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。     

计及晶闸管最小关断角变化的动态关断角控制

为了在实际工程中减小换相失败的概率,在PSCAD 中建立了晶闸管最小关断角动态模型,通过确定动态最小关断角得到换相失败的实际判据。然后,将晶闸管阀关断角的变化量引入控制系统中,提出了一种动态关断角控制方法。在PSCAD/EMTDC上进行仿真验证,仿真结果表明,换相失败实际判据能有效提高换相失败识别的精准性,关断角动态控制方法能较好地抑制单相及三相短路故障导致的换相失败,有利于直流输电控制保护系统调整关断角控制裕度,具有工程实际意义。     

电流偏差控制对换相失败及其恢复过程的影响分析

预测型定关断角控制是高压直流工程逆变器常规的控制方式之一,其中的电流偏差环节中比例系数会对系统换相失败抑制能力及系统恢复产生影响,为明确电流偏差环节产生影响的机理并提出应对措施。文中首先基于高压直流基本控制策略,分析了电流偏差环节的小干扰下功能。基于此,对故障初期、故障恢复阶段,电流偏差控制中比例系数的影响机理展开研究,发现常规电流偏差控制比例系数设置为正会导致换相失败抑制能力下降,但对系统恢复有利。基于此提出了一种自适应的电流偏差控制,通过多种检测模块快速判别系统状态并输出合适的比例系数,以达到兼顾系统换相失败抑制能力及系统恢复的效果。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了高压直流输电系统模型,并通过仿真测试验证了理论分析的正确性及所提出应对措施的有效性。     

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。     

抑制直流后续换相失败的自适应触发角补偿控制

高压直流输电系统的后续换相失败对交直流混联电网的安稳运行带来严重影响。为降低后续换相失败的发生概率,本文结合首次换相失败后故障恢复过程中直流系统的功率恢复速度,并考虑交流故障严重程度,提出一种抑制直流后续换相失败的自适应动态调节触发角的控制方法。首先,分析了故障恢复过程中各电气量的变化规律以及后续换相失败发生的影响因素;然后根据直流功率恢复速度以及交流电压跌落程度,通过所提控制策略对故障期间逆变侧输出触发角进行动态调整,以增大换相裕度,从而抑制直流后续换相失败。最后,基于CIGRE标准测试模型对控制方法进行仿真验证。结果表明,采用所提自适应触发角补偿控制方法能够在一定程度上抑制后续换相失败的发生,有效改善HVDC系统的故障恢复特性。     

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。     

定电压与预测型定关断角控制对HVDC小干扰稳定性的影响

定电压控制和预测型定关断角控制是高压直流（HVDC）逆变站常规的控制方法,合理整定控制器参数可提高交直流系统的小干扰稳定性。文中首先基于开关函数法建立了基于电网换相换流器的高压直流（LCC-HVDC）系统的小干扰动态模型,将其动态响应与电磁暂态模型的动态响应进行对比,验证了小干扰动态模型的正确性。接着,采用特征值及其灵敏度方法分析了LCC-HVDC系统的振荡模式和阻尼特性,对比分析了逆变侧采用定电压控制和预测型定关断角控制时,换流站控制器参数以及交流系统短路比对系统稳定性影响的异同。最后,整定了能维持系统稳定运行的控制器参数稳定域,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了稳定域的正确性。     

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.     

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。     

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。     

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。     

电容换相逆变器换相失败的研究

换相失败是直流输电系统的常见故障之一,研究逆变器的熄弧角对理解换相失败的本质及设计保护措施具有重要意义。详细描述传统逆变器熄弧角、电容换相逆变器的视在熄弧角和实际熄弧角的概念和数学模型,比较、分析三者之间的区别与联系。根据熄弧角的数学模型推导实际熄弧角的数学模型,分析影响电容换相逆变器换相失败的主要因素以及影响规律:电容换相逆变器在直流电流下降和交流母线电压升高时,实际熄弧角均减小,可能导致换相失败;换相电容设计值过大,静态换相裕度较小;交流系统不对称会恶化电容换相逆变器的换相性能,甚至导致换相失败。     

基于动态电流偏差控制的连续换相失败抑制方法

为降低高压直流输电系统发生连续换相失败的概率,提出一种动态电流偏差控制器设计方法。从换相失败机理出发,利用关断角增量与电流偏差控制斜升函数斜率的关联性,采用二阶广义积分器实时检测逆变端换流母线三相电压及零序电压幅值的动态变化;以此为依据,在不同类型的交流故障发生后,使电流偏差控制斜升函数输出的关断角增量上限值做出相应的动态调整,从而改变控制曲线斜率,实现对关断角整定值的自适应调节。PSCAD/EMTDC仿真表明,所提方法能较好地抑制单相及三相短路故障导致的连续换相失败,改善直流系统的运行特性。     

交流故障后MIDC系统的协调恢复策略

为了改善多馈入直流输电(MIDC)系统的恢复性能,提出了一种逆变侧低压限流单元(VDCOL)和熄弧角控制相结合的协调恢复控制策略.该策略首先优化各回直流子系统的熄弧角控制增益:稳态期间取较小值,暂态期间取较大值,使得改进后的熄弧角控制具有一定的自适应性,以减少逆变侧发生后续换相失败的几率.在此基础上再改进和优化各回直流子系统逆变侧的VDCOL控制:在原有VDCOL后增加延时环节和最小选择单元,并对延时环节的时间常数进行优化,使得改进后的VDCOL控制仅在故障恢复期间对电流指令进行渐变的延时,以消除暂态过程中各直流输电子系统间不良的相互作用.通过对南方电网的算例分析验证了该协调恢复策略的正确性和有效性.     

高压直流工程熄弧角测量异常引发换相失败故障的分析与处理

南方电网某直流工程在调试期间发生了数次换相失败故障,对交直流都产生了较大的影响。对换相失败时的故障录波数据进行分析,推断换相失败原因为熄弧角测量系统偶发故障而引起直流控制系统误动,基于此推断在该直流工程的详细PSCAD模型中进行了模拟,对该故障进行了仿真复现,验证了故障原因分析的正确性。为解决熄弧角测量装置偶发异常的问题,提出在直流控制系统内增加防误逻辑环节屏蔽熄弧角测量异常的影响,并用PSCAD/EMTDC仿真验证了该处理方案的效果,仿真结果和实际运行表明所提解决方案对熄弧角测量异常问题是有效的,确保了高压直流系统的正常稳定运行。     

谐波引起的高压直流输电连续换相失败抑制方法研究

高压直流输电系统连续换相失败是引发交直流混联电网连锁故障的重要诱因。谐波造成的电压波形畸变导致换相面积减少,是引发连续换相失败的重要因素。现有换相失败抑制方法研究主要是针对换相电压工频幅值下降,缺乏对谐波影响的考虑。针对该问题,分析了谐波对连续换相失败的影响机理,计算了谐波对关断面积的影响因子,提出了一种考虑谐波的关断角整定值定量计算方法。所提算法在换相失败期间提高关断角控制器的指令值,提高后续阀组的关断裕度,抑制连续换相失败的发生。最后通过电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC进行验证。算例仿真验证了所提方法的有效性。     

高压直流系统低功率运行时的无功控制策略

直流系统低功率运行时受端无功严重过剩,电网稳态电压偏高问题十分严重。对直流系统低功率运行时无功控制策略进行探讨,推导了无功消耗、关断角、换相角、直流电流等变量之间相互关系,计算受端换流站关断角和换流变分接头调节措施对直流无功功率消耗的影响,提出利用直流系统无功消耗的非线性,提高最小关断角可以吸收多余无功,有效解决直流系统低功率运行时的交流电网电压升高问题。