基于直接测量的换相失败检测及预测方法研究

换相失败是高压直流输电系统逆变侧换流阀较易发生的典型故障,连续换相失败会对电网造成严重危害,传统基于交流或直流运行参数的间接判断法存在响应时间慢、误判率高等缺陷。此处首先分析了换相失败机理,换相失败后晶闸管阀将继续导通,不会承受正向电压,而实际关断角小于最小关断角是导致换相失败的根本原因之一。利用换相失败后晶闸管阀电压波形特征,提出了通过设置采样窗口,直接测量晶闸管阀电压来检测换相失败故障的方法,同时测量晶闸管阀的实际关断角,用于评估换相失败风险。搭建了基于RT-LAB的闭环测试平台,验证了此处所提换相失败检测方法和关断角测量功能,为解决高压直流输电换相失败故障奠定了坚实的技术基础。     

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。     

主动抵御换相失败的增强型电网换相换流器控制策略

为了进一步提高增强型电网换相换流器对换相失败的防御能力,结合换相回路的阻抗分流特性和晶闸管的关断特性,提出了一种应用于基于增强型电网换相换流器的高压直流(ELCC-HVDC)系统的新型协调控制策略.该策略分为辅助换相控制和主动可靠关断控制,前者加速了换相过程,提高了系统换相裕度;后者可靠关断退出导通的阀臂,保障了阀内晶闸管恢复阻断能力的物理条件.此外,分析了子模块全控器件在所提策略下的电气应力并为其设计了最佳初始电容电压.PSCAD/EMTDC仿真结果表明,子模块全控器件的电气应力与理论分析相符,新型协调控制策略提高了ELCC-HVDC系统的换相失败防御能力.     

高压直流输电系统抑制换相失败的最小关断面积控制策略

根据逆变器的换相过程,分析了换相失败机理。比较了两种高压直流输电系统换相失败判别方法:最小关断角判别和最小关断面积判别;为了提高逆变站抑制换相失败的能力,提出了最小关断面积控制策略。以林枫直流为研究对象,在PSCAD/EMTDC中建立了相应的控制保护模型,对最小关断角控制策略和最小关断面积控制策略进行对比实验。仿真结果表明最小关断面积控制策略抑制换相失败的效果优于最小关断角控制;交流电压跌落幅度过大,换相失败无法避免。     

UHVDC系统换相失败故障过程分析及运行参数影响研究

受端交流系统故障是诱发特高压直流系统换相失败的主要原因,严重影响电网安全。为充分明晰交流系统故障下特高压直流系统换相失败期间阀组换相过程和控制响应,通过故障过程的电磁暂态仿真,基于换相面积理论对比阀组实际关断面积和最小关断面积,分析换相失败的主要原因。对运行参数与换相失败和故障恢复的灵敏度展开研究,发现低压限流环节参数和逆变侧控制的比例系数、积分系数对换相失败和故障恢复过程有明显影响,可以在控制系统优化时重点考虑。该研究可为特高压直流换流站换相失败故障分析及稳定运行提供参考。     

直流输电系统逆阻型IGCT换流阀研究

换相失败是基于晶闸管换流阀的高压直流（HVDC）输电系统常见故障,严重威胁电网安全运行。为有效解决换相失败难题,此处从电力电子器件的基本特性出发,提出了基于逆阻型集成门极换流晶闸管（IGCT）换流阀的换相失败抑制方法和直流输电系统拓扑方案。搭建了系统仿真模型,对比研究了在直流系统逆变侧出现换相失败故障后,采用晶闸管换流阀和逆阻型IGCT换流阀对直流系统的影响情况。仿真结果表明,逆阻型IGCT换流阀对换相失败故障的抑制效果良好。根据目前IGCT器件的研制水平,设计了逆阻型IGCT换流阀,并提出了控制逻辑。基于研究成果,进行了逆阻型IGCT换流阀样机研制。为验证样机性能,搭建了合成试验回路系统,开展了逆阻型IGCT换流阀的通流试验和电流关断试验,试验结果证明IGCT换流阀的设计和研制满足要求。研究结果可为以后直流输电工程的系统研究和换流站关键设备设计提供参考。     

特高压直流分层接入方式下预防换相失败的优化措施

换相失败是晶闸管换流阀逆变器的常见故障,为提高直流系统抵御换相失败的能力,实际工程中直流控制保护系统基于换流母线电压提出了许多预防换相失败的算法,然而在直流分层接入方式下,常规预防换相失败的控制功能在某些工况下失效。该文建立特高压直流分层接入系统电磁暂态仿真模型,基于分层接入相互作用因子和换流母线谐波特性,研究预防换相失败的优化措施。提出高低端换流器预防换相失败的协调优化措施和基于滑窗离散傅里叶变换(discrete Fourier transformation,DFT)谐波电压检测的预防换相失败控制算法。研究结果表明:该方法能够在交流系统故障和变压器充电过程减小直流系统发生换相失败的几率。     

换流阀最小关断角合成试验方法

根据IEC60700-1中对最小关断角试验的要求,设计了换流阀最小关断角合成试验回路和试验方法,通过改变辅助阀的控制时序来解决因恢复电压过低而导致合成试验回路不能正常工作的问题。以额定电压±800 kV、额定电流6 250 A的换流阀为试品进行最小关断角试验,得出:换流阀电流6 693 A,最小关断时间468μs,换流阀电压和电流波形与实际运行工况的波形接近。试验结果表明所设计的试验回路和试验方法可以满足IEC60700-1的要求和实际工程的需要。     

直流输电系统换相失败统计分析及抵御措施建议

随着特高压直流工程不断投运、换流容量不断增加,换相失败对电网产生的有功、无功冲击更加严峻,严重威胁大电网安全稳定运行。文中对国家电网有限公司21个在运直流输电系统换相失败发生情况进行了统计分析,总结归纳换相失败发生概率的主要影响因素。基于统计分析结论,从降低换相失败概率和减小换相失败后能量冲击两方面,提出晶闸管关断特性优化、换流阀换相失败智能监测控制和换相失败后能量吸收等技术措施,为换相失败抵御措施的进一步研究和工程应用提供参考。     

逆变侧控制策略对换相失败影响的研究

高压直流输电实际工程中稳态运行时逆变侧控制策略主要有2种:定关断角控制策略和定电压控制策略,目前针对2种控制策略对换相失败影响的对比研究较少。基于实际工程参数,分别建立了定关断角和定电压控制策略的高压直流输电PSCAD/EMTDC模型,模型控制系统均按照实际工程控制系统搭建。分析了2种控制策略的控制方式,对比研究了2种控制策略对换相失败的抵御能力以及换相失败后的恢复特性。研究表明,总体来说2种控制策略对换相失败的抵御能力无明显差异,单相故障下定关断角控制策略略优于定电压控制策略;相同故障条件下,定关断角控制策略换相失败持续时间小于定电压控制策略,而定电压控制策略在换相失败恢复时间方面优于定关断角控制策略。研究为以后直流工程控制策略的选择和优化具有一定指导意义。     

特高压主变充电导致直流周期性换相失败的原因（英文）

换相失败是直流输电系统逆变器最常见的故障之一,通常故障清除后直流系统可以恢复换相,周期性换相失败很少发生,过去国内从未出现过换相失败闭锁直流的情况。通过对林枫直流现场数据的深入分析,得出换相失败持续时间达到保护定值,保护正确动作;而励磁涌流引起枫泾站换流母线电压畸变、阀控VBE对已关断阀执行重触发以及换相失败恢复期间直流电流过冲等因素是导致林枫直流发生周期性换相失败的主要原因。在此基础上,基于电磁暂态程序建立了林枫直流输电研究模型,其中控制保护采用了与实际工程一致的详细模型,通过仿真研究提出了极控系统的改进措施:取消瞬时电流控制、优化换相失败预测和低压限流等功能,最后在林枫直流输电工程中进行了现场验证试验,试验结果验证了所提措施的有效性。     

电压跌落影响换流阀晶闸管可靠关断的机理研究

交流系统故障引起的换相电压跌落,是导致基于晶闸管的电网换相换流器发生换相失败的重要原因。为了研究电压跌落对换流阀晶闸管可靠关断的影响,首先分析换相失败的产生机理,然后基于晶闸管器件的电流分段特性和电荷连续性建立晶闸管关断模型,结合电荷连续性方程,推导晶闸管关断过程的载流子复合表达式,通过分析晶闸管电流和载流子复合变化过程,揭示电压跌落影响换流阀晶闸管可靠关断的作用机理。SABER仿真实验结果表明,电压跌落会延长晶闸管的关断过程,不利于换流阀可靠换相。其中,随着电压跌落幅度增大,晶闸管载流子主恢复过程逐渐延长,反向恢复电荷逐渐减少,但正向阻断恢复时间会逐渐缩短,原因是剩余载流子的减少。同时,在系统条件一定的情况下,得到了反压幅值与晶闸管各关断参数的定量关系,为抵御换相失败方案的设计提供了更可靠的理论依据。     

逆变侧控制策略对换相失败的影响及恢复特性优化研究

针对直流系统逆变侧不同控制策略下的换相失败恢复特性开展研究,首先从原理上分析了定关断角控制与定电压控制方式下换相失败控制器的工作原理;然后基于实时数字仿真平台以及实际工程的录波数据,全面研究比较了这2种控制策略对换相失败恢复特性的影响,结果表明换相失败与直流运行功率、稳态运行时的关断角以及故障发生时刻均有关系,而与采用何种控制方式相关性不强;最后提出对低压限流功能模块 (voltage dependent current order limiter, VDCOL)电流指令参数进行优化的措施,以改善换相失败恢复特性并对其效果进行了仿真验证。     

基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统设计

换流阀是柔性高压直流输电工程中完成电能变换的核心模块,其运行可靠性直接关系到整个直流输电系统的稳定性,因此需对换流器阀进行严格的型式试验.运行试验是型式试验的重要一环,主要检测换流阀对电流、电压和温度应力的耐受情况.依据模块化多电平换流器(MMC)型电压源换流阀实际工程运行工况,采用等效试验的方法,设计了一种基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统,可对换流阀的稳态工况和暂态工况进行模拟,进而实现对换流器阀的导通、关断和有关电流特性的检验.详细介绍了基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统的主回路和控制系统设计,并以实际工程换流阀组件为试验对象,验证了所设计的基于MMC柔性直流输电换流阀试验系统的正确性和实用性.     

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...     

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。     

反向恢复电荷分散性对直流换流阀的影响

直流换流阀是直流输电的核心设备,它的设计性能直接影响整个直流系统的优劣。而晶闸管的反向恢复特性是阀设计时考虑的重要因素之一。为满足耐压要求,换流阀需多只晶闸管串联,但每只晶闸管的反向恢复电荷均不同,这种电荷分散性将引起晶闸管级端电压的不同。首先分析直流换流阀关断时刻反向恢复电荷差异对晶闸管级端电压的影响。在此基础上,分别分析反向恢复电荷分散性对阀最小触发电压和最小关断角的影响,推导其理论公式,并通过仿真验证公式的准确性。最后,得出在系统条件一定的情况下,阀设计时对所选用晶闸管的反向恢复电荷分散性的一般要求。     

±800kV特高压直流工程换流阀故障分析与优化设计方法

某国外技术路线换流阀在±800 k V特高压直流输电工程运行中暴露了一些技术缺陷,如逆变侧换流阀会出现换相失败、直流均压电阻运行温度(90~100℃)过高和阀基电子设备(VBE)冗余设计缺陷等。为了消除这些技术缺陷,根据理论分析和工程现场故障录波得到各技术缺陷机理,分别提出了对应的优化设计方案。提出了基于晶闸管电压幅值和电压变化率双重判据的反向恢复期保护电路,避免保护误动引起换相失败;提出了将直流均压电阻通过散热器转接板固定在原晶闸管散热器的设计方法,降低了直流均压电阻运行温度,换流阀运行试验表明各种运行工况下,直流均压电阻温度均63℃;提出了双系统运行进程实时跟随技术的VBE设计方法,有效避免单系统误判换流阀故障导致跳闸,确保VBE在运行中可无缝切换。优化设计后的换流阀在哈密-郑州±800 k V特高压直流输电工程试点应用,通过了现场系统调试和试运行。结果表明原有问题都已经解决,已经正式投入运行超过18个月,运行情况良好,进一步提高了该工程的可靠性。该优化设计方案可以进一步推广应用到其他工程。     

逆变站换相失败故障特征及发生机理

介绍直流输电工程逆变站发生换相失败的外界诱因,通过实例分析换相失败后电力系统参数的变化,最后从晶闸管结构及特性方面阐述换相失败的发生机理,得出晶闸管关断过程就是积累的非平衡载流子消失的过程,如果在晶闸管电流过零到承受正向电压这段时间内,非平衡载流子的浓度没有下降到比临界存储电荷小的程度,那么晶闸管在承受正向电压后将重新导通的结论。     

可控电流源型换流器换流应力分析EI北大核心CSCD

可控关断的电流源型换流器(current source converter,CSC)是解决直流输电换相失败问题的有效方法之一。对其开展电气应力分析是换流器电气、绝缘和试验设计的理论基础,其相关研究仍属空白。该文在分析CSC运行原理和调制方法的基础上,首先研究在主动换相与强迫换相过程中,换流阀及关键部件的应力特性;其次,给出逆阻集成门极换流晶闸管(reverse blocking integrated gate commutated thyristor,RB-IGCT)周期关断的建模方法,提取4500V/3000A器件的建模参数。最后,建立“器件–换流阀–系统”详细仿真模型,对250kV/750MW的直流系统进行仿真分析,提取主动和强迫换流过程中的整机和关键部件的应力特性。结果表明,所提理论分析方法和参数计算能够为CSC的电气设计和等效试验提供技术支撑。