直流线路故障时抑制交流过电压的延时移相策略研究

特高压直流输电系统中,当发生直流线路故障时,根据运行工况的不同,整流侧需要进行移相重启或移相闭锁。巴西美丽山双回直流送端同为欣古换流站,在美丽山二期直流移相重启或移相闭锁时欣古换流站交流电压迅速升高,可能引起美丽山一期直流受端及附近多回直流同时发生换相失败。为解决美丽山二期直流线路故障时整流侧移相重启或移相闭锁导致的交流过电压问题,提出直流线路故障延时移相策略,即在发生直流线路故障时延迟一段时间再进行移相重启或移相闭锁,移相前借助直流电流控制器来抑制直流故障电流。试验结果表明,采用延时移相策略后,欣古换流站过电压问题可以得到抑制,有助于降低美丽山一期直流系统发生换相失败的概率。该策略在巴西美丽山二期直流工程中应用后,现场发生直流线路故障后的动作结果与仿真结果一致,可在其他有类似过电压抑制需求的直流工程中进行推广应用。     

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。     

混联式直流电网的协调控制策略

为解决传统电网换相高压直流输电与电压源换流器高压直流输电在直流电网中的混联问题,针对一种新型的混联直流输电系统进行了研究。该系统是整流侧采用模块化多电平换流器、逆变侧采用晶闸管换流器的四端双极混联直流电网。推导了该系统稳态时的数学模型,针对其逆变侧易发生换相失败的问题,设计了新的抑制换相失败的协调控制策略。在整流侧换流站中通过低压限压和低压限功率控制的配合,抑制逆变侧故障电流的增大,从而减小换相失败发生的概率。在PSCAD/EMTDC中对该混联直流电网的稳态和暂态特性进行了仿真分析,仿真结果证明了所提控制策略的有效性。     

胶东站换相失败引起的银川东换流站扰动分析

针对2012年4月22日胶东站换相失败问题。通过对直流系统建模,并将换相失败过程的系统参数代入模型中进行了分析和计算,提出预防逆变站换相失败的措施。分析结果表明:逆变站发生换相失败故障,将导致银川东换流站直流电流增大,直流输电输送功率减少,并对整流侧交流系统产生干扰。     

特高压直流输电保护性闭锁动作策略研究

以某在建±800 k V特高压直流输电工程为背景,研究了整流站和逆变站极区故障和阀区故障时,不同的闭锁时序策略。对每种故障分别从整流站和逆变站进行分析,考虑setα=90°、移相和投旁通对不同动作策略的优异,同时考虑是否会造成直流电流过冲、是否会造成直流电流过零、是否能快速地转移系统中的能量、是否能快速地隔离故障区域以及当极区发生故障时,选取某种策略另一极是否会换相失败;当阀区发生故障时,选取某种策略另一阀组是否会发生换相失败等因素,从而得到较为合理的极区故障及阀区故障的闭锁策略。为验证策略的合理性及优异性,利用工程调试所搭建的RTDS仿真平台,同时利用该工程控制保护系统进行试验,试验结果表明,所选取策略相对以前的策略具有较为显著的改进,可防止多种工况下的换相失败及电流断续情况,为在建工程及今后新建工程保护性闭锁策略提供了指导性意见。     

基于谐波电压补偿的混合直流连续换相失败抑制策略

针对混合直流发生连续换相失败的现象,首先对直流换相过程和连续换相失败进行了分析,确定了该试验工况下谐波是直流在故障恢复期间发生连续换相失败的原因之一。接着基于含模块化多电平柔性直流输电(MMC-HVDC)的多馈入直流输电系统仿真模型,提出抑制直流连续换相失败的策略,通过对多条常规高压直流输电(LCC-HVDC)恢复期间逆变侧换流母线谐波电压的检测,在MMC-HVDC逆变侧的无功功率控制环节附加上谐波电压补偿分量,可提高恢复期间MMC-HVDC对交流系统的无功功率支撑,减少谐波的影响,从而抑制连续换相失败的发生。最后基于PSCAD/EMTDC平台仿真验证了该换相失败抑制策略的有效性。     

基于最大调制比的LCC-MMC混合直流交流侧故障控制策略

对现有常规直流工程进行逆变站柔性化改造,是解决多馈入直流输电系统潜在级联换相失败问题的一个有效方案,改造后的混合直流系统整流站沿用电网换相换流器,逆变站新建模块化多电平换流器。首先对电网换相换流器和模块化多电平换流器(LCC-MMC)混合直流系统的拓扑结构、基本控制方法以及整流站交流侧故障时功率骤降问题进行了阐述。然后,针对上述问题,提出了基于最大调制比的交流侧故障控制策略,在整流站交流侧故障时,该策略能够通过调节逆变站模块化多电平换流器的调制比,维持直流电流的恒定,降低混合直流系统传输有功功率的跌落幅度,从而减小传输功率骤降对逆变站交流系统的冲击。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了混合直流输电系统的仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。     

采用VSC-HVDC改善LCC-HVDC直流侧暂态特性的无功协调控制

为了抑制常规直流输电换相失败引起的整流侧直流过电流和交流暂态电压,提出了一种适用于柔性直流输电和常规直流输电整流侧并联情况下的混合多馈入直流系统的暂态无功协调控制策略.首先分析了换相失败后混合多馈入直流系统的暂态特性,然后基于常规直流输电的定直流电流控制和柔性直流输电的定交流电压控制的控制特点,设计了混合多馈入直流系统...     

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。     

交流系统故障对特高压直流输电换相失败的影响

研究了多馈入直流系统换相失败的机理,分析了不同类型交流故障下换相失败的特征.针对金沙江±800 kV级特高压直流输电(UHVDC)工程建立仿真模型,研究了金沙江送出工程逆变侧交流系统单相永久故障、三相故障以及三相故障单相拒动对UHVDC换相失败的影响,结果显示:逆变侧交流系统故障越严重、电压波动越大,直流发生换相失败的时间越长;直流发生换相失败期间,最低输送功率越高,对系统保持稳定越有利;故障点距离直流逆变站越近,直流受到的扰动越大,直流换相失败期间输送的功率越低.指出影响直流动态性能的因素应包括直流控制保护系统和直流送、受端接入系统的网络结构.     

基于复合移相控制的直流输电系统换相失败响应优化研究

目前国内直流输电工程采用的控制策略主要有基于ABB技术路线的控制策略和基于SIEMENS技术路线的控制策略。该文对两类控制策略针对换相失败的应对方式进行了分析对比,指出基于SIEMENS路线的策略虽然有利于提高稳态运行时关断角的控制精度,但相对于基于ABB路线的控制策略换相失败持续时间更长,主要原因为逆变侧交流故障下前者仍采用比例积分控制器(proportional and integral,PI)对触发角进行调节,响应速度较慢。基于上述分析,对基于SIEMENS路线的控制策略提出了附加复合移相控制策略,具体包括基于直流电流上升率检测的移相控制策略和基于交流电压不平衡度与幅值检测的移相控制策略,并给出控制器的详细设计参数。仿真结果显示,相对于原始控制策略,投入复合移相控制策略有助于预防换相失败或缩短换相失败时间,加速功率恢复,提升直流系统故障下响应特性。     

宾金特高压直流换相失败保护的研究

随着特高压直流输送容量的增大,换相失败所造成的功率波动越来越严重,可能会引起交流电网失步的严重后果,这已经成为换相失败保护动作的重要外部约束条件。通过对宾金直流换相失败进行分析,得到交流系统对换相失败引起的直流功率跌落次数和故障持续时间的承受能力。之后分析了原有换相失败保护的原理、判据以及动作策略,针对不满足交流系统承受能力的连续换相失败故障提出了增加双极换相失败加速段保护的优化方案,并给出了保护判据、逻辑时序、定值延时及动作策略。最后,对提出的双极换相失败加速段保护设计了相应软件程序,在与实际工程一致的控制保护仿真试验平台上进行了仿真试验,验证了新方案的可行性和可靠性。优化方案已成功应用于宾金特高压直流输电工程。     

永磁直驱式风机采用混合直流并网的控制策略

提出一种永磁直驱式风机经混合直流系统并网的拓扑,直流系统整流侧采用模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC),逆变侧采用电网换相换流器(line commutated converter,LCC)。该系统结合了MMC和LCC各自的优点,既可以为风电场无源系统提供电压支撑,又可以降低投资成本和运行损耗。MMC可以通过子模块投切瞬间改变直流侧级联子模块输出的总电压。基于此项特性,提出整流侧MMC控制直流电流的方法,将MMC的控制维度从交流侧拓展至直流侧。仿真结果表明,在逆变侧主网发生远区故障时,整流侧MMC可以抑制直流电流增长,降低换相失败发生的机会;在逆变侧发生换相失败后,可以帮助系统平稳地恢复直流功率,实现故障穿越功能。     

高压直流输电系统抑制连续换相失败的策略研究

对于直流馈入受端电网,换相失败是一种最常见的故障.为减少输电系统发生连续换相失败的概率,对换相机理和控制环节的运行逻辑进行分析,然后结合低压限流控制器的特点,提出了一种可以抑制连续换相失败的策略.通过预测模块提前减小逆变触发角,增大换相裕度,同时在整流侧补偿触发角,抑制直流电流上升,并且利用交流母线电压波动小的特点,代...     

整流侧交流系统故障引发逆变器换相失败的原因分析及抑制方法研究

在高压直流输电系统中，交直流耦合作用日益紧密。当整流侧交流系统发生故障时，若直流控制系统响应不当则可能引发逆变器换相失败。首先分析了整流侧交流系统故障后，直流控制系统的响应过程以及逆变侧换相电压的变化特点。然后结合关断角的计算表达式，探讨故障恢复过程中关断角下降的原因。分析表明整流侧交流系统故障情况下，逆变侧换相电压在小范围内变化，换相失败发生的主要原因是故障恢复过程中直流电压和直流电流的快速上升。在此基础上，提出通过改进整流侧触发角以减缓直流电压恢复速度的方法，提出通过减小电流裕度以及改进整流侧电流指令值以减缓直流电流恢复速度的方法。最后基于CIGRE直流输电标准模型，在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台上验证了所提换相失败抑制方法的有效性。仿真结果表明，2种方法都能抑制整流侧交流系统故障下的换相失败，且共同作用时效果更佳。     

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.     

抑制HVDC送端交流暂态过电压的控制系统优化

为抑制直流输电(HVDC)换相失败恢复过程中的送端交流暂态过电压,通过电磁暂态仿真分析了换相失败过程中HVDC主要状态量的变化特性,分析了相关控制环节的参数与换相失败发生时整流侧交流母线过电压和低电压的灵敏度关系,发现电流控制环节的比例系数、积分时间常数以及换相失败预测功能环节的最小电流限制量和直流电压下降测量时间常数等变量对整流侧交流电压特性有明显影响。通过以上参数的优化,可以在保证直流系统性能的前提下实现换相失败故障后送端交流过电压的抑制。研究结果表明:整流侧电流控制环节、低压限流环节、换相失败预测功能环节是影响换相失败恢复过程的主要控制环节。低压限流环节中的直流电压下降测量时间常数对过电压幅值限制作用明显,对系统动态性能影响较小,可以在控制系统优化时重点考虑。     

高压直流输电工程换相失败研究

晶闸管换流阀在逆变工作模式时,对连接换流阀的交流系统、直流系统以及换流阀自身的状态要求比较严苛。当逆变侧出现换相失败时,换流阀会承受较大的电流应力,同时也会产生交流系统频率跌宕、直流侧电流陡增等现象。韩国济州高压直流输电工程在调试过程中多次发生的换相失败现象,文中从换相失败发生机理出发,通过现场试验研究和模拟故障现象仿真等方法综合分析,确定出故障发生原因并有效解决了换相失败问题,满足工程运行要求。     

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。     

混合级联型多落点直流输电系统交流系统故障协调控制策略

混合级联型多落点直流输电系统整流侧为换相换流器（LCC）,逆变侧为LCC和模块化多电平换流器（MMC）组串联的拓扑结构,可以有效抑制换相失败,具备大容量功率传输的优势。建立了单极混合级联型多落点直流输电系统,针对系统中LCC送受端交流故障引发的直流功率降低、逆变侧换相失败以及受端低端MMC子系统产生的功率反向问题进行了研究,提出了一种提升系统稳定性的协调控制策略。该策略通过改变逆变侧直流电压来维持交流系统故障后功率传输的稳定性,可防止受端MMC功率反送。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提协调控制策略的有效性。