串级调速系统逆变器换相失败的因素分析与控制策略

换相失败是串级调速逆变器反馈系统的常见故障，与许多因素有关。针对串级调速系统的特点，分析了换相失败的原因，提出了一些避免换相失败的措施，包括换相失败的预防措和防止继发性换相失败的措施。     

直流输电系统换相失败研究综述

分析了直流输电系统换相失败机理,介绍了多馈入直流（MIDC）输电系统中与换相失败相关的多馈入交互作用因子（MIIF）;通过分析逆变系统运行时与关断角密切相关的系统参数和电气量,归纳了影响直流输电系统换相失败的主要影响因素;介绍了用以判断换相失败的主要判别方法,同时给出了耦合阻抗、MIIF及有效短路比判别MIDC输电系统中不同换流站是否同时发生换相失败的方法;总结了换相失败的抑制措施以及换相失败后系统的恢复策略。     

宝鸡-德阳HVDC换相失败仿真分析

换相失败是高压直流输电技术中逆变器最常见故障之一。以2010华北-华中联网数据为基础,采用PSS／E分析了四川电网故障对宝鸡一德阳规划高压直流项目的换相失败影响,讨论了调整直流系统运行参数以改善换相失败的措施。仿真分析结果表明,四川省内大部分500kV交流短路故障都将导致直流系统换相失败,但故障清除后直流系统均能较快恢复运行,直流系统运行参数对换相失败影响较大。     

串级调速系统逆变器换相失败的因素分析与控制策略

换相失败是串级调速逆变器反馈系统的常见故障,与许多因素有关。针对串级调速系统的特点,分析了换相失败的原因,提出了一些避免换相失败的措施,包括换相失败的预防措和防止继发性换相失败的措施。     

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。     

特高压直流输电系统换相失败预测环节对送端电网影响分析

分析了计及换相失败预测环节对特高压直流工程在逆变侧交流故障情况下的响应行为,探讨了特高压直流换相失败预测环节对送端电网直流送端电气量的影响以及换相失败预测控制环节参数的灵敏度。结果表明,换相失败预测环节的投入可以起到减少换相失败持续时间的作用。最后,在逆变侧电压跌落出现换相失败后,分析了其对传输有功功率恢复速度及送端交直流系统的稳定性能的影响。     

UHVDC系统换相失败故障过程分析及运行参数影响研究

受端交流系统故障是诱发特高压直流系统换相失败的主要原因,严重影响电网安全。为充分明晰交流系统故障下特高压直流系统换相失败期间阀组换相过程和控制响应,通过故障过程的电磁暂态仿真,基于换相面积理论对比阀组实际关断面积和最小关断面积,分析换相失败的主要原因。对运行参数与换相失败和故障恢复的灵敏度展开研究,发现低压限流环节参数和逆变侧控制的比例系数、积分系数对换相失败和故障恢复过程有明显影响,可以在控制系统优化时重点考虑。该研究可为特高压直流换流站换相失败故障分析及稳定运行提供参考。     

抑制直流输电换相失败方法研究

通过剖析换相失败机理，分析发生换相失败的主要原因是基于电网换相换流器的高压直流输电采用的换流元件晶闸管为半控型器件。当关断角小于其固有极限关断角时便会发生换相失败，换相失败会引起换流变压器直流偏磁、换流阀过热、送端电网过压和发电机组脱机等问题，严重情况下可能进一步导致直流闭锁，存在引发大面积停电的风险。整理并总结已有的抑制换相失败的措施，并对这些措施进行分类阐述，一是通过修改控制器定值，二是通过增加额外的组件或设备抑制换相失败，三是进行换流器拓扑局部改造，最后指出了亟待研究的问题，为当前及今后的研究提出可行的技术思路。     

高压直流输电系统换相失败研究综述

换相失败是采用电网换相换流器的高压直流输电系统中常见故障之一,换相失败的发生会导致直流功率波动,甚至直流闭锁,威胁电网安全稳定运行。为聚焦换相失败关键问题,降低换相失败发生概率,文中对高压直流输电系统换相失败的相关研究进行了总结归纳。首先,从器件和系统两方面分析了换相失败的发生机理。然后,根据换相失败发生次序将换相失败分为首次换相失败和后续换相失败2种情况,分别分析了导致不同换相失败情况发生的影响因素以及抑制措施。最后,综合已有研究成果指出了换相失败领域中仍有待解决的问题。     

HVDC换相失败影响因素分析

换相失败是直流输电逆变侧的常见故障,为分析引起换相失败产生的原因,以及各种因素对产生换相失败的影响程度,从最基本的换向过程出发,分析了影响换向失败的因素为交换电压降低,直流电流增加等以及减少换相失败的措施。通过对两个直流工程的实例分析,揭示了换向失败通常是因为检测交流电网扰动和换流阀误触发、未触发。     

用于稳定控制的HVDC换相失败识别判据研究

高压直流(HVDC)换相失败会对交流系统产生巨大的功率冲击,必须对直流输电系统换相失败状态作出准确识别,才能针对性地采取安全稳定控制措施。目前,工程应用的稳定控制装置识别HVDC换相失败完全依赖于直流控保信号,当直流控保系统死机或者与稳控装置通道异常时,稳控装置将无法动作。文中研究了HVDC换相失败工况下的电气量特征及识别原理,介绍了直流控保系统换相失败保护判据及其适用性,提出了适用于安全稳定控制的换相失败、连续换相失败、多直流同时换相失败识别判据。基于实际控保系统的宾金直流实时数字仿真系统(RTDS)试验结果表明:所提判据能够准确识别直流系统发生换相失败,并且能够根据安全稳定控制的需求判断连续换相失败发生的次数和时间间隔。     

多馈入直流输电系统换相失败研究综述

多馈入直流(MIDC)输电系统具有更大的输送容量和更灵活的运行方式,然而由于各直流逆变站距离近,单个交流或直流系统故障有可能同时影响到多回直流线路,造成多回直流相继或同时换相失败,从而对系统稳定性造成影响。本文从换相失败的机理出发,对近年来针对MIDC输电系统换相失败影响因素的研究内容进行了全面的分析,并对换相失败的抑制措施,换相失败后各直流子系统的协调恢复策略进行了深入的研究。同时指出谐波对MIDC输电系统的影响,换相失败的传递特性,协调控制的制定等方面研究的不足,为进一步研究MIDC输电系统的换相失败提供了思路。     

直流换相失败期间阀换相过程微观分析方法

从电磁暂态微观尺度角度出发研究了换流器换相失败阀换相过程,分别针对短路状态和线电压长时间加压至直流侧状态提出了2种等值电路。基于这2种电路分析直流换相失败过程中的直流电压变化特征。分析结果表明,直流换相失败过程中逆变侧直流电压不仅会降低,甚至会出现反转的情况。在连接有直流实际控制保护装置的RTDS实时仿真平台上进行仿真试验,试验结果验证了提出的换相失败过程等值电路的正确性。     

计及换相动态的直流换相失败在线预警方法

单一直流换相失败易引发其相邻直流同时换相失败,严重时将造成直流闭锁引发连锁故障,开展多馈入直流换相失败预警研究及预防对保障电力系统安全稳定至关重要。提出了基于预测换相电压-时间面积的多馈入直流换相失败在线预警方法。首先,通过解析直流换相过程中的交流电压、直流电流动态,实现对换相电压-时间积分面积的实时预测。其次,基于前述预测方法从单一直流系统到多馈入直流系统推导了直流输电换相失败预警系数,并对该系数的主要参数进行了整定。然后将该系数引入换相失败预防控制环节为例说明其应用方式。最后,在PSCAD/EMTDC平台中分别基于CIGRE HVDC模型及多馈入模型验证了所提直流换相失败预警系数的正确性及对换相失败预防的指导性。     

应对多馈入直流换相失败的综合防御研究

随着多馈入直流格局的形成,系统安全稳定控制难度也随之增大。发生严重交直流故障时,存在多直流同时换相失败使系统失去稳定的风险,因此避免直流换相失败和维持受端电压稳定,是目前多馈入直流受端系统控制措施需要解决的重要问题。研究了多馈入直流换相失败的电网特性和影响因素,从三道防线角度研究提出应对多馈入直流换相失败导致的电压失稳的控制策略。基于实际电网进行仿真验证,所提出的控制策略可降低多馈入直流换相失败风险、提高受端电网电压稳定水平。     

单相跳闸对换相过程的影响机理及连续换相失败抑制方法

对逆变侧交流系统因接地故障而单相跳闸后换流母线处电压的相位特征进行了研究,理论分析表明交流系统切除故障相将导致逆变器各换相电压的相位差发生变化。在此基础上,对单相跳闸后的逆变器换相过程进行了分析,发现在现有的等间隔触发方式下,直流系统的换相过程将受到影响,甚至面临换相失败的风险。因此,提出了基于触发角偏差量的换相失败判断方法,该方法能够可靠判断当前系统参数下单相跳闸是否会引发连续换相失败。基于换相电压相位差提出了一种适用于逆变侧交流系统单相跳闸后的逆变器触发方式以抑制换相失败。PSCAD仿真结果表明,所提出换相失败判断方法能可靠预测单相跳闸引发的换相失败,所提出的换流器触发方式可以有效抑制连续换相失败。     

链式STATCOM对HVDC换相失败的影响分析

目前,考虑多种影响因素并采用详细直流输电控制系统模型,针对STATCOM对换相失败的影响进行定性和定量分析的研究较少。基于实际工程控制逻辑和参数,搭建逆变侧含链式STATCOM的高压直流输电PSCAD/EMTDC模型,考虑STATCOM和高压直流输电功能模块的相互作用以及其他影响因素,以换相失败免疫因子、换相失败持续时间和恢复时间为性能分析指标,对STATCOM影响进行分析评估。研究表明：STATCOM容量不仅直接影响交流系统强度,还影响HVDC系统换相失败预测和低压限流模块的输出大小,从直接和间接两方面影响系统连续换相失败期间和恢复时的运行特性;在一个周期内不同时刻,STATCOM均能有效增强系统抵御换相失败的能力,缩短换相失败持续时间和恢复时间的平均时长分别为0-3ms和7-11ms;相较于单次换相失败,STATCOM对连续换相失败的改善效果更大,而对更为严重的金属性接地故障,由于其容量限制,改善效果不明显。研究对以后直流工程中STATCOM的选择和优化具有一定借鉴作用。     

谐波附加控制抑制直流输电连续换相失败研究

换相失败是高压直流输电(HVDC)最为常见的故障之一,而我国特高压直流在控保系统内设置了连续换相失败启动直流主动闭锁的逻辑,连续换相失败及其可能造成的直流闭锁对电网的安全稳定运行造成了一定威胁。国内外关于抑制连续换相失败的研究已经取得部分研究成果,但就谐波对HVDC连续换相失败的影响研究方面还有待进一步深入。文中从HVDC换相过程出发,通过换相电压-时间面积分析法,推导出直流输电附加控制回路的各次谐波控制参数,并考虑低压限流控制对直流输电换相失败恢复过程的影响,提出一种谐波附加控制抑制直流输电连续换相失败的方法。最后,基于CIGRE HVDC标准测试模型,利用PSCAD/EMTDC对所提控制方法有效性进行了仿真验证。     

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。     

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