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。     

应对直流连续换相失败的紧急控制策略

直流输电系统连续换相失败故障可能导致送端电网暂态失稳。连续换相失败造成系统失稳的主要原因是直流输送功率连续性骤降导致发电机累积加速面积大于减速面积。提出了通过安全稳定控制装置紧急控制的应对方案。采用换相失败时间的累加量作为失稳判据和切机方案的匹配依据。如不再发生后续的换相失败,则仅仅采用切机措施保证系统的安全稳定,对于不能恢复的连续换相失败,则需要闭锁相关直流后切机。通过互联交直流电网算例仿真验证了该方案的有效性。     

贵广二回高压直流输电系统换相失败的仿真分析

换相失败是HVDC系统最常见的故障之一.通过分析换流器换相失败的机理,归纳了HVDC换相失败的各种影响因素.以2008年南方电网数据为基础,基于PSCAD/EMTDC建立了贵广二回直流输电系统的详细模型,并分析了一次系统和控制系统的具体结构.对该直流输电系统逆变侧换流母线发生三相接地短路和单相接地短路故障的情况进行了仿真实验,研究了换相失败的判据及故障对系统的影响.仿真结果表明,虽然贵广二回直流输电系统发生换相失败,但由于该系统的高度可控性,当故障切除后,系统很快从换相失败中恢复.     

混合直流双桥换相失败机理及抑制措施研究

随着高压直流(HVDC)输电技术的发展,混合直流输电已经成为一种趋势。分析了逆变侧交流三相故障造成混合双馈入直流中电网换相换流器高压直流(LCC-HVDC)双桥换相失败的机理,区别了造成双桥连续换相失败与双桥非连续换相失败的主要影响因素。通过对LCC-HVDC在不同交流故障程度及故障触发时刻下仿真分析,研究了这2个因素对换相失败类型的影响,并发现交流系统轻微故障下的电压波形畸变是双桥非连续换相失败现象的主要成因。通过单纯形算法对混合双馈入系统中电压源换相换流器高压直流(VSC-HVDC)控制参数进行优化,抑制了在交流系统轻微故障情况下发生的LCC-HVDC双桥非连续换相失败。     

高压直流输电系统换相失败的判断标准

建立了4条交、直流输电线路并联的多馈入高压直流输电系统(HVDC)模型并对该模型的直流输电线的换相失败现象进行了详细的理论分析和仿真研究,基于电路基本理论知识,以两端HVDC系统的关断角表达式,推导出了多馈入交、直流并联的HVDC系统的关断角表达式。通过理论分析可知,逆变侧换相失败的判断是由多种变量因素共同决定的,不能简单地假设一个或多个变量不变,而去讨论引起换相失败的结论;否则不会得到准确的结论。提出换相失败的判断标准应该为:换流阀关断角是否小于阀去游离时间对应的最小角度。若是,则会发生换相失败;若不是,则不会发生换相失败。     

西北—华中直流背靠背联网稳定控制系统的设计与实施（Only in Chinese）

介绍了中国第1个直流设备国产化示范工程——西北华中直流背靠背联网工程安全稳定控制系统的组成、主要功能、通道设置和控制策略，并详细说明了稳定控制装置与直流极控系统的控制接口方式，讨论了直流换相失败后对稳定控制装置判据的影响和改进措施。     

西北-华中直流背靠背联网稳定控制系统的设计与实施

介绍了中国第1个直流设备国产化示范工程———西北—华中直流背靠背联网工程安全稳定控制系统的组成、主要功能、通道设置和控制策略,并详细说明了稳定控制装置与直流极控系统的控制接口方式,讨论了直流换相失败后对稳定控制装置判据的影响和改进措施。     

SFCL对HVDC系统中换相失败的影响

针对逆变侧换流母线逆变侧发生短路使得交流电压下降和直流电流上升而引起的换相失败问题,分析了换相失败影响因素及桥式超导故障限流器（SFCL）限流原理.在PSCAD/EMPDC仿真环境下,以CIGRE HVDC基准模型为研究对象,将SFCL应用于直流输电系统中,研究SFCL对HVDC系统稳定运行及换相失败的影响.研究表明,SFCL能够限制交流系统的故障电流继而使直流输电系统能快速恢复正常运行状态。     

预防多馈入直流输电系统换相失败的直流功率控制方法

为了预防多馈入直流输电系统换相失败及同时换相失败的问题,提出了一种直流功率控制方法。在定量分析直流功率对逆变侧换流母线电压影响的基础上,利用回降故障直流功率、增大系统电压稳定裕度的方法防止换相失败。该方法根据逆变器之间的相互作用关系,将多馈入直流输电系统换相失败分为2种不同场景,针对不同场景设计了相应的直流功率控制策略,并给出了对应的直流功率控制启动判据,计算了直流功率调节量及其调节速率。在PSCAD仿真平台搭建多馈入直流输电系统模型,所提出的直流功率控制方法能够有效避免多馈入直流输电系统换相失败及同时换相失败。     

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。     

适应大容量直流接入弱受端的直流极控系统优化控制方法

大容量直流接入较弱受端系统,换流母线电压相对敏感,故障扰动易引起直流换相失败甚至发生连续换相失败。针对弱受端交流故障恢复过程中可能出现的连续换相失败问题,提出了根据交流系统和直流系统关键变量,在线计算调整低压限流功能直流电压上限值的方法,使直流的恢复速度能适应交流系统的恢复状态,避免连续换相失败的发生;提出了逆变站调节器配合和分接头控制的优化方法,使逆变站进入定直流电压控制模式,能在一定程度上减小远端故障引发换相失败的概率。利用与实际直流工程极控系统完全一致的仿真模型进行仿真验证,仿真结果表明:所提出的优化方法可行、有效,能适应弱受端系统对于抵御换相失败的需求,有利于改善交直流系统运行稳定性。     

混合多馈入直流输电系统连续换相失败抑制策略

随着直流输电工程应用的增多,一旦常规直流发生连续换相失败将会对电力系统的稳定运行产生极大的影响,因此为了抑制混合多馈入直流输电系统中常规直流的连续换相失败,本文从提升常规直流换相电压的角度出发,提出了混合多馈入直流输电系统的协调控制策略。该策略根据常规直流的实时无功缺额动态调节柔性直流输出的无功功率与有功功率,从而改变其暂态稳定运行点。通过该策略的协调控制可以抑制常规直流的连续换相失败以及较大限度提升直流输电系统有功功率的传输能力。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了混合双馈入直流输电系统的仿真模型,验证了该协调控制策略的有效性。     

抵御浙江电网多馈入直流系统持续换相失败措施

针对浙江电网多馈入直流系统可能由于交流系统故障引起的持续换相失败问题,以换相失败本质为理论依据,在搭建系统模型的基础上验证了大容量静止无功发生器(static var generator,SVG)、调相机在抑制持续换相失败中的作用,同时提出采用电压时间面积法优化直流控制保护降低直流持续换相失败的概率,该方法可在交流系统接地故障时通过对熄弧角的控制抑制多回直流输电系统持续换相失败,最后通过系统试验验证了面积法的改善性能。     

溪洛渡直流工程换相失败特性及相关因素分析

精确模拟直流逆变器换相失败及功率恢复对电力系统安全稳定分析是十分重要的。将电力系统实时仿真器RTDS连接到溪洛渡直流工程实际的直流控制保护系统装置,分析与评估逆变站换流母线电压跌落、故障类型以及交流系统强度等因素对溪洛渡直流的换相失败和故障恢复特性的影响。研究结果表明,换流母线故障相电压跌落幅度是决定溪洛渡直流逆变器在交流系统短路故障后是否发生换相失败的主要影响因素。     

高压直流输电换相失败响应策略与预测控制技术路线分析

从高压直流输电熄弧角控制的原理出发,对比了实测型和预测型熄弧角控制方式的优缺点,从控制系统响应和保护系统响应两方面探讨了SIEMENS和ABB所采取的换相失败响应策略。着重研究了换相失败预测控制功能(CFPREV)在不同交流母线电压跌落程度和电压畸变程度故障下的响应情况。仿真结果表明,当交流母线电压跌落较为严重时,无论是否投入CFPREV功能,都未能阻止换相失败,但投入CFPREV功能后有利于换相失败后直流系统恢复;当直流系统与交流母线间的电气联系较强或交流母线电压畸变程度较低时,CFPREV功能在预防换相失败上有明显效果。     

考虑交流滤波器扰动的换相失败预测控制策略改进

换相失败是高压直流输电系统中最常见的故障之一,而换相失败预测控制则是预防换相失败的重要手段。文中从断路器离散动作特性和控制原理等方面,详细分析了交流滤波器投入对换相失败预测控制造成扰动的机理,并从检测定值环节分析控制策略改进的可行性。另外,为彻底解决交流滤波器投入等轻微交流系统扰动对换相失败预测控制以及高压直流输电系统的影响,分析了直流电流在交流系统扰动以及交流系统故障期间的变化特征,引入新的电气参数作为辅助判据,完善换相失败预测控制原理。仿真测试结果表明,优化后的换相失败预测控制抵御交流系统扰动的能力更强,在高压直流工程中的适用性更高,更有利于高压直流系统的稳定运行。     

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。     

华东多直流馈入系统换相失败预防和自动恢复能力的优化

根据华东电网2013年夏季大负荷方式BPA动态等值数据,在电磁暂态程序中采用了与直流工程控制保护一致的详细模型建立华东电网多直流馈入输电系统研究模型,实现了南瑞集团公司、许继集团有限公司以及ABB集团多种技术路线直流控制保护详细模型的有效结合。对华东地区六回直流工程中采用的换相失败预测方法和低压限流参数进行对比分析,给出各工程间参数的差异。在此基础上,研究了优化换相失败预测参数、增加定关断面积法、增大额定关断角对抵御换相失败的作用。最后,通过对低压限流环节参数和瞬时电流限制的研究,提出了直流换相失败后的恢复策略,研究结果可为直流系统运行提供技术参考。     

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.