基于选相投旁通对的LCC-HVDC系统逆变侧换流变故障性涌流主动抑制策略

当高压直流输电系统换流变阀侧发生单相接地故障,由于换流阀的单向导通性,阀侧故障电流中含有较大的直流分量,流入换流变可能导致换流变饱和并产生“故障性涌流”。与传统三大涌流不同,故障性涌流由阀侧单相接地故障诱发并受直流控制与保护系统的影响。计及直流控保系统的影响,分析了逆变侧换流变发生阀侧单相接地故障时,换流变故障性涌流的产生机理及其对换流变差动保护的影响。针对换流变保护区内阀侧单相接地故障场景下,故障性涌流可能导致差动保护误闭锁的问题,提出了一种基于选相投旁通对的故障性涌流主动抑制策略,可以从根本上避免差动保护误闭锁问题。基于PSCAD/EMTDC的仿真实验验证了所提方案的有效性。     

逆变侧换流变压器故障性涌流产生机理及其对差动保护的影响

针对特高压直流系统逆变侧阀侧接地故障可能引发换流变压器故障性涌流的问题,讨论故障位于不同电压等级换流桥以及不同时刻下阀桥通断情况的差异,分析换相失败后阀侧故障电流特征,阐述逆变侧故障性涌流产生机理及其特征。在此基础上,分析计及故障性涌流影响的换流变差动保护动作特性。研究结果表明,故障性涌流可能导致换流变区外转区内故障时差动保护误闭锁,针对该问题,根据故障时阀侧电流直流分量发生极性反转的特点,提出一种新的防止差动保护误闭锁的解决方案。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了理论分析的正确性。     

特高压换流变故障性涌流产生机理及其对差动保护的影响

从磁链变化角度分析特高压换流变压器(简称换流变)阀侧发生单相接地故障时由换流阀单向导通性引起的励磁涌流(定义为故障性涌流)的产生机理和变化特点。以特高压直流输电系统中某一换流变为例,分析故障性涌流对换流变差动保护动作特性的影响。研究结果表明,故障性涌流容易导致换流变区外故障转区内时差动保护误闭锁。针对该问题,进一步分析发现,由于换流阀的单向导通性使得转换性故障发生后差动电流的直流分量存在由负极性到正极性反转的特征,进而利用该特征提出换流变差动保护闭锁逻辑改进判据。仿真结果证明了所提判据的可靠性。     

换相失败对TA传变特性及换流变差动保护的影响分析

详细研究了换相失败对电流互感器传变特性的影响机理,分析指出换相失败期间注入交流系统中大量的直流分量可能导致电流互感器暂态饱和。从理论上分析了换相失败造成直流分量过大的原因。然后综合分析了在电流互感器、换流变压器同时饱和时换相失败对换流变压器差动保护的影响,结果表明换流变压器发生内部故障时差动保护可能拒动,但发生外部故障时保护一般能可靠闭锁。最后从继电保护和换流器拓扑结构层面提出了相应的解决措施。     

故障性涌流影响下换流变差动保护的可靠性风险评估

交直流混联电网中交直流系统相互耦合使得系统故障特性较为复杂,换流变阀侧发生单相接地故障后,由于换流阀的单向导通性,故障电流偏向于时间轴一侧,可能导致换流变铁芯发生饱和,产生故障性涌流进而使得差动保护的可靠性降低。结合电力系统风险评估理论,建立了故障性涌流影响下换流变差动保护的可靠性风险评估模型,将综合风险指标定义为故障性涌流发生的概率与故障性涌流对换流变差动保护影响的严重度的乘积。通过对故障性涌流产生机理的深入分析得到不同故障条件下故障性涌流的产生概率,并根据二次谐波含量超过或低于门槛值的时间占比作为换流变差动保护拒动或者误动风险的严重程度指标,根据综合风险指标值划分了不同故障条件下差动保护所处的风险等级,最后通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提出的可靠性风险评估模型的正确性。     

换相失败对换流变差动保护影响分析及对策研究

分析了换相失败造成换流变饱和的机理,针对故障恢复期间发生换相失败时换流变差动电流与故障电流特征,研究了故障恢复期间发生换相失败与故障差流共同作用时换流变的动作性能。研究结果表明,在故障恢复期间,换相失败对恢复性涌流具有助增作用。此时换流变若发生较轻微的区内故障,差动保护存在延时动作的风险,其速动性无法得到保证。最后,提出了一种基于离散Fréchet距离的保护方案,并通过仿真对该方案进行了验证。结果显示,在故障恢复期间发生换相失败与故障共同作用时,区外故障能有效闭锁,区内故障能快速进行识别,使差动保护正确动作。     

一种防止换流变压器阀侧单相接地时差动保护误闭锁的方案

换流变压器是连接交流系统和直流系统的枢纽,对系统安全运行有着重要影响。由于其直接和换流器相连,阀的单向导通性对换流变压器差动保护的选择性造成了严重影响,可能导致换流变压器在区内故障时二次谐波占比超过15%,使差动保护误闭锁。该文基于故障后阀的通断情况研究了逆变侧换流变压器发生阀侧绕组末端单相接地故障后的等值电路,分析了差动保护误闭锁的原因。依据换流变压器阀侧三相电流和的特征,提出一种防止单相接地故障时差动保护误闭锁的方案。理论分析和仿真结果表明采用该方案的差动保护在阀侧绕组末端单相接地时能可靠动作,在励磁涌流发生时能可靠闭锁。     

不同故障下特高压换流变压器差动保护动作特性分析

换流变压器作为高压直流输电系统中重要的电气设备,其继电保护对保障系统安全运行有着非常重要的作用。目前,变压器大多采用基于二次谐波制动的差动保护闭锁方案。特高压直流输电系统中换流器的非线性导致换流变压器和普通电力变压器差动保护存在差异。通过构建相应的短路电流流通路径,研究了换流变压器差动电流在区内单相接地短路故障、区内相间短路故障以及整流侧阀短路故障情况下的特点。研究结果表明,换流变发生区外故障时差动保护不会误动,但换流变发生区内故障时差动保护可能拒动。     

整流侧控制方式对特高压直流输电系统换相失败影响研究

特高压直流输电系统发生换相失败时,会引起直流电压和直流电流突变,严重影响直流系统的安全稳定运行。控制系统是特高压直流输电系统的核心部分,其控制方式对系统的输出响应有重要影响。分析特高压直流输电系统换相失败的原因,介绍整流侧的控制方式,建立了云广特高压直流输电系统仿真模型,研究云广特高压直流输电系统整流侧采用定电流控制方式和定功率控制方式对换相失败的影响。仿真结果表明：当逆变侧换流变压器变比K改变时,整流侧采用定电流控制与采用定功率控制相比,系统发生换相失败时的临界变比较大;当逆变侧交流母线发生三相对称接地故障、两相短路故障及单相接地故障时,整流侧采用定电流控制与定功率控制相比,系统不发生连续换相失败的临界电阻较小。整流侧采用定电流控制方式时,对换相失败的控制能力优于定功率控制方式。     

直流保护系统CT饱和引起直流工程桥差保护误动分析及改进措施

针对直流工程中逆变侧换流变网侧单相瞬时金属性接地故障引起直流保护系统桥差保护误动现象,分析了在此种故障情况下,换流变压器D绕组零序分量造成直流保护系统CT饱和,是造成直流桥差保护误动的原因。从两方面提出了解决误动问题的方法,一是对直流保护系统CT进行改进,旨在找到适合直流工程直流保护系统应用的CT。二是在桥差保护软件中,展宽交流低电压信号持续时间,以躲过CT饱和产生的差流存在时间。通过数字仿真试验,结果表明该方法切实、有效,保证了直流保护系统保护动作的正确性。     

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。     

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。     

基于二次注入的配电网接地故障有源电压消弧方法

针对中性点非有效接地配电网中存在的单相接地故障消弧问题,提出了一种基于二次注入的配电网接地故障有源电压消弧方法。该方法通过向配电网中性点注入工频电流来达到单相接地故障消弧目的,确保电网安全稳定运行。注入电流的参考值由二次注入特定电流的方法得到,将注入电流偏差信号通过比例谐振控制器,驱动逆变器开关管产生逆变电流,经滤波电路后注入电网中性点,抑制故障点电压和电流到零。仿真及10kV接地故障实验表明,该方法响应速度快、灵敏度高,能补偿配电网接地故障电流的无功电流分量、有功电流分量及谐波分量,实现瞬时接地故障快速可靠灭弧。     

基于波形相关性分析的换流变压器零序差动保护方案

通过对换流变压器外部故障切除产生恢复性涌流的分析,得出换流变铁芯可能在涌流的作用下发生饱和,导致灵敏度较高的中性线TA发生偏置现象,使其测量失真导致零序差动保护误动。为此,提出一种基于波形相关性的换流变零序差动保护新方案。通过分析换流变压器区内故障、区外故障及外部故障切除时零序电流的特点,利用零序差动保护两侧自产零序电流和中性线上零序电流的波形相关性进行识别。通过合理选择电流互感器的极性,使得区外故障时,零差保护两侧的零序电流呈现"穿越性"特征,其波形相似度较高,相关系数为正值。区内故障时,两侧零序电流波形相似度较小,相关系数落入负值区。通过PSCAD/EMTDC大量仿真验证,该判据可准确识别区内与区外故障,不受恢复性涌流的影响,且具有一定的抗TA饱和的能力。     

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。