基于直流电流有限时域预测算法的换相失败预防策略

针对故障暂态期间直流电流精确预测困难的问题,建立了含平波电抗器的直流线路暂态数学模型。计及暂态期间换相角变化的影响,提出一种直流电流变化量的预测方法,可准确预测暂态期间的直流电流变化。构建了基于换相期间直流电流变化量的换相失败预测判据,以实现首次换相失败的预测判别,并提出一种可有效预防首次换相失败的控制策略。基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了CIGRE直流标准测试模型,不同故障情况下的仿真结果验证了所提方法及控制策略的有效性。     

考虑直流电流上升及交流电压下降速度的换相失败分析

针对目前换相失败研究仅考虑电压降低以及考虑直流电流变化理论研究的不足,在经典关断角表达式的基础上,考虑整流侧、逆变侧以及直流线路运行参数,建立了完整的换相失败分析数学模型。该模型计及了交流电压下降对直流电流上升的影响,将交流电压和直流电流解耦,得到关断角与换流母线电压的单一关系表达式,并在此基础上推导了导致换相失败的临界换相电压值和临界电压下降速度。同时,对故障后电压下降速度与故障严重程度和无功补偿容量之间的关系进行了理论推导,电压下降速度随故障严重程度呈非线性加速下降趋势,在前几个换相过程中电压下降幅值越大,换相失败发生的可能性越高。PSCAD/EMTDC算例仿真结果验证了所提方法的准确性。     

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。     

特高压直流分层接入方式下预防换相失败的协调控制策略

分层接入的特高压直流输电系统中,非故障层换相失败预测控制的启动时刻存在延时,无法及时反应故障严重程度以输出合适的触发角提前量,可能导致高低端换流器同时发生换相失败的风险增加。对此,提出一种基于故障层触发角提前量前馈的高低端换流器换相失败预测控制协调策略。利用故障层换流器可更灵敏反应故障严重程度的特点,所提策略将故障层换相失败预测控制触发角提前量引入非故障层换相失败预测控制,实现非故障层换相失败预测控制启动时刻提前。此外,还引入直流电流协调系数以得到更合适的触发角提前量。在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型,对不同工况下所提控制策略进行了验证。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,对预防分层接入系统高低端换流器同时发生换相失败有一定借鉴意义。     

送端交流系统故障引发逆变侧换相失败机理分析及抑制策略

针对送端交流系统故障恢复期间引发逆变侧换相失败的问题,首先,基于交直流系统无功功率交互作用机理及关断角表达式深入剖析了逆变侧的运行特性,阐明了不同故障严重程度下直流电流上升速度与幅值变化规律,得出直流电流在轻微故障下过大的幅值及严重故障下过快的上升速度是导致换相失败的主要原因。其次,定量计算了不同故障严重程度下的整流器无功消耗量指令值,建立了整流器无功消耗量与直流电流、直流电压的数学关系,据此提出一种基于整流器无功功率控制的换相失败抑制策略。最后,基于PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了理论分析的准确性以及所提抑制策略的有效性。     

基于直流电流动态上升的高压直流输电系统换相失败分析

针对现有换相失败分析方法未考虑交流系统故障后直流电流动态上升对关断角影响的问题,在分析直流电流变化对关断角影响的基础上,首先推导了对称故障下未考虑直流电流变化以及考虑直流电流瞬时变化的换相失败分析方法。分析结果表明,当逆变侧换流母线电压跌落在一定区间内,以上2种方法会导致换相失败判别结果不准确。为此考虑交流系统故障后直流线路和直流控制的动态过程,推导了直流电流的时域表达式,通过求解直流电流最大值,提出了一种考虑直流电流动态上升的换相失败分析方法。最后基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提方法的有效性以及对高压直流输电系统换相失败判别结果的正确性。     

考虑直流电流变化的HVDC系统不对称故障换相失败分析

目前高压直流输电系统逆变侧发生不对称故障时,采用最小关断角判别法判别换相失败,其研究仅考虑电压因素,预测效果不理想.针对此问题,通过对换相失败机理和影响因素的分析,认为直流电流上升与交流电压下降均会使关断角减小,将直流电流与交流电压解耦,得到一个仅含电压变化率的逆变侧关断角表达式作为判据.该判据可依据对直流线路和逆变侧...     

直流输电系统换相失败预防控制改进策略

基于电网换相换流器的高压直流（LCC-HVDC）输电系统在交流电网故障下易发生换相失败,对电力系统的安全稳定运行造成极大威胁。考虑到基于交流电压跌落快速检测的换相失败预防控制（CFPREV）是避免首次换相失败的主要手段,深入分析了短路故障发生时刻、直流电流动态变化和关断角控制器响应等因素对换相过程的影响,从引发首次换相失败的临界换相电压值计算和考虑故障严重程度的触发角调节量2个方面出发,提出了直流输电系统CFPREV的改进策略,最大程度上提升直流系统首次换相失败免疫能力,降低直流系统发生换相失败的概率。     

基于关断过程能量的换相失败判别方法

换相失败是高压直流输电系统常见的故障之一.对晶闸管关断过程的数学模型进行了分析,提出一种基于关断过程能量的换相失败判别方法,并给出相应的判据条件.在PSCAD中搭建仿真模型,将所提判据与实际换相结果进行对比验证,仿真结果验证了所提判据的正确性和有效性.     

含有STATCOM的高压直流输电系统控制方法

为了减小含有STATCOM的HVDC输电系统发生换相失败的概率,对STATCOM和HVDC系统原有的控制策略进行了改善。故障时,基于STATCOM的定交流电压控制,投入交流电压参考值调节功能;基于HVDC的定直流电流控制和定关断角控制,投入附加直流电流和附加关断角控制功能。在PSCAD/EMTDC中进行的仿真分析表明:当换流母线处分别发生故障水平为23.08%、84.24%的单相电感接地故障时,交流电压参考值调节功能可以有效抵御换相失败、防止连续换相失败;当故障更严重,故障水平上升为120.34%时,附加直流电流和附加关断角控制功能可以有效防止连续换相失败。所提出的控制方法可以有效提高HVDC对换相失败的抵御能力,改善系统的运行性能。     

对称故障下基于直流电流变化的后续换相失败风险预判及风险等级划分

在换流母线的不稳定电压作用下,高压直流输电系统发生多次换相失败造成的多次功率冲击对电网安全稳定运行影响很大.根据交直流系统实时运行状态对后续换相失败的风险进行预判是工程中迫切需要解决的问题.分析了高压直流输电系统换相失败的基本过程,根据高压直流输电系统准稳态方程推导了逆变侧关断角与直流电流变化的关系,提出一种基于直流电流变化的后续换相失败风险预判方法.选定前次换相失败后关断角重新恢复至参考值的时刻作为预判时刻,通过预估交流电压变化范围评估导致发生后续换相失败对应的直流电流上升区间,划分高压直流输电系统发生后续换相失败的风险等级,再根据预判时刻的直流电流大小确定发生后续换相失败的风险等级.通过PSCAD仿真软件中的Cigre高压直流标准测试模型,验证了所提方法的有效性.     

基于电压波形拟合的换相失败快速预测与抑制措施

为减少高压直流输电系统换相失败的发生概率,从换相失败机理出发,提出了一种基于电压波形拟合的换相失败快速预测与抑制措施。首先,以换相电压-时间面积为理论基础,推导出换相需求面积和可供应最小换相面积的数学解析并以此为换相失败预测判据,通过三点法对故障前后电压波形进行拟合,从而实现所提换相失败预测方法的实时量化分析。然后,提出一种基于临界换相面积的提前触发控制策略,可根据临界换相面积动态变化来调节提前触发的角度。最后,基于CIGRE标准测试模型的仿真结果表明,所提方法不但可以实现换相失败的快速预测,同时还能在一定程度上抑制换相失败的发生,改善系统的故障恢复性能。     

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.     

一种抑制高压直流输电换相失败的优化控制策略

为减小直流输电系统发生换相失败及持续换相失败的概率,分析了换流站逆变侧交流母线电压幅值跌落、过零点偏移和直流电流激增对换相失败的影响,提出了一种逆变侧考虑换相电压过零点偏移的关断角整定值动态调整、并在整流侧配有滞后触发控制的优化控制策略。分析了优化控制策略对直流系统运行参数的影响,基于CIGRE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,所提的优化控制策略可在一定程度上降低不对称故障和对称故障下传统直流输电系统换相失败的概率,改善系统的故障恢复特性。     

考虑直流电流变化及交流故障发生时刻影响的HVDC换相失败分析方法

研究了交流系统三相对称故障造成的直流电流变化及故障时刻对HVDC换相失败的影响,由关断角减小到换相失败临界值,推出换相电压值的计算方法。该方法在经典计算方法的基础上,考虑了故障后直流电流的变化,推导了换相电压值与关断角的关系式;在此基础上进一步研究了故障时刻对临界换相电压值的影响,推导了故障时刻与临界换相电压值的关系式。对双极直流系统算例进行了相应的计算分析,并通过时域仿真验证了该分析结果的正确性。研究得出,计算临界换相电压值在计及故障造成的直流电流的变化和故障时刻的影响是不同的,该方法可有效提高理论分析临界换相电压值的计算精度,进一步说明故障后是否发生换相失败,与是否有足够的关断角或相应的反向换相电压时间面积相关。     

基于多判据预测的特高压直流分层接入系统换相失败抑制策略

特高压直流分层接入系统受端逆变器在交直流侧均存在电气耦合关系。当某一电压等级交流系统发生故障时,交流电压跌落会引发故障层逆变阀组换相失败,而直流电流增大使非故障层逆变阀组也存在换相失败风险。现有的分层接入系统非故障层换相失败预防控制的启动时间滞后于故障层,不能有效防止非故障层逆变阀组换相失败。为解决上述问题,提出了一种基于多判据预测的特高压直流分层接入系统换相失败抑制策略,引入换相电流时间面积指标与原有换相失败预防检测结合,使非故障层换相失败预防控制的启动时间提前、启动精度增加,提升了非故障层逆变阀组对换相失败的抑制效果。在PSCAD/EMTDC中搭建了分层接入系统仿真算例,仿真结果验证了所提抑制策略的有效性。     

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。     

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。     

三广直流鹅城换流站换相失败原因分析

在简要介绍换相失败基本原理的基础上,根据现场的暂态故障录波图,对三广直流鹅城换流站发生换相失败的原因进行了详细分析。比较了在ABB直流控制保护系统中采用预测型关断角的前提下,由于交流系统故障和丢失脉冲所引起换相失败的不同后果。最后提出了一种根据比较故障录波中关断角减小时刻和阀侧三相电流同时过零点时刻先后次序,快速定位换相失败原因的方法,对直流系统的现场运行具有一定的帮助和指导意义。     

基于直流电流瞬时微分的特高压直流分层接入系统非故障层换相失败预防控制策略

在特高压直流分层接入系统中,由于层间耦合作用,某一层交流系统发生故障可能导致非故障层换流器发生换相失败。为此,考虑到故障过程直流电流的变化,提出一种基于直流电流瞬时微分的换相失败预防控制策略。该策略基于故障后直流电流的变化特性,得到换相电流时间面积控制中触发角修正量,代替原有换相失败预防控制,提高非故障层换相失败预防控制的启动精度;同时基于电流预测量和等效直流输入电阻动态调整低压限流控制器的指令值,提高其响应速度。在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型对不同工况下所提控制策略进行验证。结果表明,该策略可降低高低端换流器同时发生换相失败的风险,改善故障后系统的运行性能。