基于直流电流预测控制的换相失败预防方法

换相失败主要发生于直流输电系统逆变器中,仅通过减小触发延迟角来抑制逆变器换相失败有其局限性。通过逆变器正常换相过程及交流系统故障情况下换相失败机理的分析,指出可通过控制流过逆变器的直流电流来抑制其换相失败的发生;在对现有换相失败预测控制模块(commutation failure prevention,CFPREV)及上述机理分析的基础上,提出了一种适用于逆变器换相失败预测控制的直流电流预测整定方法;最后通过CIGRE HVDC标准测试系统中的仿真测试,验证了算法的有效性,为当前换相失败预防控制措施的研究提供了新的研究方向。     

电流偏差控制对换相失败及其恢复过程的影响分析

预测型定关断角控制是高压直流工程逆变器常规的控制方式之一,其中的电流偏差环节中比例系数会对系统换相失败抑制能力及系统恢复产生影响,为明确电流偏差环节产生影响的机理并提出应对措施。文中首先基于高压直流基本控制策略,分析了电流偏差环节的小干扰下功能。基于此,对故障初期、故障恢复阶段,电流偏差控制中比例系数的影响机理展开研究,发现常规电流偏差控制比例系数设置为正会导致换相失败抑制能力下降,但对系统恢复有利。基于此提出了一种自适应的电流偏差控制,通过多种检测模块快速判别系统状态并输出合适的比例系数,以达到兼顾系统换相失败抑制能力及系统恢复的效果。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了高压直流输电系统模型,并通过仿真测试验证了理论分析的正确性及所提出应对措施的有效性。     

基于整流侧触发角紧急控制的换相失败预防策略

分析换相失败的机理,指出现有换相失败预防控制措施的局限性,提出一种基于整流侧触发角紧急控制的换相失败预防策略。该控制策略根据交流系统故障严重程度及系统的恢复情况确定整流侧触发角参考值,采用可变启动阈值调整控制系统检测交流故障的灵敏度;采用可变输出惯性时间常数确定控制器输出量的变化速度,从而达到既预防换相失败又兼顾交直流系统恢复速度的目的。以改进的CIGRE HVDC模型为例进行了仿真研究,仿真结果表明所提方法的优越性,并验证了可变启动阈值及可变输出惯性时间常数设计的合理性。此外,分析并仿真说明了整流侧到逆变侧的站间通信时延对控制系统作用效果的影响。     

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。     

基于电压时间换相面积预测的换相失败抑制方法

提前触发控制是降低高压直流输电系统换相失败发生概率的一种重要方法,精准的提前触发是该方法抑制换相失败的关键.根据换相电压时间面积理论,提出了一种基于换相电压时间面积预测的换相失败抑制方法.该方法不仅计及了故障后直流电流的变化,还通过换相面积的测量间接计及了故障后换相角以及等效换相电抗的变化.同时,该方法具有较清晰的物理...     

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。     

抑制高压直流系统后续换相失败的定关断角控制改进方法

定关断角控制是高压直流输电系统抑制换相失败的主要控制策略之一,但当前针对其实测型和预测型控制的研究仍未能有效解决其响应速度与控制精度不足的问题,因此提出了抑制后续换相失败的关断角控制改进方法。首先,基于对直流系统换相过程及影响因素的分析,提出了考虑电压谐波的关断角预测方法。然后,将后续换相过程的关断角预测值引入直流系统的原有控制逻辑,从而改进定关断角控制策略。最后,基于PSCAD/EMTDC对改进后的控制方法进行了仿真分析和验证。仿真结果验证了该方法能有效地抑制直流系统的后续换相失败,提升了定关断角控制的响应速度和控制精度。     

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。     

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。     

基于波形相似度检测的换相失败预测控制改进方法

换相失败是高压直流输电系统常见故障之一.为抑制直流输电系统逆变器换相失败的发生,目前实际工程普遍采用换相失败预测控制(CFPREV)环节.但该环节易受故障合闸角的影响,在某些故障合闸角下,零序电压指标的变化趋势与故障严重程度变化趋势相悖,这将严重制约其启动速度,不利于换相失败抑制.文中在CFPREV基础上,提出一种基于...     

基于动态电流偏差控制的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,提出一种动态电流偏差控制器设计方法。从换相失败机理出发,利用关断角增量与电流偏差控制斜升函数斜率的关联性,采用二阶广义积分器实时检测逆变端换流母线三相电压及零序电压幅值的动态变化;以此为依据,在不同类型的交流故障发生后,使电流偏差控制斜升函数输出的关断角增量上限值做出相应的动态调整,从而改变控制曲线斜率,实现对关断角整定值的自适应调节。PSCAD/EMTDC仿真表明,所提方法能较好地抑制单相及三相短路故障导致的连续换相失败,改善直流系统的运行特性。     

华东多直流馈入系统换相失败预防和自动恢复能力的优化

根据华东电网2013年夏季大负荷方式BPA动态等值数据,在电磁暂态程序中采用了与直流工程控制保护一致的详细模型建立华东电网多直流馈入输电系统研究模型,实现了南瑞集团公司、许继集团有限公司以及ABB集团多种技术路线直流控制保护详细模型的有效结合。对华东地区六回直流工程中采用的换相失败预测方法和低压限流参数进行对比分析,给出各工程间参数的差异。在此基础上,研究了优化换相失败预测参数、增加定关断面积法、增大额定关断角对抵御换相失败的作用。最后,通过对低压限流环节参数和瞬时电流限制的研究,提出了直流换相失败后的恢复策略,研究结果可为直流系统运行提供技术参考。     

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。     

基于电流预测控制的无刷直流电动机换相转矩脉动抑制

为解决无刷直流电动机(brushless DC motor,BLDCM)换相转矩脉动的问题,提出基于电流预测控制的换相转矩脉动抑制方法。首先分析换相转矩脉动产生的原理;然后采用电流预测控制同PWM_ON导通方式相结合的控制策略,在换相期间对开通相和关断相同时进行PWM调制,控制开通相的电流上升斜率和关断相的电流下降斜率相等,保证非换相的相电流保持恒定,从而减小换相转矩脉动;最后搭建了实验平台。实验表明,所提出的算法可在全速度范围内明显减小换相转矩脉动,验证了所采取策略的有效性。     

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...     

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.