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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

谐波电压引起HVDC系统换相失败的风险评估

换相失败是高压直流输电系统(highvoltagedirect current transmission,HVDC)中研究的热点问题之一。目前,国内外研究主要基于基波电压跌落引起的换相失败,对谐波电压引起的换相失败还有待深入。从换相过程的机理出发,基于换相电压—时间面积法,提出谐波影响系数Fn,然后将Fn与换相裕度结合,提出了一种快速评估低次谐波电压引起换相失败风险的计算方法。最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台对文中提出的理论进行了仿真验证。     

基于阀电压或阀电流的HVDC换相失败故障诊断

为实现换相失败的快速准确诊断,以便及时采取有效的控制措施,减小换相失败对高压直流输电(HVDC)系统的影响,通过对换相失败机制和过程的分析,认为阀电压持续为零、阀电流持续非零并保持较高幅值可作为换相失败的本质特征,并据此提出基于阀电压或阀电流的换相失败故障诊断方法.若阀电压持续为零或阀电流持续非零的时间超过1个工频周期,可判定为HVDC发生换相失败.理论分析和仿真结果证明,该方法既可以准确有效地诊断换相失败,还可直观地显示发生换相失败的换流阀,而且原理简单,不存在诊断盲区.     

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.     

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。     

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。     

励磁涌流对高压直流输电系统换相失败的影响机理及评估方法

交流系统中合空载变压器会产生严重的励磁涌流。该励磁涌流的注入,在导致逆变器交流母线电压发生畸变的同时,也会引起基波电压的变化,这必然会对逆变器的换相过程产生影响。目前的研究主要集中在基波电压下降造成的换相失败,对于电压畸变引起的换相失败的研究较少。从换相电压对时间的面积角度阐述了电压畸变导致换相失败的机理,在此基础上提出快速评估励磁涌流是否会造成换相失败的方法,从而为采取及时有效的措施提供指导,这对电网的安全稳定运行具有重要的意义。最后,在PSCAD/EMTDC中进行了仿真分析,验证了所提的评估方法的有效性。     

天广直流输电系统换相失败的研究

换相失败是逆变器最常见的故障之一,分析了天广直流输电系统中直流电流、越前触发角、直流系统降压运行、直流系统满载率、换流变压器短路阻抗以及换流变压器变比等因素对广州换流站换相失败的影响,所得的结果跟仿真研究中的结果相近。得到的天广直流输电系统换相失败一般规律对其运行有一定的借鉴意义。     

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。     

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。     

直流输电系统换相失败的研究(一) --换相失败的影响因素分析

作为直流输电系统最常见的故障之一，换相失败与很多因素有关，主要有换流母线电压、换流变压器变比、直流电流、换相电抗、越前触发角、不对称故障时换相线电压的过零点相位移、换流阀的触发脉冲控制方式和交流系统的频谱特性等，以CIGRE HVDC标准模型为研究对象比较详细地分析了以上因素对逆变器换相失败的影响，得出了逆变器发生换相失败的一般规律。     

预防多馈入直流输电系统换相失败的直流功率控制方法

为了预防多馈入直流输电系统换相失败及同时换相失败的问题,提出了一种直流功率控制方法。在定量分析直流功率对逆变侧换流母线电压影响的基础上,利用回降故障直流功率、增大系统电压稳定裕度的方法防止换相失败。该方法根据逆变器之间的相互作用关系,将多馈入直流输电系统换相失败分为2种不同场景,针对不同场景设计了相应的直流功率控制策略,并给出了对应的直流功率控制启动判据,计算了直流功率调节量及其调节速率。在PSCAD仿真平台搭建多馈入直流输电系统模型,所提出的直流功率控制方法能够有效避免多馈入直流输电系统换相失败及同时换相失败。     

一种抑制HVDC换相失败的STATCOM补偿方案

针对高压直流输电(High Voltage Direct Current, HVDC)系统中的换相失败问题,提出一种STATCOM补偿方案。该方案将星型级联H桥STATCOM中性点直接接地,并入HVDC系统逆变端,从而具备三点优势:保留星型级联H桥STATCOM经济性高的优点;三相独立,可视为三个单相STATCOM,各相换流链独立控制,克服了传统星型级联H桥STATCOM在电网电压不平衡情况下的控制问题;利用HVDC所接入的交流电网的中性点接地的特点构成零序电流通道,不仅可以补偿谐波、正序、负序无功电流,也可以补偿零序无功电流,补偿性能较传统拓扑更为优良。详细分析了该补偿方案在HVDC中的可行性,并推导了电网电压不平衡情况下,换流链电流指令中的零序电流分量。给出了控制策略并通过PSCAD/EMTDC对所提补偿方案用于抑制HVDC换相失败的性能进行验证。     

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。