采用新型换流变压器及其滤波系统对换相失败的影响

分析了直流输电的换相失败机理及影响换相失败的因素。考虑到新型换流变压器及其滤波系统的阀侧滤波支路会对直流输电系统中各运行变量产生一定的影响,以实验室建立的直流输电系统模拟平台为研究对象,给出了新系统下阀侧无功补偿度的定义,当逆变侧采用新型换流变压器及其滤波系统后,详细分析了多种因素对逆变侧换相失败的影响并得出如下结论:阀侧无功补偿度对换相过程的改善能力不大;直流电流和换相电抗的增加会增大逆变器发生换相失败的几率;越前触发角的增大可有效降低逆变器发生换相失败的几率;不对称故障时,换相电压过零点的偏移会使得与发生单相接地短路相相连的逆变器上、下2个换流阀最易发生换相失败。最后,提出了新系统条件下避免发生换相失败的措施:增大越前触发角或关断角的整定值;适当降低换流变压器的换相电抗;保持换相电压的稳定。     

基于多判据预测的特高压直流分层接入系统换相失败抑制策略

特高压直流分层接入系统受端逆变器在交直流侧均存在电气耦合关系。当某一电压等级交流系统发生故障时,交流电压跌落会引发故障层逆变阀组换相失败,而直流电流增大使非故障层逆变阀组也存在换相失败风险。现有的分层接入系统非故障层换相失败预防控制的启动时间滞后于故障层,不能有效防止非故障层逆变阀组换相失败。为解决上述问题,提出了一种基于多判据预测的特高压直流分层接入系统换相失败抑制策略,引入换相电流时间面积指标与原有换相失败预防检测结合,使非故障层换相失败预防控制的启动时间提前、启动精度增加,提升了非故障层逆变阀组对换相失败的抑制效果。在PSCAD/EMTDC中搭建了分层接入系统仿真算例,仿真结果验证了所提抑制策略的有效性。     

特高压直流分层接入系统换相失败预防控制参数优化

为解决直流分层接入系统中换相失败预防控制并不能较好地抑制非故障层面换流阀发生换相失败的问题,提出了一种改进的控制策略。该策略对换相失败预防控制逻辑进行了优化,修正了电压变化幅值系数、控制增益、自保持环节时间常数和两个电压层面预防控制协同程度等相关参数。使用基于ADPSS的机电-电磁混合仿真软件在实际规划电网中进行了仿真验证,结果表明,改进的控制策略可有效抑制分层接入方式的特高压直流输电系统逆变侧因为一个交流电网故障对另一个无交流故障电网所连接的阀组运行的影响,保证无交流故障的阀组可稳定运行,不会发生换相失败,具有较高的工程应用价值。     

基于同步调相机降低换相失败风险的仿真研究

首先通过对引起换流站逆变侧发生换相失败的主要原因进行分析,然后结合引起换流站逆变侧发生换相失败的主要原因来分析同步调相机的次暂态、暂态和稳态特性对其影响,仿真计算了换流站逆变侧交流系统电压幅值跌落的临界值以及电压上升10%情况时,逆变侧是否装设同步调相机时换流器发生换相失败故障情况的对比,仿真结果表明同步调相机良好的次暂态、暂态和稳态特性可以全时间尺度为系统提供无功补偿和电压支撑,不仅提高了逆变侧交流系统电压的稳定性,而且还能有效的预防换流器发生严重换相失败故障甚至抑制换相失败的发生。     

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。     

系统故障和参数变化对感应滤波型直流输电系统换相失败的影响

在分析感应滤波型直流输电系统换相特性的基础上,研究不同类型系统接地故障和系统参数变化对感应滤波型直流输电系统换相失败免疫能力的影响。仿真和动模实验表明:感应滤波技术的应用增强了直流输电系统对换相失败的抵御能力,系统的换相特性得到改善,系统网侧电压和阀侧电压波形畸变得到较好改善,换相角明显减小;电感性故障是最容易导致新型直流输电系统发生换相失败的故障类型,感应滤波型直流输电系统对电感性故障的换相失败免疫力较传统直流输电系统明显增强;感应滤波型直流输电系统对换相失败的抵御能力随着逆变侧交流系统强度增加、直流传输功率降低及阀侧感应滤波器的投入而增强。     

交流系统故障对特高压直流输电换相失败的影响

研究了多馈入直流系统换相失败的机理,分析了不同类型交流故障下换相失败的特征.针对金沙江±800 kV级特高压直流输电(UHVDC)工程建立仿真模型,研究了金沙江送出工程逆变侧交流系统单相永久故障、三相故障以及三相故障单相拒动对UHVDC换相失败的影响,结果显示:逆变侧交流系统故障越严重、电压波动越大,直流发生换相失败的时间越长;直流发生换相失败期间,最低输送功率越高,对系统保持稳定越有利;故障点距离直流逆变站越近,直流受到的扰动越大,直流换相失败期间输送的功率越低.指出影响直流动态性能的因素应包括直流控制保护系统和直流送、受端接入系统的网络结构.     

一种抑制高压直流输电换相失败的优化控制策略

为减小直流输电系统发生换相失败及持续换相失败的概率,分析了换流站逆变侧交流母线电压幅值跌落、过零点偏移和直流电流激增对换相失败的影响,提出了一种逆变侧考虑换相电压过零点偏移的关断角整定值动态调整、并在整流侧配有滞后触发控制的优化控制策略。分析了优化控制策略对直流系统运行参数的影响,基于CIGRE标准测试模型,在PSCAD/EMTDC中实现了所提出的控制方法。仿真结果表明,所提的优化控制策略可在一定程度上降低不对称故障和对称故障下传统直流输电系统换相失败的概率,改善系统的故障恢复特性。     

基于直接测量的换相失败检测及预测方法研究

换相失败是高压直流输电系统逆变侧换流阀较易发生的典型故障,连续换相失败会对电网造成严重危害,传统基于交流或直流运行参数的间接判断法存在响应时间慢、误判率高等缺陷。此处首先分析了换相失败机理,换相失败后晶闸管阀将继续导通,不会承受正向电压,而实际关断角小于最小关断角是导致换相失败的根本原因之一。利用换相失败后晶闸管阀电压波形特征,提出了通过设置采样窗口,直接测量晶闸管阀电压来检测换相失败故障的方法,同时测量晶闸管阀的实际关断角,用于评估换相失败风险。搭建了基于RT-LAB的闭环测试平台,验证了此处所提换相失败检测方法和关断角测量功能,为解决高压直流输电换相失败故障奠定了坚实的技术基础。     

考虑换相失败影响的交流线路单相故障性质判据

逆变侧交流线路电流幅值受直流换相失败影响在单相跳闸后出现短时波动,该波动范围会随着直流换相失败次数增加而增大,造成基于恢复电压幅值的传统单相故障性质判据发生误判。针对这一问题,首先搭建输电线路故障相等值模型,考虑直流换相失败对健全相电压的影响,推导出不同故障性质恢复电压阶段断开相电压时域表达式;其次根据断开相时域电压波形的差异性进行积分算法,提出基于时域电压积分的单相故障性质识别判据;最后利用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建模型对所提判据进行验证。结果表明,该判据不受直流换相失败的影响,能够可靠判别故障性质,适用于换相失败及正常运行期间,算法简单,耐过渡电阻能力良好,具有一定的抗直流干扰能力。     

计及换相失败的输电线路单相接地故障熄弧时刻识别

针对含直流馈入交流输电线路单相跳闸后换流阀换相失败导致重合闸判据失效的问题，提出基于故障相时移电压能量比的熄弧时刻识别策略。首先，基于换流器开关函数理论，研究逆变侧换相失败时换流阀两侧电压电流相互作用关系。然后，对带并联电抗器交流故障相端电压特征进行分析，得到熄弧前后的电压幅值波动差异。最后，计算故障相电压能量分布，利用时移电压能量比确定单相接地故障二次电弧熄弧时刻。在PSCAD/EMTDC平台的仿真结果验证了所提识别策略的有效性。     

考虑直流电流变化的HVDC系统不对称故障换相失败分析

目前高压直流输电系统逆变侧发生不对称故障时,采用最小关断角判别法判别换相失败,其研究仅考虑电压因素,预测效果不理想。针对此问题,通过对换相失败机理和影响因素的分析,认为直流电流上升与交流电压下降均会使关断角减小,将直流电流与交流电压解耦,得到一个仅含电压变化率的逆变侧关断角表达式作为判据。该判据可依据对直流线路和逆变侧相关运行参数的计算得出导致换相失败的临界电压变化率值。在换相过程中,当系统电压变化率小于临界电压变化率时,系统存在较大换相失败风险。基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件搭建CIGRE HVDC模型,对不同过渡电阻的单相接地故障进行仿真测试,结果验证了所提方法的正确性。     

高压直流输电工程换相失败研究

晶闸管换流阀在逆变工作模式时,对连接换流阀的交流系统、直流系统以及换流阀自身的状态要求比较严苛。当逆变侧出现换相失败时,换流阀会承受较大的电流应力,同时也会产生交流系统频率跌宕、直流侧电流陡增等现象。韩国济州高压直流输电工程在调试过程中多次发生的换相失败现象,文中从换相失败发生机理出发,通过现场试验研究和模拟故障现象仿真等方法综合分析,确定出故障发生原因并有效解决了换相失败问题,满足工程运行要求。     

考虑换相失败相互影响的多馈入高压直流系统换相失败判断方法

在多馈入高压直流系统(MIDC)中,逆变站换相失败的相互影响是引发换相失败传递的重要因素。该文详细分析逆变站换相失败期间的暂态特性,并根据开关函数模型及动态相量理论推导直流系统向交流系统注入的换相失败分量;进而研究在交流系统故障及换相失败双重影响下各逆变站换相电压的解析计算方法;在此基础上,通过对比各换流阀的最大换相面积与其关断所需的最小换相面积,提出针对多馈入高压直流系统的换相失败判断分析方法;最后,通过所建多馈入高压直流系统模型的仿真结果,验证了该文方法的有效性。     

一起触发脉冲异常导致换流阀换相失败问题分析

直流输电系统实际运行过程中,逆变站换流阀换相失败多由交流系统扰动或故障造成,但控制系统异常也会造成换流阀换相失败.对某换流站连续13次换相失败起因进行分析,通过隔离疑似问题模块、缩小排查范围、增加外置故障录波等手段,查明触发角指令在不同的时钟域传输过程中发生数据跳变导致换相失败.现场对EMF板FPGA程序进行了修改,未再发生过同类原因导致的换相失败.     

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。     

直流输电系统在交流故障时的换相失败分析

换相失败是直流输电(HVDC)系统常见的故障,模拟仿真换相失败时暂态反映特性曲线非常必要,分析了产生换相失败的影响因素,采用PSCAD/EMTDC仿真软件,以CIGRE直流输电第一标准模型为仿真电路,模拟逆变侧单相短路故障和三相短路故障时直流侧和交流侧的电压变化,波形显示单相短路故障比三相短路故障恢复快。若增大熄弧角γ来减小换相失败的几率,直流输电系统会减少输送功率,消耗更多的无功功率。     

多馈入直流输电系统换相失败风险区域识别(二)：换相失败风险量化评估及风险区域快速识别

针对多馈入直流输电系统换相失败风险程度量化评估及风险区域快速识别的难题，该文研究多馈入直流输电系统换相失败的关键影响因素；然后，基于系列文章(1)的改进换相失败临界电压计算方法，并通过归一化思想，提出一种换相失败风险程度量化评估指标，其正负可用于判断不同直流子系统是否发生换相失败，其幅值大小可以反映当前状态至发生换相失败所需要的电压跌落幅度(幅值为负)或当前状态至不发生换相失败所需要的电压提升幅度(幅值为正)；最后基于上述量化评估指标，提出不同故障严重程度下的换相失败风险区域快速识别方法。基于PSCAD/EMTDC搭建双馈入和三馈入直流输电系统模型，对换相失败风险程度评估结果和换相失败风险区域快速识别结果进行有效性验证。结果表明，提出的指标可用于量化评估多馈入直流输电系统换相失败的风险程度，且能够在不同故障严重程度下准确识别多馈入直流输电系统的换相失败风险区域。     

基于阀电压或阀电流的HVDC换相失败故障诊断

为实现换相失败的快速准确诊断,以便及时采取有效的控制措施,减小换相失败对高压直流输电(HVDC)系统的影响,通过对换相失败机制和过程的分析,认为阀电压持续为零、阀电流持续非零并保持较高幅值可作为换相失败的本质特征,并据此提出基于阀电压或阀电流的换相失败故障诊断方法.若阀电压持续为零或阀电流持续非零的时间超过1个工频周期,可判定为HVDC发生换相失败.理论分析和仿真结果证明,该方法既可以准确有效地诊断换相失败,还可直观地显示发生换相失败的换流阀,而且原理简单,不存在诊断盲区.     

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。