多馈入直流输电系统换相失败风险区域识别(二)：换相失败风险量化评估及风险区域快速识别

针对多馈入直流输电系统换相失败风险程度量化评估及风险区域快速识别的难题，该文研究多馈入直流输电系统换相失败的关键影响因素；然后，基于系列文章(1)的改进换相失败临界电压计算方法，并通过归一化思想，提出一种换相失败风险程度量化评估指标，其正负可用于判断不同直流子系统是否发生换相失败，其幅值大小可以反映当前状态至发生换相失败所需要的电压跌落幅度(幅值为负)或当前状态至不发生换相失败所需要的电压提升幅度(幅值为正)；最后基于上述量化评估指标，提出不同故障严重程度下的换相失败风险区域快速识别方法。基于PSCAD/EMTDC搭建双馈入和三馈入直流输电系统模型，对换相失败风险程度评估结果和换相失败风险区域快速识别结果进行有效性验证。结果表明，提出的指标可用于量化评估多馈入直流输电系统换相失败的风险程度，且能够在不同故障严重程度下准确识别多馈入直流输电系统的换相失败风险区域。     

适应多直流馈入受端电网的柔性直流配置方法

远方清洁能源经直流大容量远距离送入负荷中心是电网的发展趋势。加强交流网架等传统措施已不能满足多直流馈入受端电网安全稳定运行需求,迫切需要研究柔性输电新技术的应用可行性。首先分析了多直流馈入受端电网安全稳定运行面临的风险与挑战。结合柔性直流输电技术优势,针对潮流分布不均导致的交流断面输电能力受限问题,提出了支撑断面输电能力最大化的柔性直流布局方法,并量化了柔性直流并网后断面输电能力提升效果。针对交流故障诱发多回直流同时换相失败问题,提出了降低两回直流同时换相失败风险的柔性直流配置方法,并量化了诱发两回直流同时换相失败的交流系统故障区域降低效果。以河南电网实际数据为例验证了所提方法的有效性。在关键输电断面配置柔性直流可充分挖掘现有输电设备潜力、提升断面输电能力,显著缩小引起两回直流同时换相失败的交流故障区域范围,提升电网安全稳定运行水平。     

基于联络通道电流检测的多馈入直流系统同时换相失败预防控制

受多馈入直流系统中各直流输电线路之间耦合特性影响,单一交流故障产生的谐波分量通过交流系统对多回直流线路进行干扰,易引发同时换相失败。基于换流器开关调制理论建立交流故障暂态过程中多馈入直流系统内谐波传变回路模型,分析谐波分量的产生机制和传变路径,分析交流故障导致多馈入直流系统发生同时换相失败的机理。将故障后多馈入直流系统内换相的动态演变过程划分为不同阶段,总结各阶段的换相特征发现,近端换流站发生换相失败后,通过交流侧联络通道扩散的故障电流分量引发同时换相失败的关键因素。提出基于联络通道电流检测的同时换相失败预防控制策略,通过检测联络通道异常电流使远端换流站对近端换流站发生的换相失败快速反应以减小发生同时换相失败的风险。以河南特高压多馈入直流系统为例进行仿真验证,仿真结果证明了所提控制策略的有效性。     

降低多回HVDC同时换相失败风险的交直流混联受端系统STATCOM配置方案EI北大核心CSCD

在有多回直流馈入的交直流混联受端系统中,若交流系统短路故障引起多回直流同时换相失败,甚至闭锁,将对电网的安全运行造成严重影响。将风险的概念引入交直流系统同时换相失败问题,以三相短路故障为研究对象,提出一种以降低多回直流同时换相失败风险为目标的静止无功补偿器（static synchronous compensator,STATCOM）配置方法。首先提出一种考虑故障发生位置随机性的多回直流同时换相失败风险评价指标;根据换相电压幅值在故障暂态过程中跌落的规律以及STATCOM对暂态电压的调节特点,给出了预选故障的筛选和分类方法;建立了考虑同时换相失败风险的STATCOM优化配置模型,利用遗传算法求解该模型,得到不同风险下STATCOM的最优补偿方案;最后,通过仿真验证了配置方案的有效性。     

降低多回HVDC同时换相失败风险的交直流混联受端系统STATCOM配置方案

在有多回直流馈入的交直流混联受端系统中,若交流系统短路故障引起多回直流同时换相失败,甚至闭锁,将对电网的安全运行造成严重影响。将风险的概念引入交直流系统同时换相失败问题,以三相短路故障为研究对象,提出一种以降低多回直流同时换相失败风险为目标的静止无功补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)配置方法。首先提出一种考虑故障发生位置随机性的多回直流同时换相失败风险评价指标;根据换相电压幅值在故障暂态过程中跌落的规律以及STATCOM对暂态电压的调节特点,给出了预选故障的筛选和分类方法;建立了考虑同时换相失败风险的STATCOM优化配置模型,利用遗传算法求解该模型,得到不同风险下STATCOM的最优补偿方案;最后,通过仿真验证了配置方案的有效性。     

换相失败下弱送端系统安全稳定风险评估

随着高压直流输电系统不断发展,直流系统故障对交流系统的影响变得更加复杂和严重。换相失败作为交直流混联系统中最常见的故障之一,为定量分析其对超长距离、弱联系电网稳定性的影响,提出了高压直流系统换相失败下的送端系统安全稳定运行风险评估方法。通过分析换相失败产生机理,及其对送端系统造成的功率冲击,考虑送端系统对冲击能量的吸收能力和多直流间交互作用,结合弱送端系统稳定性的关键要素—联络线平均负荷/容量比和潮流熵,建立弱送端系统安全稳定运行风险评估模型。算例分析结果表明,该模型适用于多直流系统换相失败下送端系统安稳风险评估,其评估结果能准确反映不同换相失败场景对送端系统的影响程度。     

多馈入直流输电系统换相失败风险评估简化指标

换相失败是直流输电系统最常见的故障,受端系统交流故障是其最主要的诱因之一。对于大规模多馈入交直流系统,如何准确并快速地评估受端系统交流故障导致多回直流系统同时换相失败的风险,对于保障我国电网安全稳定运行、防止大停电事故发生具有重要意义。考虑电力系统实际运行情况,基于临界交直流系统电压耦合作用因子(critical AC-DC voltage coupling factor,CADVCF),推导出简化临界交直流系统电压耦合作用因子(simplified critical AC-DC voltage coupling factor,SCADVCF)的3种计算公式,解决了受端交流系统规模过大导致的计算繁杂的问题。针对直流系统额定功率运行和非额定功率运行的场景,分别给出了不同的换相失败风险评估方法。仿真结果证明了所提简化指标和评估方法的准确性和有效性。     

多馈入直流输电系统换相失败风险区域识别(一):计及故障期间直流电流动态特性的换相失败判别方法

为快速准确地识别多馈入直流输电系统的换相失败风险区域,该文首先基于稳态潮流方程给出适用于交流母线及线路不同位置故障下的多馈入直流输电系统电压交互影响因子(voltage interaction factor,VIF)计算方法;通过对故障期间暂态直流电流组成分量进行分解,得到直流电流动态特性的近似解析方法,基于此,改进已有的换相失败临界电压计算方法,并确定多馈入直流输电换相失败的边界条件,最终提出计及直流电流动态特性的换相失败判别方法。为验证所提换相失败判别方法的准确性,在PSCAD/EMTDC中搭建双馈入和三馈入直流输电系统的详细电磁暂态模型,对比理论计算结果和仿真结果之间的误差,结果表明,提出的换相失败判别方法与传统方法相比,在计及直流电流动态特性后提高了换相失败判别的准确性,该方法可为后续开展换相失败风险区域量化评估提供基础。     

广东多直流输电换相失败对电网稳定运行的影响

本文研究了直流输电换相失败期间直流有功和无功的动态特性,介绍了评估交流系统对直流系统电压支撑能力的3个方面量化指标,从引发多直流换相失败的交流故障区域范围、多直流短路比指标、严重交流故障条件下电网失稳数量分析了广东多直流同时换相失败对电网安全运行的影响。针对广东电网未来日益严重的电压失稳风险,提出了优化直流控制策略、配置动态无功补偿、受端电网结构优化、应用柔性直流输电4个方面的技术措施。     

深圳电网线路故障对多馈入直流换相失败影响研究

交流输电线路接地或相间短路故障容易引起直流受端换流站交流母线电压跌落或畸变,进而导致直流换相失败。为此梳理了影响直流换相失败的因素,说明了直流持续换相失败到直流闭锁所需的时间。针对深圳电网多直流馈入的结构,分析不同片网的交流线路故障对直流换相失败的影响,根据直流换相失败期间的功率变化情况评估现有模型的准确度,并基于影响结果区分了不同片区的交流故障对直流换相失败的严重程度,结果表明深圳电压多馈入直流换相失败的概率,与交流线路故障类型以及故障线路电气距离密切相关。     

2018年多直流馈入江苏规划电网连锁换相失败分析

针对2018年多直流馈入江苏规划电网,基于电力系统仿真程序PSD-BPA,研究了受端交流系统故障导致直流连锁换相失败及闭锁的问题,总结了多馈入交互作用因子以及节点电压交互作用因子在实际电网中的应用规律。由于江苏电网多回直流之间存在一定的相互耦合作用,当交流系统中主要线路发生故障后,会引起多条直流的连锁换相失败。此外,由于耦合程度的大小,相比于直流换流母线处发生故障,直流逆变站邻近交流母线故障后会造成更多直流的连锁换相失败。由于减轻多直流间交互作用的措施多数投资较大,江苏电网应在实际运行时给予这些交流母线故障更多的关注。     

基于PSCAD的特高压直流输电系统建模与仿真分析

为了对特高压直流输电系统中的故障变化特性进行准确的仿真与分析,在PSCAD/EMTDC仿真平台上,以宾金直流为例,搭建±800 k V,8 000 MW的特高压双极直流输电系统模型,主要对直流输电系统中的无功补偿设备、滤波装置、直流线路、直流控制系统进行详细建模。对于送、受端交流系统,在换流母线处对两侧实际交流系统进行戴维南等值,搭建了以直流系统为主、交流系统简化的实际系统输电模型。并对直流系统的典型故障换相失败进行仿真分析,分析了换相失败故障发生前后,特高压直流系统中主要电气量的变化。通过与实际故障录波的波形进行对比,验证了模型的可行性。着重分析了逆变侧换流母线上流入受端交流系统有功功率、无功功率的变化。研究结论为分析特高压直流换相失败故障对于实际交流系统的影响提供了技术支持。     

交流系统故障对滤波换相换流器的影响分析

交流系统故障引发换流器换相失败是直流系统中常见的故障。滤波换相换流器(FCC)作为一种新型的换流器电路拓扑结构,研究其在交流系统故障条件下的换相特性是十分必要的。本文分析计算了在三相对称和不对称故障条件下实际熄弧角,研究了换相电压变化ΔU与熄弧角、直流电流及换相电压过零点相位移之间的关系。基于FCC数学模型,详细分析了阀侧无功补偿度对直流系统的熄弧角、换相角、换流母线电压以及换相电抗等运行参数的影响。最后参考实验室背靠背直流输电系统参数,对FCC逆变器和电网换相换流器(LCC)逆变器在交流系统故障下的动态特性进行了仿真对比。结果表明:逆变器在交流系统单相故障条件下要比三相对称故障条件下更容易发生换相失败;FCC的换相电压中谐波含量更少,在相同熄弧角下,其能承受更大的电压暂降而不发生换相失败;FCC阀侧无功补偿度的大小直接影响到换相电压和换相电抗,选择时必须防止换相失败和换相电抗过大。     

直流馈入后交流线路故障对换相失败瞬态特征的影响

高压直流(HVDC)输电系统故障会使交流系统电气故障特性复杂化.在PSCAD/EMTDC环境下,基于含宁东--山东直流输电系统的山东电网的电磁暂态模型,研究当青岛换流站附近交流线路不同位置发生不同故障时,直流系统换相失败对交流系统电气瞬态特征的影响.直流系统换相失败对故障线路的平行线路影响最为严重,重点研究交流线路不同...     

基于高压直流换流站站域信息的交流线路距离保护方法

为了解决发生换相失败时基于工频相量的交流线路距离保护将会受到影响而无法可靠判别故障的难题,提出了一种基于高压直流换流站站域信息的交流线路距离保护方法。因为未发生换相失败期间,距离保护可以准确地识别故障位置,所以可以考虑在换相失败期间闭锁距离保护,以避免其受到换相失败的影响。逆变器正常换相时,直流侧电流与交流侧电流基本相等,而换相失败时直流侧电流将远大于交流侧电流,利用此故障特征可对换相失败进行检测。基于换流站站内换相失败信息的检测与共享,可对传统距离保护的性能进行改善。在PSCAD/EMTDC仿真环境下建立高压直流输电系统模型,对所提出保护方法的性能进行验证。仿真结果表明,新提出的距离保护可以避免换相失败对其的影响,在交流线路区内、外发生不同类型的故障时均能准确、可靠地判别故障位置。     

一种基于级联延迟信号消去锁相环的高压直流输电同步触发控制

现有同步触发控制在交流故障下无法精确产生触发脉冲,这将增大逆变器发生后续换相失败的风险。为此,该文通过建立小信号模型对同步触发控制系统进行详细分析,提出一种改进同步触发控制方法。该方法采用级联延迟信号消去锁相环快速跟踪换相电压相位,并根据交流故障快速检测改进触发方式,使得实际触发角快速准确地跟随触发角指令,有利于高压直流控制系统的精准调节。最后,利用CIGREHVDC标准测试模型对改进同步触发控制进行测试。仿真测试结果表明,该改进同步触发控制能够有效降低逆变器发生后续换相失败的概率,显著提升高压直流输电系统在故障后的恢复性能。     

直流输电系统换相失败和功率恢复特性的工程实例仿真分析

为了更准确地评估交直流电力系统安全稳定性,有必要对换相失败和功率恢复过程中交直流系统相互作用和影响的规律进行探索。利用精确模拟直流输电系统主回路及其控制保护的仿真工具,针对南方电网中一个实际直流输电系统,对交流系统故障是否会引发逆变器换相失败的影响因素进行了分析评估。结果表明,交流系统中发生的三相短路或单相接地故障是否导致直流输电逆变器发生换相失败,主要取决于换流母线三相或单相电压跌落的幅度。     

上海电网中多个换流站之间相互作用的仿真研究

对于多馈入直流输电系统,交流系统的某一故障引起多个逆变站交流母线电压同时下降,可能会导致多个逆变站同时发生换相失败。以葛洲坝—南桥、三峡—华新直流输电系统与上海2010年规划电网为研究对象,通过暂态仿真,研究了两条直流输电系统的相互作用所引起的换相失败以及故障条件下直流输电系统的暂态特性。结果表明两个换流站之间有较强的耦合作用,当一个站由于交流系统短路故障发生换相失败时往往导致另一个换流站也出现换相失败。500 kV系统故障对两个换流站的影响更大。     

考虑多直流协调恢复的换相失败预测控制启动值优化方法

换相失败预测控制环节在降低换相失败概率和连续换相失败风险的同时,往往需要交流系统提供更强的无功支撑,进而对直流自身及其他直流的换相失败特性和恢复特性产生影响。首先分析了直流恢复能力及其恢复过程中多馈入直流的无功支撑耦合影响,综合考虑直流近区动态无功补偿设备的支撑能力,提出一种考虑多馈入直流交互作用的直流换相失败预测环节启动门槛值优化方法,以实现多回直流的协调恢复,降低直流发生连续换相失败风险和直流换相失败对电网的功率冲击。基于实际多馈入直流电网的仿真算例验证了所提方法的有效性。     

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。