HVDC送端系统故障引发受端换相失败分析

高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)系统送受端存在电气耦合及控制配合关系,送端故障可通过系统控制逻辑、参数传递等影响受端系统运行,进而引发受端换相失败,但该过程送受端交互影响情况、作用机理尚不明晰。因此,该文首先从送端交流系统出发,探讨受端对送端交流故障响应的全过程,发现在故障恢复期间,受端换流器无功消耗过多导致其换流母线电压跌落是造成换相失败的主要原因。其次,在送端交流系统无功不平衡状态下,详细剖析了送端交流系统故障对换相失败风险大小的影响,分析指出,送端交流系统无功补偿不足会减小换相失败几率,而无功补偿过剩将增加换相失败几率。最后,基于CIGRE直流输电标准测试系统验证了文中结论在不同故障工况下的正确性。     

整流侧交流系统故障引发逆变器换相失败的原因分析及抑制方法研究

在高压直流输电系统中,交直流耦合作用日益紧密。当整流侧交流系统发生故障时,若直流控制系统响应不当则可能引发逆变器换相失败。首先分析了整流侧交流系统故障后,直流控制系统的响应过程以及逆变侧换相电压的变化特点。然后结合关断角的计算表达式,探讨故障恢复过程中关断角下降的原因。分析表明整流侧交流系统故障情况下,逆变侧换相电压在小范围内变化,换相失败发生的主要原因是故障恢复过程中直流电压和直流电流的快速上升。在此基础上,提出通过改进整流侧触发角以减缓直流电压恢复速度的方法,提出通过减小电流裕度以及改进整流侧电流指令值以减缓直流电流恢复速度的方法。最后基于CIGRE直流输电标准模型,在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台上验证了所提换相失败抑制方法的有效性。仿真结果表明,2种方法都能抑制整流侧交流系统故障下的换相失败,且共同作用时效果更佳。     

换相失败引起的送端电网暂态过电压抑制措施研究

针对高压直流输电及特高压直流输电过程中暴露出来的直流换相失败引起的送端、弱送端电网暂态过电压问题,提出了3种暂态过电压抑制方案。首先基于灵州-绍兴±800 kV特高压直流工程在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建模型,然后将换流母线电压波动过程分3个阶段分析换相失败引起送端电网暂态过电压机理,最后提出3类抑制暂态过电压方案并对其有效性进行仿真验证,推荐出最具实用价值的方案。     

多端直流换相失败对送端影响的PSASP实例仿真

研究了机电暂态程序PSASP的换相失败仿真方法,分析了2012年8月8日上海的多条直流逆变站连续换相失败对送端华中电网的影响。该仿真方法可以在故障起因和受端网架结构未知的情况下,利用WAMS录波数据在送端换流母线设置冲击负荷,模拟直流功率的波动,再现逆变侧换相失败对整流侧的扰动。实例仿真的结果验证了该方案的有效性。     

输电线路相间故障引发直流双极换相失败分析

对一起220 kV交流线路相间故障引发直流双极换相失败的原因开展了分析,分析结果表明,220 kV线路AB相故障后,直流换流站500 kV交流母线电压遭受扰动,主要表现为故障相电压幅值跌落、换相电压过零点偏移,二者叠加引发了直流换相失败。并且,作为实际工程中预防换相失败的主要手段,换相失败预测控制在所提事件中未能及时识别故障,对于第一次换相失败并未起到预防作用。此外,换相失败受故障时刻等偶然因素与控制响应的复杂交互影响,所提事件中,正常的换相过程后紧跟换相失败,无过渡换相过程可供控制参考调节,情况较为不利。最后,结合所提事故案例,针对换相失败分析与抑制提出了相关建议。     

换相失败下直流送端SVC无功反调机理分析及控制策略研究

直流送端系统配置的动态无功补偿设备存在无功反调特性,换相失败情况下该特性会助增直流送端的交流系统出现暂态过电压。文中对直流送端系统暂态电压进行频谱分析,得到其谐波主导频率,并对SVC控制系统进行相频特性分析,揭示了SVC发生无功反调的内在机理,即SVC滞后特性是其在换相失败时发生无功反调的根本原因。并在此基础上提出了SVC电容器投切控制策略,通过在电压恢复阶段切除部分电容器,有效抑制了SVC无功反调现象,仿真验证了SVC控制策略的有效性。     

基于虚拟电阻的高压直流换相失败期间送端电网暂态过电压抑制方法

针对高压直流输电系统换相失败易引发送端电网暂态过电压的问题,提出了一种基于虚拟电阻控制的送端电网暂态过电压抑制方法。分析了高压直流系统发生换相失败期间整流站交流侧的无功动态特性及其引发送端电网暂态过压的机理。根据影响暂态过电压水平的关键直流控制变量分析并结合换相裕度边界条件,设计了基于虚拟电阻的送端暂态过压控制器。控制器可根据送端电网暂态过压水平动态调整整流站触发角,实现送端电网的暂态过电压抑制目标。仿真算例表明,所提控制方法通过虚拟电阻环节与常规定电流控制协调配合,能有效抑制换相失败期间送端电网暂态过电压水平。     

银东直流逆变站换相失败后对送端系统的影响及仿真分析

高压直流输电系统受端换相失败时,整流侧换流器短时间内会从送端交流系统吸收大量无功功率,在送端交流系统较弱或其他不利条件下可能产生电压不稳定或保护误动作等问题。以银东直流工程为例,分析了受端换相失败后直流系统的响应特性,研究了直流逆变站换相失败导致的送、受端交流系统故障耦合机理,并通过仿真给出了弱送端系统条件下的电压波动情况,结论对直流工程建设调试和交流电网调度运行具有重要的指导意义。     

高压直流输电线路送端LCC换流站交流侧故障特性分析

针对电网换相换流器-模块化多电平换流器(line commutated converter-modular multilevel converter,LCC-MMC)的混合直流输电系统的可靠性,对换流站故障特性进行了分析,尤其是弱交流电网环境下的LCC换流站在交流侧发生故障时的特性分析.首先对交流侧对称故障及不对称故障...     

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。     

抑制换相失败期间送端电网过电压的控制策略研究

在受端交流系统发生故障时,基于电网换相换流器的直流输电系统存在换相失败的问题,这会导致直流输送功率中断,送端无功功率过剩将造成送端交流电网过电压,可能会造成风机等新能源设备脱网。因此,提出了一种抑制换相失败期间送端过电压的控制策略,在发生换相失败时快速投入逆变侧旁通对,并根据交流滤波器总输出无功功率计算出故障期间低压限流控制特性(VDCOL)的直流电流指令值。该策略可使直流系统在有功功率中断的运行模式下,保证送端换流阀能够正常换相并维持一定的直流电流,从而避免发生送端交流电网过电压的问题。仿真结果验证了该控制策略的有效性,在不同短路比的强、弱交流系统中均可适用。     

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。     

交流侧单相接地短路故障引起高压直流输电换相失败的研究

针对交流侧单相接地短路故障引起高压直流输电换相失败的问题,阐述了高压直流输电系统(HVDC)的组成和直流输电换相失败的机理,分析了其受交流系统单相接地短路故障影响的原因,并基于PSCAD/EMTDC仿真软件以CIGRE直流输电第一标准模型为仿真模型,对交流侧的单相接地短路故障引发HVDC系统换相失败的情况进行仿真研究。PSCAD仿真分析结果表明,增大关断角来减小换相失败几率的方法会导致整个高压直流输电系统的输送功率减少,消耗更多的无功功率。     

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。     

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。     

考虑负荷模型的多回直流同时换相失败分析

分析了直流换相失败的机理,指出交流系统故障导致的换流母线电压跌落是换相失败的主要诱因,而负荷模型的不同又将导致故障后系统电压跌落幅度的不同,从而影响换相失败的发生。分析了现有的两种常用负荷模型ZIP模型和电动机模型对电压跌落的影响机理,指出电动机模型可为系统提供机械惯量,在故障瞬间相比于ZIP模型更有利于抑制系统电压跌落,降低换相失败发生概率;但在故障持续期间,电动机负荷会吸收更多无功,危及系统稳定性。基于南方电网方式数据,计算了不同负荷模型下可能导致多回直流同时换相失败的故障区域以及系统的极限切除时间,并对以上论述进行了仿真验证。     

换相失败下柔性直流与传统直流互联输电系统的暂态无功协调控制策略

为了抑制柔性直流与传统直流互联输电系统中传统直流换相失败导致的送端电网暂态低电压和过电压,充分发挥柔性直流为传统直流提供无功支撑的能力,提出一种基于触发角的暂态无功协调控制策略。传统直流换相失败时触发角与送端暂态电压关系密切,基于此,将暂态过程中根据触发角得出的无功补偿值附加到柔性直流逆变器外环无功环节中,调整柔性直流逆变器发出的无功功率,改善送端电网电压的暂态特性。对比分析所提控制策略与柔性直流定交流电压控制的控制性能。在PSCAD/EMTDC中搭建互联输电系统的仿真模型,结果验证了所提控制策略的适应性,且该控制策略的控制效果优于柔性直流定交流电压控制。     

励磁涌流对高压直流输电系统换相失败的影响机理及评估方法

交流系统中合空载变压器会产生严重的励磁涌流。该励磁涌流的注入,在导致逆变器交流母线电压发生畸变的同时,也会引起基波电压的变化,这必然会对逆变器的换相过程产生影响。目前的研究主要集中在基波电压下降造成的换相失败,对于电压畸变引起的换相失败的研究较少。从换相电压对时间的面积角度阐述了电压畸变导致换相失败的机理,在此基础上提出快速评估励磁涌流是否会造成换相失败的方法,从而为采取及时有效的措施提供指导,这对电网的安全稳定运行具有重要的意义。最后,在PSCAD/EMTDC中进行了仿真分析,验证了所提的评估方法的有效性。