特高压主变充电导致直流周期性换相失败的原因（英文）

换相失败是直流输电系统逆变器最常见的故障之一,通常故障清除后直流系统可以恢复换相,周期性换相失败很少发生,过去国内从未出现过换相失败闭锁直流的情况。通过对林枫直流现场数据的深入分析,得出换相失败持续时间达到保护定值,保护正确动作;而励磁涌流引起枫泾站换流母线电压畸变、阀控VBE对已关断阀执行重触发以及换相失败恢复期间直流电流过冲等因素是导致林枫直流发生周期性换相失败的主要原因。在此基础上,基于电磁暂态程序建立了林枫直流输电研究模型,其中控制保护采用了与实际工程一致的详细模型,通过仿真研究提出了极控系统的改进措施:取消瞬时电流控制、优化换相失败预测和低压限流等功能,最后在林枫直流输电工程中进行了现场验证试验,试验结果验证了所提措施的有效性。     

华东多直流馈入系统换相失败仿真研究

基于2013年华东电网夏季高峰方式,经动态等值在电磁暂态程序上建立交直流输电系统研究模型,采用了与工程控制保护一致的详细模型,建立了多直流馈入输电系统模型,首次实现了南瑞、许继以及ABB公司多种技术路线直流控制保护详细模型的有效结合;针对葛南、林枫、宜华、复奉、锦苏、龙政6回直流落点华东交流系统发生单相和三相故障时,直流系统发生换相失败的情况及交直流系统动态性能进行了研究;给出了换相失败持续时间和直流恢复时间的统计结果;分析了逆变站与交流系统交换无功功率在故障及其恢复期间的变化情况。研究结果表明即使华东地区6回直流同时发生换相失败,交直流系统均可以正常恢复。最后通过仿真计算给出了华东地区发生单相和三相故障可能导致华东6回直流同时换相失败的区域。     

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。     

抑制直流连续换相失败的直流电流指令值优化策略

为抑制直流系统连续换相失败,通过分析换相失败机理,得出直流电流上升与逆变侧交流系统电压降低是造成首次换相失败的主要原因。研究直流首次换相失败后恢复阶段时的控制系统动作特性与电气量变化规律,得出在换相失败恢复期间,逆变侧直流电压的快速恢复会引起直流电流指令值的快速上升,逆变侧切换为定电流控制,由于在控制过程中未考虑直流电流上升对关断角的影响,会导致控制系统失去关断角的控制权从而引起直流连续换相失败。基于此,提出一种考虑关断角的直流电流指令值优化控制策略,结合低压限流控制抑制连续换相失败的发生。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件与国际大电网会议直流标准测试模型(CIGRE HVDC)验证了所提控制策略的有效性。     

逆变侧控制策略对换相失败的影响及恢复特性优化研究

针对直流系统逆变侧不同控制策略下的换相失败恢复特性开展研究,首先从原理上分析了定关断角控制与定电压控制方式下换相失败控制器的工作原理;然后基于实时数字仿真平台以及实际工程的录波数据,全面研究比较了这2种控制策略对换相失败恢复特性的影响,结果表明换相失败与直流运行功率、稳态运行时的关断角以及故障发生时刻均有关系,而与采用何种控制方式相关性不强;最后提出对低压限流功能模块 (voltage dependent current order limiter, VDCOL)电流指令参数进行优化的措施,以改善换相失败恢复特性并对其效果进行了仿真验证。     

直流控制系统研究分析

直流控制是发展高压直流输电的核心内容。分析了整流测定电流控制、逆变侧定关断角控制以及低压限流环节控制,特别的分析了低压限流环节与一次换相失败以及连续换相失败之间的关系。分析结果表明不同控制环节共同作用,对维持直流输电系统的安全稳定运行具有重要作用;低压限流环节对预防换相失败的发生也具有积极作用。     

抑制换相失败的变斜率VDCOL控制策略

在高压直流输电系统控制环节中,低压限流控制器的静态恢复特性和获取补偿电压的方法会导致连续换相失败.为减小连续换相失败发生的概率,本文在引入直流电流变化率改变低压限流控制器获取补偿电压的基础上,通过改变低压限流控制器的数学模型,提出了基于直流电流变化率控制的变斜率低压限流控制器控制策略.最后使用电磁暂态仿真软件中的国际大电网会议高压直流标准模型进行仿真,仿真结果表明,本文提出的控制策略在发生接地故障时能有效地抑制连续换相失败,从而优化了故障恢复特性.     

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。     

基于定等效直流输入电阻的低压限流控制器优化控制策略

低压限流控制器(VDCOL)是抑制基于电网换相换流器的高压直流输电(LCC-HVDC)系统后续换相失败的重要控制环节,通过分析LCC-HVDC系统换流器换相过程,提出一种基于等效直流输入电阻的VDCOL优化方案评价指标以及一种基于定等效直流输入电阻的VDCOL优化控制策略。基于CIGRE HVDC标准测试模型对故障期间不同类型的VDCOL优化方案进行仿真测试以验证所提评价指标的合理性和所提控制策略的有效性,仿真结果表明：故障期间等效直流输入电阻与关断角呈正相关;采用所提控制策略后等效直流输入电阻能够尽快恢复并保持在1.0 p. u．附近;同时所提控制策略可以有效抑制LCC-HVDC系统后续换相失败。     

直流输电系统换相失败统计分析及抵御措施建议

随着特高压直流工程不断投运、换流容量不断增加,换相失败对电网产生的有功、无功冲击更加严峻,严重威胁大电网安全稳定运行。文中对国家电网有限公司21个在运直流输电系统换相失败发生情况进行了统计分析,总结归纳换相失败发生概率的主要影响因素。基于统计分析结论,从降低换相失败概率和减小换相失败后能量冲击两方面,提出晶闸管关断特性优化、换流阀换相失败智能监测控制和换相失败后能量吸收等技术措施,为换相失败抵御措施的进一步研究和工程应用提供参考。     

多馈入系统直流间耦合程度量化表征方法

目前多回超/特高压直流馈入华东电网,交直流系统之间交互作用及耦合复杂。为了量化表征多馈入直流间耦合程度,提出了多馈入直流系统的交流电压畸变耦合系数。通过计算一回直流内部故障引起其余直流逆变站换流母线交流电压的畸变程度,得到多直流间耦合系数。该耦合系数包含了直流输送容量对交流系统的影响、不同技术路线直流控制系统内部控制环节响应特性差异以及直流逆变站之间交流电网的阻抗特性等因素的综合评估。利用耦合系数提出耦合区域的概念,可用于评估多回直流同时换相失败的风险。以华东电网多馈入系统为例进行了仿真验证,结果表明所提出的耦合系数以及耦合区域表征形态与实际运行中的情况基本相符,该系数能为直流的规划和运行提供重要的技术参考。     

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.     

一种抑制连续换相失败的非线性VDCOL控制策略

换相失败是高压直流输电系统(High Voltage Direct Current, HVDC)中常见的故障之一。为了降低连续换相失败发生的概率,提出了一种基于非线性动态VDCOL低压限流控制器(VoltageDependentCurrentOrderLimiter,VDCOL)设计方案。针对常规VDCOL直流电流调节指令灵敏度较低的特点,所设计的非线性动态VDCOL控制策略将系统故障严重程度同时考虑在内,根据电压大小动态调节VDCOL控制器的控制曲线,提高直流电流指令在系统故障期间的响应速度,达到尽快限制直流电流来降低发生连续换相失败概率的目的。在PSCAD/EMTDC仿真环境中,使用国际大电网会议(International Council on Large Electric Systems, CIGRE)标准模型对所提控制方法进行验证。仿真表明,所提非线性动态VDCOL控制器在短路故障时可以抑制连续换相失败,并且有利于快速恢复系统的直流电压和传输功率,保证输电系统正常运行。     

华东电网多直流同时换相失败仿真分析

随着馈入华东电网直流条数及输送容量的不断增加,交流系统故障引起的多直流同时换相失败稳定性问题日益突出。采用PSD-BPA暂态稳定仿真程序,对2016年华东电网丰大运行方式下的多直流同时换相失败问题进行了仿真分析。结果表明:上海地区及上海—江苏、上海—浙江联络线附近多数500 kV线路发生三相短路故障均会引起八回直流全部发生换相失败。多直流同时换相失败会影响受端系统稳定运行,但一般不会造成系统失稳,影响程度与等效换相失败时间有关。等效换相失败时间和负荷模型会对换相失败恢复过程中的换流母线电压造成影响。     

华东大受端电网直流接入能力评估

受端电网的直流接入能力是直流多馈入电网调度运行部门越来越关注的问题。文中从大规模直流接入华东电网后带来的实际问题出发,分析了限制受端电网直流接入能力的主要因素,以此为基础提出了一种考虑多约束的受端电网直流接入能力计算方法。该方法根据典型方式下备选直流落点的短路容量及各直流间的交互作用程度,快速确定新增直流接入落点,进而综合考虑直流多馈入短路比、电网低谷调峰能力、有效直流惯性常数、电压稳定、暂态稳定等多约束条件,计及电网发展变化迭代增加直流接入容量,最终给出电网直流接入能力。在IEEE 39节点系统中验证了所提方法具有可操作性,基于该方法对华东电网开展直流接入能力评估,为提高直流多馈入电网的运行管理水平提出了建议。     

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。     

一种基于自适应电压限值的换相失败抑制策略

为有效抑制高压直流输电系统在不同故障程度下的换相失败,提出了一种基于自适应电压限值的改进低压限流控制器(voltage dependent current order limiter, VDCOL)设计方案。首先,详细分析了包含传统VDCOL的直流输电系统在换相失败及恢复期间的运行特性,并提出VDCOL曲线在不同时间段下应具备的动态性能。然后,引入直流电流这一反映故障特性的时变电气量优化传统VDCOL的直流电压上下限值,从而在不同时间段自适应改变电流指令启动电压阈值与电压-电流指令变化趋势,以满足输电系统换相失败及恢复期间的有功与无功需求。同时考虑到VDCOL电压上下限值的过度变化会恶化系统运行特性,对其范围的设置进行了解析和合理选取。最后,在PSCAD/EMTDC中对所提方法进行仿真测试。结果表明,所提出的改进控制策略能在一定程度上抑制直流输电系统的连续换相失败,同时有效地改善换相失败各阶段直流输电系统的运行特性。     

高压直流输电系统抑制换相失败的最小关断面积控制策略

根据逆变器的换相过程,分析了换相失败机理。比较了两种高压直流输电系统换相失败判别方法:最小关断角判别和最小关断面积判别;为了提高逆变站抑制换相失败的能力,提出了最小关断面积控制策略。以林枫直流为研究对象,在PSCAD/EMTDC中建立了相应的控制保护模型,对最小关断角控制策略和最小关断面积控制策略进行对比实验。仿真结果表明最小关断面积控制策略抑制换相失败的效果优于最小关断角控制;交流电压跌落幅度过大,换相失败无法避免。     

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。