HVDC故障恢复特性的分析及改善措施

为了探究影响高压直流输电(HVDC)故障恢复特性的主要因素及改善其恢复特性的措施,文章分析了包括交流系统强度、直流输电极控制中相关参数的设置及故障恢复期间交流系统的无功补偿特性在内的各种因素在系统切除故障后对电压及功率恢复的影响,提出了包括AC-VDCOL与DC-VDCOL相结合的低压限流环节(VDCOL)并且在故障恢复期间改变VDCOL的特性曲线,增大系统故障期间熄弧角整定值的优化控制、采用SVC进行无功补偿等措施来改善HVDC故障恢复特性。利用PSCAD/EMTDC仿真软件在CIGRE直流输电标准测试系统中进行故障仿真。结果表明当系统发生故障时,交流系统强度越强越有利于系统故障后电压及功率的恢复,采用SVC无功补偿、优化的低压限流环节和熄弧角控制有利于改善故障的恢复特性。     

抑制多馈入直流输电系统后续换相失败措施研究

针对多馈入直流系统中发生的后续换相失败问题,以换相失败的本质为理论依据,在搭建仿真模型的基础上验证了静止无功补偿器（SVC）在抑制后续换相失败中的作用,同时提出一种有效抑制后续换相失败的变熄弧角控制方式。通过分析变熄弧角控制方式的应用缺陷,进一步提出一种基于渐变恢复理论的新型动态低压限流环节（VDCOL）控制方式。该控制通过动态VDCOL延缓单条直流功率恢复速率,可降低故障期间直流系统对交流系统的无功需求,同时其延时环节也可消除暂态过程中各条直流线路间的不良交互影响,以达到多条直流交替恢复、有效抑制后续换相失败的目的。仿真算例结果验证了控制方法的有效性。     

预测型定熄弧角控制及其改进策略EI北大核心CSCD

定熄弧角控制作为逆变侧基本控制环节,在抵御换相失败方面起到了重要作用。针对现有预测型定熄弧角控制故障期间熄弧角计算误差较大的缺点,提出了一种改进的预测型定熄弧角控制方法。该方法不仅计及了换相期间直流电流的变化,同时考虑到换相电压的变化,利用滑动平均滤波器和二阶广义积分器分别对直流电流和换相电压进行处理,用于各换流阀触发角的求解,取其中最小触发角作为定熄弧角控制的输出。通过PSCAD/EMTDC仿真对不同强度交流系统下系统的换相失败免疫因子进行测试,证明了改进后的预测型定熄弧角控制能更好地抑制换相失败的发生。     

多馈入直流输电系统的协调恢复策略研究

为了改善多馈入直流输电系统的恢复性能,提出了一种协调恢复策略。该策略通过直流双侧附加前馈控制实现多馈入直流各子系统的整流侧和逆变侧的协调,使两侧的控制量能够快速地跟踪系统的给定值;通过Fuzzy-VDCOL环节对系统故障和恢复期间的直流电流指令进行动态调节,维持系统的功率平衡和电压稳定,实现直流子系统之间的协调。仿真分析表明:该协调恢复策略可使多馈入直流输电系统的恢复性能得到很好地改善。     

逆变侧交流电压畸变下HVDC运行特性分析

推导了逆变侧交流母线电压存在畸变时锁相环的输出特性和阀换相特性,揭示了谐波电压对逆变侧定熄弧角控制器和低压限电流控制器(VDCOL)带来影响的机理,解释了谐波电压的存在会减小逆变侧延迟触发角的指令值、降低直流系统传输容量的原因。针对交流母线电压谐波畸变情况下定熄弧角控制不能很好跟踪其整定值的问题,通过减小电流偏差控制的增益,有效减小定熄弧角控制在交流电压畸变时的稳态误差量,降低了传递容量的损失。提出了谐波影响下直流系统稳态工作点的计算方法。PSCAD/EMTDC仿真验证了理论分析的正确性、改进措施的有效性和计算方法的准确性。     

有利于多馈入直流输电系统协调恢复的VDCOL控制策略研究

提出了一种适用于一般多馈入直流输电系统(MIDC)协调恢复的依赖于电压的电流指令限制单元(VDCOL)控制策略,该策略在各直流控制系统中综合应用不同类型的VDCOL控制,以改善逆变侧交流电网的暂态稳定性。对常规的VDCOL的特性曲线进行了改进,使得故障切除后的系统恢复期间直流电流的恢复滞后于电压的恢复,从而减小换流站无功消耗,促进交流换相电压的恢复。通过对南方电网的仿真研究表明,该控制策略对不同系统运行方式下的不同故障地点和类型具有较好的适应性,有效地提高了多馈入直流系统的暂态稳定性。     

接入弱交流系统的背靠背直流输电系统控制策略改进

背靠背直流工程逆变侧采用定熄弧角控制时,整流侧和逆变侧耦合关系较强,但换流变压器分接开关动作次数少;而采用定直流电压控制时,耦合关系较弱但分接开关动作次数多。在分析相关控制策略优缺点的基础上,提出了改进控制策略,逆变侧通过熄弧角控制直流电压为指令值,直流电压指令值随直流功率变化,分接开关控制熄弧角在正常范围内。该控制策略保留了定熄弧角控制和定直流电压控制的优点。提出整流侧和逆变侧在分接开关动作时预估无功小组是否会因分接开关动作而投切,进而确定分接开关和无功小组动作的先后关系,防止了分接开关的反复动作。算例表明该控制策略可以减少背靠背工程无功小组投切和分接开关动作次数,减小逆变侧无功小组投切电压波动,适用于接入弱交流系统的背靠背工程,长距离直流输电工程也可以借鉴文中控制策略。     

特高压直流输电工程逆变侧控制策略优化设计

特高压直流输电在电网中的应用越来越广泛,送端电网与受端电网间采用多回直流相连,在一回直流故障时,通过提升其他直流实现功率紧急支援。在受端电网相对较弱的情况下,当需要大幅紧急提升直流功率时,如逆变侧采用传统修正的定熄弧角控制,会出现换相失败的情况。为此,分析了产生换相失败的原因及交流系统强度和提升量对换相失败的影响,并在现有逆变侧控制策略的基础上,提出一种预防换相失败的控制器,通过引入熄弧角测量值,实现熄弧角闭环控制,从而保证换相裕度,避免换相失败。在实时数字仿真系统(RTDS)中进行了试验验证,结果表明,所提策略可解决特高压直流大幅提升功率时的换相失败问题。     

用于减少换相失败持续时间的直流附加控制策略

在高压直流输电工程中,当逆变站的交流母线连接到弱交流电网时,在运行过程中更容易发生换相失败故障,严重影响电网安全运行。改进高压直流输电控制,从而减少换相失败发生的可能性并提高系统故障恢复能力成为目前这类高压直流输电工程的迫切要求。本文提出了一种用于减少换相失败持续时间的直流附加控制策略,将直流电流变化量与熄弧角变化量的关系设计成PI控制器,通过增大故障期间直流电流的变化率,增大熄弧角,从而减少换相失败的持续时间,同时提高直流系统故障后的恢复速度。结合实际工程使用PSCAD进行了建模仿真,验证了所提控制策略的有效性。     

考虑直流调制的交直流系统中长期电压稳定协调控制

综合考虑直流系统整流侧和逆变侧控制量的调制,协调交流系统和直流系统各控制量,提出了一种考虑直流调制的交直流系统中长期电压稳定协调控制方法。首先,推导出换流母线电压对整流侧和逆变侧换流器传输功率的灵敏度解析表达式,并基于轨迹灵敏度建立以节点电压轨迹偏差和控制代价最小为综合目标的模型预测控制优化模型。然后,根据对系统控制轨迹的预测,进行交直流系统控制数量自适应调整和控制地点优选,以提高模型预测控制的效率,协调交直流系统各控制量进行电压滚动优化控制。最后,对交直流混联系统进行仿真,结果表明针对不同的故障场景,所提控制方法均能有效调制直流系统传输功率和熄弧角,全面协调交直流系统的各种控制手段,提高系统中长期电压稳定性。     

基于复合移相控制的直流输电系统换相失败响应优化研究

目前国内直流输电工程采用的控制策略主要有基于ABB技术路线的控制策略和基于SIEMENS技术路线的控制策略。该文对两类控制策略针对换相失败的应对方式进行了分析对比,指出基于SIEMENS路线的策略虽然有利于提高稳态运行时关断角的控制精度,但相对于基于ABB路线的控制策略换相失败持续时间更长,主要原因为逆变侧交流故障下前者仍采用比例积分控制器(proportional and integral,PI)对触发角进行调节,响应速度较慢。基于上述分析,对基于SIEMENS路线的控制策略提出了附加复合移相控制策略,具体包括基于直流电流上升率检测的移相控制策略和基于交流电压不平衡度与幅值检测的移相控制策略,并给出控制器的详细设计参数。仿真结果显示,相对于原始控制策略,投入复合移相控制策略有助于预防换相失败或缩短换相失败时间,加速功率恢复,提升直流系统故障下响应特性。     

一种抑制连续换相失败的定关断角加速控制方法

针对逆变侧交流故障引发高压直流输电系统连续换相失败问题,通过分析首次换相失败恢复过程中的电气量和控制量变化规律,明确了恢复过程中定电流、定关断角、电流偏差控制器之间配合不当是引发连续换相失败的重要原因。同时,在不对称故障后,由交流负序电流引起的直流2次谐波电流会导致控制切换点滞后,增加连续换相失败的风险。基于此,提出了一种能增强控制器配合效果的定关断角加速控制方法。该方法能根据换相恢复过程自适应投切,利用关断角偏差动态调整关断角控制指令值,提前实现控制切换,降低切换后不当控制影响。同时,通过陷波器降低谐波电流从而减弱触发角波动对控制器切换的不利影响。该方法能提升控制器间配合效果,提升直流系统抵御连续换相失败能力。在CIGRE标准测试模型中,验证了理论分析的正确性和优化方法的有效性。     

直流系统控制方式对大扰动后交直流混合系统电压和功率恢复的影响

使用电力系统暂态安全评估工具TSAT基于南方电网2005年规划数据研究了直流控制方式和低压限流器参数对大扰动后交直流混合系统电压和功率恢复的影响.结果表明,常规的整流侧定电流、逆变侧定直流电压控制比整流侧定功率、逆变侧定熄弧角控制有利于大扰动后交流换流母线电压的恢复;为缓解大扰动后有功功率和无功功率失衡的问题,低压限流器参数的大小应取折中值.     

A Novel Recovery Strategy to Suppress Subsequent Commutation Failure in an LCC-Based HVDC

A subsequent commutation failure (SCF) can easily occur during the recovery process after a first commutation failure (1st CF). This paper analyzes the interaction mechanism of extinction angle, AC voltage, DC current and firing angle, and reveals that the complex coupling relationship during the dynamic process after the 1st CF has a significant effect on the SCF. The mathematical equations when considering different fault durations, fault severities and AC system strengths are then established. An AC fault voltage detection method based on reactive power and fault duration is also proposed to measure the fault severity, and an SCF inhibition control strategy (SCFICS) based on AC fault detection and reactive power control is subsequently proposed. This can not only inhibit the SCF, but also enhance the DC recovery speed effectively. Finally, based on the SCFICS, a simulation model is built, and the simulation results with different cases indicate that the SCFICS can effectively inhibit the SCF with good recovery performance, for three-phase-to-ground (TPG) and single-phase-to-ground faults, and with a fault inductance range of 0.01 H to 1 H.     

整流侧换流母线电压恢复导致逆变器换相失败的机理分析

交直流系统中整流侧换流母线电压恢复会引起直流电流增大,从而导致逆变器换相失败。为了解决该问题,文中首先以CIGRE HVDC标准测试系统为例,分析了电压恢复期间逆变侧控制系统的控制特性,发现由定电流控制切换为定关断角控制瞬间及之后一段时间内,直流电流较大及增速过快从而引起电流偏差控制输出较小且快速降低是诱发换相失败的重要原因。其次,提出了一种通过改进定关断角控制器以改善整流侧换流母线电压恢复导致关断角过小的控制方法。最后,在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件中利用CIGRE HVDC标准测试模型仿真验证了所提方法的有效性,由仿真结果可知该方法能有效抑制由整流侧换流母线电压恢复导致的逆变器换相失败。     

基于无功反馈控制的后续换相失败抑制方法

基于电网换相换流器的高压直流输电故障后的动态恢复过程与交直流系统间的无功交换强相关,持续的无功交换过程往往伴随着换相电压持续波动,进而可能引发后续换相失败.基于此,提出采用闭环反馈控制的无功控制方法以降低后续换相失败的风险.首先,利用实时仿真分析了采用典型低压限流(VDCOL)控制的直流系统故障恢复过程与无功交换的关系.其次,利用交直流系统的无功功率特性方程以及隐函数存在定理,分析了直流电流分别与无功交换和关断角之间的微增量关系,并据此提出无功反馈控制结构.然后,提出了用来替代VDCOL的直流电流实时计算方法,该方法同时考虑了无功交换平衡和定关断角二维约束,并通过闭环控制抑制了干扰偏差,控制精度更高.最后,仿真结果表明,所提方法可以减小直流系统发生后续换相失败的概率,改善系统的恢复性能.     

基于双判据的特高压直流分层接入系统换相失败预防控制策略

特高压直流分层接入系统中逆变侧受端交流系统故障可能造成高低端换流器同时发生换相失败。对此,综合考虑换流器发生换相失败的电压、电流因素,提出一种基于双判据的特高压直流分层接入系统换相失败预防控制策略。该策略基于换流母线电压变化特征,动态调整关断面积控制中关断角参考值;同时基于直流电流变化特征,得到换相电流面积控制中晶闸管触发角的修正量,进而优化选取各层换流器的触发角,预防高低端换流器同时发生换相失败。在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型对不同工况下所提换相失败预防控制策略进行了验证。仿真结果表明,该策略能快速应对逆变侧交流系统故障,减小高低端换流器同时发生换相失败的风险,可预防分层接入系统高低端换流器同时发生换相失败。     

A Novel Coordinated Control Approach for Commutation Failure Mitigation in Hybrid Parallel-HVDC System with MMC-HVDC and LCC-HVDC

This paper proposes a novel coordinated control approach for the hybrid parallel-HVDC system that is composed of a line commutated converter-based high-voltage direct current (LCC-HVDC) link and a modular multi-level converter-based HVDC (MMC-HVDC) link in parallel. With the presented control approach, the reactive power of MMC-HVDC is regulated flexibly based on the extinction angle of LCC-HVDC to mitigate the commutation failure of LCC-HVDC and improve the fault recovery performances of the overall system during fault and post-fault periods. A hybrid parallel-HVDC system is developed in PSCAD/EMTDC to evaluate the effects of the proposed control approach. The transient performances of the hybrid parallel-HVDC, under single-phase and three-phase to ground faults at the inverter AC busbar are investigated. Commutation failure immunity index (CFII) and fault recovery time are used as measures to evaluate the effects of the proposed control approach. The results show that the proposed coordinated control approach can make the LCC-HVDC less susceptible to commutation failure in hybrid parallel-HVDC system and effectively improve the fault recovery performances of the overall system.     

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。