基于控制保护的高压直流输电系统换相失败抑制方法综述

换相失败是基于电网换相换流器的高压直流输电(line commutated-converter based high voltage direct current,LCCHVDC)常见故障之一,增强高压直流输电系统换相失败的抵御能力是目前我国电网发展的研究重点之一。首先,分析换相失败的机理和影响因素;其次从故障检测判断、首次换相失败抑制、后续换相失败抑制3个方面,对基于控制保护的换相失败抑制方法进行详细的梳理和分析;最后,针对换相失败多种影响因素动态耦合、换相过程高度离散化、后续换相失败产生机理不明,导致抑制换相失败的控制保护策略存在盲目性、滞后性、主观性等问题,指出换相失败多影响因素耦合规律研究、离散化换相过程连续化研究、计及控制行为的后续换相失败抑制研究是未来换相失败抑制方面研究的重点。     

抑制直流输电换相失败方法研究

通过剖析换相失败机理,分析发生换相失败的主要原因是基于电网换相换流器的高压直流输电采用的换流元件晶闸管为半控型器件。当关断角小于其固有极限关断角时便会发生换相失败,换相失败会引起换流变压器直流偏磁、换流阀过热、送端电网过压和发电机组脱机等问题,严重情况下可能进一步导致直流闭锁,存在引发大面积停电的风险。整理并总结已有的抑制换相失败的措施,并对这些措施进行分类阐述,一是通过修改控制器定值,二是通过增加额外的组件或设备抑制换相失败,三是进行换流器拓扑局部改造,最后指出了亟待研究的问题,为当前及今后的研究提出可行的技术思路。     

直流输电系统换相失败探讨

换相失败是高压直流输电系统逆变器最常见的故障之一,以天广直流输电系统为例,简介南方电网采用德国siemens直流输电技术的各直流输电系统中换相失败的检测、故障恢复及相关后备保护,并结合实例和RTDS实时仿真初步探讨了换相失败故障过程中低压限流功能可能带来的不良影响、交直流混联系统间的相互影响等问题,这不仅有助于直流输电系统运行维护工作,还为交直流混联系统的进一步研究提供了有益的参考.最后还比较了ABB直流输电换相失败相关技术,并提出了一些建议.     

高压直流输电系统换相失败的概率分析

换相失败是直流逆变系统最常见的动态故障,其概率分析是对传统确定性分析的一种重要补充。提出了换相失败的概率分析方法,给出了一组不同故障在不同时刻发生时熄弧角的计算公式。充分利用影响换相失败的因素之间的概率关系,考虑控制装置的快速调节作用,用Monte-Carlo模拟法统计计算换相失败的概率指标。所得结论对避免换相失败、保证直流系统稳定运行具有一定的指导意义。     

高压直流输电系统换相失败抑制方法

本文发现了造成直流输电系统后续换相失败的原因之一：锁相环在暂态过程中不能准锁定交流电压相位从而导致控制系统给出的指令触发角与实测的触发角存在偏差。并且较为直观的分析了这种锁相环暂态误差造成换相失败的作用机理。本文以减小锁相环暂态偏差对控制系统的不利影响为目标,在间接测量得到锁相环暂态误差的基础上设计了反馈补偿环节。在PSCAD/EMTDC平台的基础上,并在仿真模型中考虑最小熄弧时间,将输电线路等值为电感,验证本文所提的补偿环节对后续换相失败的抑制作用。算例表明本文所提的补偿环节对换相失败的抑制作用明显,本文所提的补偿环节可靠有效,具有较大的工程实际意义。     

直流输电系统换相失败的研究(二)--避免换相失败的措施

对影响换相失败的一些直流输电系统参数进行了灵敏度分析，进一步揭示各参数与换相失败的关系。结合论文第一部分中的分析及灵敏度分析，提出了一些避免换相失败的措施，包括换相失败的预防措施和防止继发性换相失败的措施两类。     

高压交直流混合输电系统换相失败的研究

研究了高压交直流混合输电系统换相失败的机理及其对南方电网的影响,并提出一些避免换相失败的措施,为今后高压电网的安全稳定运行提供理论依据。     

直流输电系统换相失败研究综述

分析了直流输电系统换相失败机理,介绍了多馈入直流（MIDC）输电系统中与换相失败相关的多馈入交互作用因子（MIIF）;通过分析逆变系统运行时与关断角密切相关的系统参数和电气量,归纳了影响直流输电系统换相失败的主要影响因素;介绍了用以判断换相失败的主要判别方法,同时给出了耦合阻抗、MIIF及有效短路比判别MIDC输电系统中不同换流站是否同时发生换相失败的方法;总结了换相失败的抑制措施以及换相失败后系统的恢复策略。     

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。     

直流输电系统换相失败探讨

换相失败是高压直流输电系统逆变器最常见的故障之一,以天广直流输电系统为例,简介南方电网采用德国Siemens直流输电技术的各直流输电系统中换相失败的检测、故障恢复及相关后备保护,并结合实例和RTDS实时仿真初步探讨了换相失败故障过程中低压限流功能可能带来的不良影响、交直流混联系统间的相互影响等问题,这不仅有助于直流输电系统运行维护工作,还为交直流混联系统的进一步研究提供了有益的参考。最后还比较了ABB直流输电换相失败相关技术,并提出了一些建议。     

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。     

基于线路阻抗短时调节的多直流连锁换相失败抑制方法

连锁换相失败是交直流混联电网的新型连锁故障形式之一。结合连锁关系在换相失败相关现象中的体现和参与环节,文中提出了一种在关键线路短时调节阻抗以降低耦合的抑制策略,重点讨论了策略的实施位置。在加权网络模型的基础上,基于直流分群界定了换相失败的连锁范围。在直流群内搜索对直流耦合关系影响较大的关键路径,并采用潮流介数比较各线路阻抗变化对系统运行状态的冲击,以避免在重要线路采取措施。针对不同的扰动,利用换相电压时间面积判断需要启动策略的直流群,从而实现有差别的连锁换相失败抑制。在修改的IEEE 39节点系统和某省市电网算例中,利用PSCAD/EMTDC开展仿真,结果均验证了关键线路阻抗短时调节策略抑制连锁换相失败的效率和有效性。     

高压直流输电系统后续换相失败风险评估及抑制方法

若引发首次换相失败的交流系统故障未及时清除或恢复阶段控制不当,在直流系统恢复过程中就有可能发生后续换相失败.文中基于换相电压时间面积,分析了导致后续换相失败的直接、间接影响因素,明确了后续换相失败发生机理.为定量评估系统后续换相失败风险,提出了后续换相失败风险指标(SCFRI),并提出了根据风险程度自适应调节触发角的基...     

基于电压时间换相面积预测的换相失败抑制方法

提前触发控制是降低高压直流输电系统换相失败发生概率的一种重要方法,精准的提前触发是该方法抑制换相失败的关键.根据换相电压时间面积理论,提出了一种基于换相电压时间面积预测的换相失败抑制方法.该方法不仅计及了故障后直流电流的变化,还通过换相面积的测量间接计及了故障后换相角以及等效换相电抗的变化.同时,该方法具有较清晰的物理...     

HVDC换相失败影响因素分析

换相失败是直流输电逆变侧的常见故障,为分析引起换相失败产生的原因,以及各种因素对产生换相失败的影响程度,从最基本的换向过程出发,分析了影响换向失败的因素为交换电压降低,直流电流增加等以及减少换相失败的措施。通过对两个直流工程的实例分析,揭示了换向失败通常是因为检测交流电网扰动和换流阀误触发、未触发。     

交流系统故障对德宝HVDC换相失败的影响分析

针对交流系统故障可能导致换流站换相失败的问题,在德阳换流站及四川电网实际设备情况的基础上建立仿真模型,通过对西北电网进行等值处理,利用关断角判断法,分析了四川500 kV电网在发生线路对称故障、不对称故障及严重故障情况下德阳换流站换相失败的可能性。仿真结果表明,由于四川电网系统足够坚强,在正常情况下,四川电网交流侧故障不会引起德阳换流站发生换相失败。     

计及换相失败预测控制和故障合闸角的HVDC换相失败分析

考虑实际直流输电系统中换流变压器的接法,从换相电压—时间积分面积角度分析了换相失败预测控制和故障合闸角对换相失败的影响机理,分析了不同交流系统故障严重程度情况下影响换相失败的主要因素,提出了计及换相失败预测控制时引发换相失败的故障合闸角范围的计算方法及换相失败概率计算步骤,并指出换相失败预测控制加大了故障合闸角对换相失败的影响。以典型的单极直流输电系统为例,通过PSCAD/EMTDC软件仿真验证了理论分析的正确性和所提计算方法的有效性。     

影响多馈入高压直流换相失败的耦合导纳研究

建立了2条交、直流并联的多馈入高压直流输电系统模型,并对此模型的直流输电线的耦合导纳和换相失败关系进行详细的理论分析研究。基于电路基本理论知识,推导出多馈入交、直流并联的高压直流输电系统耦合导纳和换相电压关系表达式。从该文的理论分析可看出逆变侧换相失败的判断与耦合导纳关系十分复杂,它不仅与各直流输电子系统逆变侧相连的交流电源的等值导纳有关,而且还与各直流输电子系统整流侧相连的交流电源的等值导纳有关,更与各直流输电子系统相并联的交流传输线导纳密切相关。     

电网故障下多馈入直流输电系统相继换相失败机理与特性

在多馈入的电网换相换流器型高压直流(LCC-HVDC)输电系统中,交直流系统以及不同LCC-HVDC之间的复杂耦合作用造成换相失败形态产生变化,使得LCC-HVDC的控制保护系统面临挑战.目前,由电网故障直接引发的多回LCC-HVDC同时换相失败现象受到关注,但是换相失败过程中LCC-HVDC系统之间的相互影响却被忽视.LCC-HVDC换相失败后的状态和输出特性急剧变化,通过交流系统的耦合势必对相邻LCC-HVDC产生直接的影响.为此,文中研究了LCC-HVDC换相失败对相邻健全LCC-HVDC的影响,分析了受端弱电网故障下多馈入LCC-HVDC系统中相继换相失败的产生机理和换相失败期间控制系统作用下逆变站的动态无功特性;推导了计及控制系统响应的逆变站无功功率表达式,解析了相邻LCC-HVDC无功交换特性,分析了相继换相失败的特征和影响因素.最后,通过标准模型验证了理论分析的正确性.     

谐波电压造成直流输电换相失败风险评估

换相失败是高压直流输电(high voltage direct current transmission,HVDC)运行中最常见的故障之一。国内外关于HVDC换相失败的研究已经取得了一些成果,但在谐波对HVDC换相失败的影响研究方面还有待进一步深入。文中从直流输电换相物理过程出发,基于换相电压—时间面积分析推导得出谐波影响因子,然后将谐波影响因子和换相电压—时间面积裕度相结合,定量分析谐波对HVDC换相过程的影响,并给出引起换相失败的谐波电压值理论计算方法;最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台对文中所提评估指标进行了仿真验证。