HVDC送端系统故障引发受端换相失败分析

高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)系统送受端存在电气耦合及控制配合关系,送端故障可通过系统控制逻辑、参数传递等影响受端系统运行,进而引发受端换相失败,但该过程送受端交互影响情况、作用机理尚不明晰。因此,该文首先从送端交流系统出发,探讨受端对送端交流故障响应的全过程,发现在故障恢复期间,受端换流器无功消耗过多导致其换流母线电压跌落是造成换相失败的主要原因。其次,在送端交流系统无功不平衡状态下,详细剖析了送端交流系统故障对换相失败风险大小的影响,分析指出,送端交流系统无功补偿不足会减小换相失败几率,而无功补偿过剩将增加换相失败几率。最后,基于CIGRE直流输电标准测试系统验证了文中结论在不同故障工况下的正确性。     

多馈入直流同时换相失败案例分析及仿真计算

随着特高压直流工程的大规模建设,交直流系统之间与直流系统之间的关联越来越紧密。受端电网单一交流故障可能引发多直流同时换相失败,对送受端电网造成冲击。对一起因受端电网交流故障引发的多馈入直流同时换相失败故障案例,采用机电暂态仿真分析换相失败对送受端电网的影响,采用机电—电磁混合仿真方法分析多馈入直流系统间的相互影响,并确定故障可引起直流换相失败的交流线路范围,最后给出了相关建议。     

抑制换相失败期间送端电网过电压的控制策略研究

在受端交流系统发生故障时,基于电网换相换流器的直流输电系统存在换相失败的问题,这会导致直流输送功率中断,送端无功功率过剩将造成送端交流电网过电压,可能会造成风机等新能源设备脱网。因此,提出了一种抑制换相失败期间送端过电压的控制策略,在发生换相失败时快速投入逆变侧旁通对,并根据交流滤波器总输出无功功率计算出故障期间低压限流控制特性(VDCOL)的直流电流指令值。该策略可使直流系统在有功功率中断的运行模式下,保证送端换流阀能够正常换相并维持一定的直流电流,从而避免发生送端交流电网过电压的问题。仿真结果验证了该控制策略的有效性,在不同短路比的强、弱交流系统中均可适用。     

特高压直流输电系统换相失败预测环节对送端电网影响分析

分析了计及换相失败预测环节对特高压直流工程在逆变侧交流故障情况下的响应行为,探讨了特高压直流换相失败预测环节对送端电网直流送端电气量的影响以及换相失败预测控制环节参数的灵敏度。结果表明,换相失败预测环节的投入可以起到减少换相失败持续时间的作用。最后,在逆变侧电压跌落出现换相失败后,分析了其对传输有功功率恢复速度及送端交直流系统的稳定性能的影响。     

一种抑制多馈入特高压直流换相失败的投旁通控制策略

换相失败是特高压直流输电系统的常见故障之一,常在送、受端交流电网引起剧烈的无功波动。投入旁通对是对直流系统进行保护的重要控制措施之一。当直流输电系统发生故障时,逆变侧保护装置动作后投入旁通对有助于达到快速停运直流输电系统,隔离故障的目的。而现在有关旁通对的研究多集中于其在直流故障中的应用,关于其在换相失败问题中的应用研究较少。通过分析旁通对控制对特高压直流输电系统送、受端电压特性的影响,论证了旁通对控制策略对换相失败后整流侧过电压、逆变侧低电压的改善作用。进而提出了一种换相失败后投旁通对的控制方法,以逆变阀组换相失败及交流电压跌落程度为旁通对控制的启动判据,根据直流运行状态对直流电流进行动态调节,然后根据受端交流系统恢复程度退出旁通对。PSCAD/EMTDC仿真表明,所提旁通对控制器在交流故障导致特高压直流换相失败后,能够起到快速隔离交直流系统、减轻无功电压波动的控制效果。     

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.     

应对多直流同时换相失败的直流功率能量补偿调制方法

多条直流同时发生换相失败,短时大额功率冲击将造成送端交流系统区域断面出现大幅功率振荡,甚至解列运行。分析了多直流同时换相失败对送端交流系统稳定性的影响;以功率冲击能量作为衡量换相失败严重程度的依据,基于联络线稳定性指标对多直流同时换相失败引起的送端系统稳定性问题进行了量化分析;研究了直流送端区域差异造成送端系统稳定程度不同的原因;基于换相失败功率冲击能量提出了应对多直流换相失败的直流功率补偿调制方法,"三华"电网算例仿真结果验证了所提方法的有效性。该方法能够增强系统应对换相失败功率冲击的能力,减少直流送端切机容量,有助于提高交直流混联电网的运行稳定性和经济性。     

云广直流孤岛系统逆变侧交流故障仿真研究

云广特高压直流孤岛运行时,送端电网短路比和有效惯性常数显著低于联网方式,承受扰动能力较弱。如果逆变侧交流系统发生接地故障导致逆变站换相失败,直流电压和直流功率将大幅降低,引起送端孤岛系统过电压和频率升高。利用PSCAD/EMTDC电磁仿真软件,针对云广直流孤岛系统两种典型运行方式,研究了逆变侧交流系统故障对送端孤岛系统的影响。仿真结果表明:逆变侧交流系统故障引起的直流换相失败持续时间越长,整流侧交流系统短路比和有效惯性常数越小,送端孤岛系统受故障影响越严重;云广直流在两种典型孤岛运行方式下,逆变侧交流系统发生故障时,送端孤岛系统都能保持暂态稳定。     

多回直流换相失败后送端三机群系统稳定机理及影响因素研究

在电网"强直弱交"新形势下,直流送受端交流系统之间的相互影响逐渐突显,需要开展多回直流换相失败后送端三机群交流系统的稳定机理和影响因素研究。文章推导了三机系统的转子运动方程,根据2个稳定模式固有的周期比例关系实现了解耦,采用等面积法则分析了多回直流换相失败后的送端三机群系统稳定机理,并分析了机组转动惯量、换相失败形式、换相失败范围等关键因素对送端三机群系统稳定性的影响,最后采用三机等值系统算例和"三华"实际系统算例进行了验证。研究表明,送端三机群系统2个稳定模式之间的耦合作用将使得系统的稳定性变差。文中研究将直流功率扰动后送端两机系统的稳定机理扩展到三机系统,可以为电网实际运行提供依据和参考。     

换相失败对含风电场的交直流混联系统送端过电压的影响

针对直流系统换相失败后引起的送端交流母线会出现暂态过电压的问题,详细分析了直流换相失败后送端交流母线出现暂态过电压的机理,提出一种根据暂态过电压的大小来确定调相机容量进而抑制暂态过电压的策略,并在此基础上对定电流控制环节参数进行优化,达到进一步抑制暂态过电压的目的。仿真结果表明:所提策略对于受端单相接地故障引起的换相失败所产生的送端母线暂态过电压具有有效的抑制能力;再结合直流控制系统参数优化,对于受端三相接地故障引起的换相失败所产生的送端母线暂态过电压可起到进一步抑制的效果。该策略对于含风电场的交直流混联系统故障后送端暂态过电压的抑制具有一定的指导意义。     

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.     

华北电网直流多馈入系统动态特性实时仿真

根据特高压电网规划,2015年将有4回直流落点华北地区,届时交直流相互作用更为复杂。换相失败为直流系统最常见故障。在综述了直流多馈入系统换相失败问题的基础上,提出利用逆变站换流变压器阀侧电流作为判别换相失败的方法,并在实际工程中验证了其有效性。使用Hypersim实时仿真程序建立了2015年三华电网等值网络的仿真模型。...     

适应大容量直流接入弱受端的直流极控系统优化控制方法

大容量直流接入较弱受端系统,换流母线电压相对敏感,故障扰动易引起直流换相失败甚至发生连续换相失败。针对弱受端交流故障恢复过程中可能出现的连续换相失败问题,提出了根据交流系统和直流系统关键变量,在线计算调整低压限流功能直流电压上限值的方法,使直流的恢复速度能适应交流系统的恢复状态,避免连续换相失败的发生;提出了逆变站调节器配合和分接头控制的优化方法,使逆变站进入定直流电压控制模式,能在一定程度上减小远端故障引发换相失败的概率。利用与实际直流工程极控系统完全一致的仿真模型进行仿真验证,仿真结果表明:所提出的优化方法可行、有效,能适应弱受端系统对于抵御换相失败的需求,有利于改善交直流系统运行稳定性。     

多馈入直流系统换流母线动态电压稳定性分析

直流输电系统中换流器运行时消耗大量的无功功率,致使逆变侧的电压稳定问题最为突出,若所联交流系统强度较弱,则电压稳定问题更为严重。近年来,国内直流输电系统陆续投产,直流系统间的相互作用使得多馈入直流系统的电压稳定性更为复杂,仅研究单条直流系统的电压稳定性已无法满足工程实际需求。以两馈入直流系统模型为例,研究换流母线补偿的无功大小、直流间耦合程度、以及多馈入短路比大小对多馈入直流系统换流母线电压稳定性的影响。NETOMAC仿真结果表明,在多馈入直流系统中,在一定范围内增大换流母线无功功率补偿、减小直流系统间电气距离、增大所联系统多馈入短路比均对动态电压稳定有利。     

基于换流站换相失败预防控制的分析与处理

随着高压直流输电系统在输电工程中的迅速发展,我国已成为世界上直流输电线路最多、输送容量最大的国家。由于直流输电系统中换流站受交流电压幅值降低、直流电流突增、交流换相电压过零点相角偏移等因素的影响,与弱交流系统相连的逆变器容易发生换相失败。特别是在多馈入直流系统中,因换流站之间的相互作用,换相失败更为敏感。将会导致传输功率中断和增加换流站设备的应力,严重时会导致直流系统闭锁。因而必须采取有效措施,保证直流输电系统的正常运行。     

多馈入直流输电系统中换相失败问题研究综述

换相失败是直流输电系统最常见的故障之一。对于多馈入直流输电系统而言,交直流系统之间的相互作用更为复杂,单个逆变站的换相失败可能引发几个逆变站相继发生换相失败,甚至导致直流功率传输的中断,影响整个交直流系统的稳定运行。文章详细分析了目前国内外多馈入直流输电系统换相失败问题的研究现状,从换相失败的机理、影响因素和判断依据出发,对近年来针对换相失败提出的预防措施和控制策略及其应用情况进行探讨,并指出准确反映换相过程的交直流系统模型的建立、多馈入直流输电系统换相失败的机理分析及其有效的控制措施和恢复策略的制定、以及换相失败的谐波影响等是今后研究的主要问题。     

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。     

多馈入直流输电系统换相失败机制及特性

随着多直流接入受端交流系统的规模不断增大,运行人员对多回直流换相失败以及闭锁的关注度日益提升。文中建立了多馈入直流输电系统模型,从换相失败发生的本质出发,分析多种因素对换相失败发生概率的影响。从机制上研究换相失败对交流系统和直流系统的影响,并与直流闭锁对系统的影响进行对比分析。通过对多馈入直流输电系统的机电暂态仿真,验证由交流系统引起的多回直流换相失败与直流闭锁的差异。综合理论和仿真研究可知,在交流系统故障及时清除的情况下,多回直流换相失败并不会导致多回直流同时闭锁,不会对系统造成大的影响。而直流闭锁故障,在不采取控制措施的情况下,会造成系统功率不平衡,严重时导致系统失步,影响系统安全稳定运行。     

溪洛渡直流工程换相失败特性及相关因素分析

精确模拟直流逆变器换相失败及功率恢复对电力系统安全稳定分析是十分重要的。将电力系统实时仿真器RTDS连接到溪洛渡直流工程实际的直流控制保护系统装置,分析与评估逆变站换流母线电压跌落、故障类型以及交流系统强度等因素对溪洛渡直流的换相失败和故障恢复特性的影响。研究结果表明,换流母线故障相电压跌落幅度是决定溪洛渡直流逆变器在交流系统短路故障后是否发生换相失败的主要影响因素。     

拉萨换流站换相失败原因分析

简要介绍高压直流输电系统中逆变器换相失败的简单原理及直流控制系统的应对措施,对拉萨换流站在直流系统试运行期间发生的3次换相失败故障的情况进行了综合分析。分析表明：拉萨换流站发生的3次换相失败的故障过程及现象并不完全一致,当交流系统出现电压波动或控制系统出现异常时均会造成直流系统发生换相失败故障;同时,对于接于弱交流系统的高压输电系统当发生换相失败故障时,由于大量无功的消耗将可能引起交流系统电压的大幅波动,并因此导致直流系统发生连续的换相失败,严重时将导致直流闭锁。