交流单相故障引起直流输电换相失败的仿真研究及其预防措施

换相失败是高压直流输电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软件建立了贵广二回直流输电系统的模型,分析了一次系统和控制系统的具体结构.对直流输电系统逆变侧换流母线发生单相接地短路故障的情况进行了仿真实验,研究了故障对系统的影响,提出了预防换相失败的措施.     

云广特高压直流输电系统换相失败研究

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换相失败的影响因数及判据。以南方电网2010年数据为基础,采用PSCAD／EMTDC对云广±800kV特高压直流输电系统建立了详细的电磁暂态仿真模型,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分析。仿真结果表明,云广特高压直流输电系统故障后发生换相失败,但由于该系统的高度可控性,故障切除后系统从换相失败中恢复性能良好。     

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。     

直流输电系统在交流故障时的换相失败分析

换相失败是直流输电(HVDC)系统常见的故障,模拟仿真换相失败时暂态反映特性曲线非常必要,分析了产生换相失败的影响因素,采用PSCAD/EMTDC仿真软件,以CIGRE直流输电第一标准模型为仿真电路,模拟逆变侧单相短路故障和三相短路故障时直流侧和交流侧的电压变化,波形显示单相短路故障比三相短路故障恢复快。若增大熄弧角γ来减小换相失败的几率,直流输电系统会减少输送功率,消耗更多的无功功率。     

交流系统强度对HVDC故障恢复特性影响的仿真分析

高压直流输电(HVDC)逆变侧交流系统的强度直接影响HVDC系统的故障恢复特性。分析逆变器换相失败的机理,归纳了联于交流系统的HVDC换相失败的各种影响因素。利用PSCAD/EMTDC仿真软件,对不同短路比情况下的HVDC系统单相故障进行了仿真分析。     

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。     

交流系统强度与所联直流输电系统换相失败关系研究

从换相失败的本质原因出发,研究不同短路比对OGRE HVDC模型换相过程的影响.研究表明,增大交流系统强度可减小系统波动,加速系统的恢复过程.在CIGRE HVDC模型的基础上,建立双馈入直流输电系统,探讨故障及非故障交流系统强度对多馈入直流输电系统同时换相失败的影响.计算结果表明,增大非故障交流系统强度有利于避免同时换相失败,而增大故障交流系统强度对于避免同时换相失败基本无效.     

云广特高压直流输电负极运行换相失败及控制研究

总结直流输电换相失败的判断标准,研究防止继发性换相失败的控制措施.以云广±800 kV特高压直流输电负极运行为研究对象,利用输电系统实际参数在PSCAD/EMTDC上建立仿真模型,仿真结果表明:减小变压器变比,逆变器不发生换相失败,当增大变比到3.52时,逆变器发生换相失败;三相对称接地短路故障时换相失败对于故障合闸角没有敏感性,两相短路和单相接地短路在故障合闸角为90°和270°时最容易引发逆变器换相失败;接地电阻的大小和故障持续时间对换相失败影响很大.     

HVDC换相失败对转子绕组匝间短路调相机的影响分析

针对HVDC换相失败对带转子匝间短路故障调相机运行特性的影响进行研究,以一台TTS-300-2型双水内冷调相机为研究对象,构建了含同步调相机的高压直流输电的场-路-网耦合模型.联合仿真得到高压直流输电逆变器换相失败后转子绕组匝间短路调相机的气隙磁场,采用麦克斯韦应力张量法计算出调相机转子受到的不平衡磁拉力,分析了其在匝间短路状态下发生换相失败时转子受力特点及变化趋势.结果表明,换相失败使调相机气隙磁场增大,转子所受磁拉力幅值明显增大,并且匝间短路程度越大,其影响程度越大.换相失败对带病运行调相机影响分析研究对解释故障机组异常振动、诊断轻微转子绕组匝间短路故障有一定的参考价值.     

一种基于最大短路电流限制的高压直流输电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,理论分析了连续换相失败发生机理及其影响因素,提出了一种基于最大短路电流限制的连续换相失败抑制方法,并以首次换相失败发生为触发信号,配合系统低压限流环节,对故障期间直流电流整定值进行修正,抑制连续换相失败的发生。基于CIGRE HVDC标准测试模型,在PSCAD/EMTDC中实现了所提出的控制方法。仿真结果表明,在不对称故障和三相故障下所提的优化控制策略均能有效抑制连续换相失败的发生,实现系统各项电气参数的平滑恢复,有效改善系统的故障恢复特性。     

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。     

HVDC输电系统换相失败的故障合闸角影响机理

在交直流混合系统中,交流系统故障是引起直流系统发生换相失败故障的主要原因.从换相电压时间面积的角度,揭示了故障合闸角对换相失败影响的机理,指出了换相电压时间面积可作为评价直流系统抵御换相失败能力强弱的指标;在不同的交直流系统结构、参数、运行条件和故障情况下,故障合闸角对换相失败影响程度不同.应用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件,基于CIGRE高压直流(HVDC)输电系统标准模型,进行了大量仿真验证,证明了理论分析和判据的正确性,为交直流系统相互作用的分析、提高直流系统抵御换相失败能力的研究、直流控制系统参数的整定以及受端交流电网继电保护运行特性的研究提供了理论研究的参考.     

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。     

多馈入直流输电系统换相失败影响因素的分析与仿真

多馈入直流输电系统的出现,在增加了运行方式的灵活性、扩大了输送容量的同时,也增加了系统结构的复杂性。换相失败是直流输电系统最常见的故障之一。在多馈入输电系统中,单个逆变站发生换相失败可能导致多个逆变站同时发生换相失败,严重影响整个系统的稳定运行。取电气距离和短路比为主要影响因素,分析其对于换相失败产生的影响;搭建三馈入直流输电系统模型,通过电力系统电磁暂态仿真程序PSCAD进行仿真研究,从而验证结论。     

多馈入直流输电系统换相失败机制及特性

随着多直流接入受端交流系统的规模不断增大,运行人员对多回直流换相失败以及闭锁的关注度日益提升。文中建立了多馈入直流输电系统模型,从换相失败发生的本质出发,分析多种因素对换相失败发生概率的影响。从机制上研究换相失败对交流系统和直流系统的影响,并与直流闭锁对系统的影响进行对比分析。通过对多馈入直流输电系统的机电暂态仿真,验证由交流系统引起的多回直流换相失败与直流闭锁的差异。综合理论和仿真研究可知,在交流系统故障及时清除的情况下,多回直流换相失败并不会导致多回直流同时闭锁,不会对系统造成大的影响。而直流闭锁故障,在不采取控制措施的情况下,会造成系统功率不平衡,严重时导致系统失步,影响系统安全稳定运行。     

与弱交流系统相连接的HVDC系统临界换相电压降及逆变站的运行范围

分析了与弱交流系统相连的直流输电系统的运行特性及电压稳定性,采用临界换相电压降指标和逆变器的运行范围变化研究逆变器换相失败的机理,并比较了各种无功补偿方式对HVDC输电系统的影响,得出在与弱交流系统相连接的直流输电系统中使用静止同步补偿器可提高系统的临界换相电压降,有效减小故障过程中换相失败发生的概率,扩大逆变器的运行范围,提高弱交流系统电压稳定性的结论,并通过对国际大电网会议(CIGRE)标准高压直流输电测试系统的仿真验证了该结论。     

整流侧控制方式对特高压直流输电系统换相失败影响研究

特高压直流输电系统发生换相失败时,会引起直流电压和直流电流突变,严重影响直流系统的安全稳定运行。控制系统是特高压直流输电系统的核心部分,其控制方式对系统的输出响应有重要影响。分析特高压直流输电系统换相失败的原因,介绍整流侧的控制方式,建立了云广特高压直流输电系统仿真模型,研究云广特高压直流输电系统整流侧采用定电流控制方式和定功率控制方式对换相失败的影响。仿真结果表明：当逆变侧换流变压器变比K改变时,整流侧采用定电流控制与采用定功率控制相比,系统发生换相失败时的临界变比较大;当逆变侧交流母线发生三相对称接地故障、两相短路故障及单相接地故障时,整流侧采用定电流控制与定功率控制相比,系统不发生连续换相失败的临界电阻较小。整流侧采用定电流控制方式时,对换相失败的控制能力优于定功率控制方式。     

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。     

一种抑制后续换相失败的变斜率电流偏差控制方法

为降低高压直流输电系统发生后续换相失败的风险,分析了换相失败机理,并结合对称与不对称故障检测器提出了一种可根据故障严重程度调整电流偏差控制(current error control, CEC)的改进方案。分析了电流偏差控制的斜率大小对换相失败的抑制效果,发现电流偏差控制中斜坡函数的斜率越大则对输入电流偏差越敏感且换相裕度增量越大,越有利于抑制后续换相失败。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中基于CIGRE HVDC标准测试系统实现了所提控制方案。仿真结果表明,所提的电流偏差控制方法能有效降低高压直流输电系统发生后续换相失败的风险,提高直流输电系统的运行特性。     

MIDC输电系统后续换相失败的抑制措施研究

随着直流输送容量不断增加,直流落点越来越密集,多馈入直流(MIDC)输电系统的换相失败问题日益凸显。为降低多馈入直流输电系统换相失败的概率,首先分析了多回直流同时或相继换相失败的根本原因,然后结合常规低压限流(VDCOL)控制,提出了电压补偿式变斜率VDCOL协调控制策略。该控制策略充分利用直流故障电流的变化特点,综合考虑了MIDC输电系统中各回直流自身特性影响因素,选取合理的补偿系数K,使各回直流能在故障后有序且稳定地恢复,从而大大减少后续换相失败的发生。同时根据故障的严重程度选择性地切入K值以达到提高直流系统恢复性能的目的。最后在PSCAD/EMTDC中搭建算例系统及实际系统模型进行仿真验证,结果表明该控制策略能有效降低多馈入直流输电系统的后续换相失败的概率,使各回直流在故障后能够有序地恢复,同时在保证良好的恢复性能的基础上大大提高了多馈入直流输电系统的可靠性。