Cigre高压直流标准测试模型,验证了所提方法的有效性.     

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。     

基于电压时间换相面积预测的换相失败抑制方法

提前触发控制是降低高压直流输电系统换相失败发生概率的一种重要方法,精准的提前触发是该方法抑制换相失败的关键。根据换相电压时间面积理论,提出了一种基于换相电压时间面积预测的换相失败抑制方法。该方法不仅计及了故障后直流电流的变化,还通过换相面积的测量间接计及了故障后换相角以及等效换相电抗的变化。同时,该方法具有较清晰的物理意义,不需要通过复杂的参数整定来提升换相失败抑制性能。最后,以PSCAD/EMTDC中CIGRE标准模型作为测试模型,在不同故障下验证了所提方法的有效性。     

谐波电压造成直流输电换相失败风险评估

换相失败是高压直流输电(high voltage direct current transmission,HVDC)运行中最常见的故障之一。国内外关于HVDC换相失败的研究已经取得了一些成果,但在谐波对HVDC换相失败的影响研究方面还有待进一步深入。文中从直流输电换相物理过程出发,基于换相电压—时间面积分析推导得出谐波影响因子,然后将谐波影响因子和换相电压—时间面积裕度相结合,定量分析谐波对HVDC换相过程的影响,并给出引起换相失败的谐波电压值理论计算方法;最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台对文中所提评估指标进行了仿真验证。     

计及换相失败预测控制和故障合闸角的HVDC换相失败分析

考虑实际直流输电系统中换流变压器的接法,从换相电压—时间积分面积角度分析了换相失败预测控制和故障合闸角对换相失败的影响机理,分析了不同交流系统故障严重程度情况下影响换相失败的主要因素,提出了计及换相失败预测控制时引发换相失败的故障合闸角范围的计算方法及换相失败概率计算步骤,并指出换相失败预测控制加大了故障合闸角对换相失败的影响。以典型的单极直流输电系统为例,通过PSCAD/EMTDC软件仿真验证了理论分析的正确性和所提计算方法的有效性。     

单相接地时高压直流换相电压相位偏移量特性

高压直流输电系统逆变侧不对称故障会造成换流阀换相电压相位发生偏移,进而引起换相失败的发生,严重影响了系统的稳定运行。为此,对不对称故障下的换相电压偏移量特性进行研究,基于电力系统暂态分析方法,对不对称故障下高压直流输电系统进行正负零序分解,推导出YNy0接线和YNd1接线换流变压器阀侧三相电压幅值、相位的计算公式,得到不对称故障下12脉动换流阀换相电压的最大偏移量,并对换流变网侧交流母线线电压幅值进行计算,通过MATLAB解析计算分析不同类型故障接地阻抗下,换流阀换相电压偏移量的变化特性。PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真结果证明了文中所分析换相电压偏移量影响特性的正确性。     

龙政直流系统换相失败故障分析

从直流输电系统最基本的换相过程出发,对换相失败发生的原因、过程及软件中的逻辑原理进行了探讨。通过龙泉、政平换流站的两次换相失败的故障录波实例,详细分析了换相失败各参数的变化及其过程,揭示了换相失败发生故障的原因。     

矩阵变换器的一种安全换流策略

矩阵变换器由于换流困难始终无法在大功率环境中得到推广应用,该文在传统的电压型两步换流法的基础上,提出一种过渡区间采用四步换流的安全换流策略,在电压接近的换流两相之间插入3个安全续流状态来实现换流,避免了电流型换流法小电流检测困难的问题,解决了原来换流法换区间时容易短路的现象,完善了电压型换流策略。该策略不仅对输入输出波形影响较小,而且实现较为简单,系统开关损耗也不会增长很多。全压380 V输入和5 kW功率输出实验结果表明,该换流策略是可行的。提出的新型换流策略可在大功率交-交电力变换中得到进一步推广和应用。     

Development of a novel commutation method that sharply reduces commutation failure of matrix converters

This paper proposes the safest novel commutation method for a matrix converter. There are two conventional commutation methods which depend on the polarity of the input line voltage (it is called “voltage commutation”) and depend on the polarity of the output current (it is called “current commutation”). However, problem of the voltage commutation is that commutation failure occurs around zero of the input line voltage. It is difficult to detect its polarity due to depending on offset and delay of the sensor. Similarly, the current commutation failure occurs around zero of the load current. A cause of these detection errors are a detection delay and an offset of a sensor. The proposed commutation method combines the input voltage commutation and the load current commutation. Therefore, the proposed commutation method can decrease the commutation failure without high accuracy sensor. In addition, a voltage error compensation based on the proposed commutation method is proposed in this paper. The proposed method can simply compensate for the commutation error of the output voltage and the input current at the same time. The effects of the proposed method are confirmed by experimental results with a 750 W induction motor and a R‐L load. Those results confirm that the proposed commutation can decrease commutation failure. Moreover, the total harmonics distortion of the input current and the output current are 2.6 point and 0.9 point lower than that of the condition without the compensation at 100% output power. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 168(4): 49–57, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20826     

龙政直流系统换相失败分析

通过龙泉、政平换流站的两次换相失败的故障实例,分析换相失败各参数的变化及其过程,揭示换相失败发生的故障原因。     

矩阵变换器电压法三步换流的研究与设计

基于输出电流方向换流策略的不足,提出了采用基于输入相电压的电压法安全换流策略,并将四步换流减少为三步以提高波形质量.在此基础上设计了用4片复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device,简称CPLD)实现电压法三步换流,最后通过DS1005硬件仿真平台实验,验证了该设计的可靠性.     

双级矩阵变换器混合式换流

针对双级矩阵变换器(TSMC)整流级窄脉冲处四步换流失效和宽脉冲处零电流换流较难追踪覆盖的不足,提出一种混合式换流方案,将脉冲分为宽窄脉冲,宽脉冲下采用四步换流策略,窄脉冲处采用零电流协调换流,零电流换流协调会导致逆变级载波为动态不规则波形,较难实现,提供了一种依据整流级开关占空比调整逆变级信号波的简易实现方法,分析了原理,给出了示意图.搭建了一台样机对上述方案进行了实验验证,结果表明该方案的采用在确保系统具有优良网侧和传动性能的同时,实现了安全可靠换流,从而有效消除了由上述问题导致的过电流/过电压尖峰,提高了系统可靠性,为TSMC进一步工程应用奠定了基础.     

改变直流电机换补绕组接线方式以提高其换向性能

通过改变直流电机换向极绕组接线方式,改善了电枢绕组支路电流的不均衡状态及其与换向极磁势的匹配关系.从而改善了换向,减少了由电枢支路电流不均衡而产生的附加损耗,同时又简化了接线。     

一种缩短无刷直流电动机换相续流时间的有效方法

详细分析了无刷直流电动机换相续流过程以及由此带来的危害，阐述了过长的换相续流时间导致无位置传感器无法准确检测位置信号以及增大换相转矩脉动等问题，提出了一种缩短换相续流时间和减小转矩脉动的有效方法。通过仿真和实验证明了该方法可以有效缩短换相续流时间和减小转矩脉动，从而避免了无位置传感器因检测不到位置信号而导致的电机失步现象，进一步提高系统稳定性。     

换相电压简化计算模型及其在换相失败评估中的应用

基于准稳态公式理论计算的换相失败评估方法,无法精确评估换相失败边界附近的情况,而基于详细工程模型电磁暂态仿真的方式虽然精确,但效率低且工作量大.为了在兼顾精度的同时提升换相失败风险评估效率,基于等值网络的状态方程,文中提出了交流故障后直流系统换相电压的简化计算模型,并进一步应用计算结果进行换相失败风险评估.通过仿真软件PSCAD/EMTDC,从换相面积和换相失败评估结果两个方面,验证了计算模型的有效性.结果 表明,对于故障后首次换相过程而言,应用文中模型求得的换相面积与仿真所得换相面积相差甚小,且应用该模型能较为高效精确地评估直流发生换相失败的情况.     

矩阵变换器电压型换流技术研究

矩阵式变换器(Matrix Converter,简称MC)作为一种新型AC/AC直接变换器逐渐成为国内外研究的热点.在较为详细地分析和阐述MC电压型两步换流技术的基础上,针对临界区域内电压检测不准确易导致换流失败的问题提出了改进措施,采用状态机的设计方法编写了基于VHDL语言的CPLD换流程序,并在实验装置上进行了验证.仿真和实验结果证明了理论的正确性.