串级调速系统逆变器换相失败的因素分析与控制策略

换相失败是串级调速逆变器反馈系统的常见故障,与许多因素有关。针对串级调速系统的特点,分析了换相失败的原因,提出了一些避免换相失败的措施,包括换相失败的预防措和防止继发性换相失败的措施。     

串级调速系统逆变器换相失败的因素分析与控制策略

换相失败是串级调速逆变器反馈系统的常见故障,与许多因素有关。针对串级调速系统的特点,分析了换相失败的原因,提出了一些避免换相失败的措施,包括换相失败的预防措和防止继发性换相失败的措施。     

对感应电动机次同步可控硅串级调速系统制动运行状态的研究

本文主要是研究感应电动机次同步可控硅串级调速系统的制动运行状态。内容有:①提出了在次同步状态具有制动力矩的串级调速的实施电路;②分析并推导了串级调速系统在次同步制动状态的机械特性公式,并通过实验作了验证;③分析了电机漏抗对次同步状态的换相和制动力矩的影响,并给出了它们之间的关系式。     

内馈串级调速技术中斩波逆变部分的分析

首先介绍了内馈串级调速系统的工作原理并在此基础上指出传统的串级调速系统的优缺点,并理论上验证了以IGBT为核心的斩波器在提高转子回路电压,系统的功率因素,减少谐波分量的重要性。其次通过采用状态空间平均法,建立内馈串级调速系统的数学模型。最后通过Matlab软件对该系统进行仿真,验证了斩波式内反馈串级调速系统控制效果优越性和显著的节能效果。     

斩波串级调速系统功率因数的分析

对斩波串级调速系统的原理进行了简单介绍,重点分析了斩波串级调速系统的功率因数,并考虑了电机激磁电流、整流桥和有源逆变桥在换向时存在的换向重叠角对系统功率因数的影响。提出了斩波串级调速系统功率因数的计算方法,并利用华仿电控有限公司提供的斩波串级调速系统的仿真模型对该方法的计算结果进行了验证。结果证实了该计算过程的正确性。     

基于Crowbar电路防止逆变颠覆的斩波串级调速系统北大核心

常规斩波串级调速系统主要部件逆变器易发生换相失败导致逆变颠覆,其保护机构真空接触器和快速熔断器不能即时动作,造成短时保护空白区。设计增加Crowbar电阻电路,对故障进行暂态分析,建立系统数学模型,利用Simulink软件仿真,制作样机进行试验。实验表明Crowbar电路能在μs级时间内投入主回路,限制故障电流上升,阻止故障进一步扩大。电阻保护的方法是可行的,可适当在实际项目试用推广。     

斩波串级调速系统功率因数的分析

对斩波串级调速系统的原理进行了简单介绍,重点分析了斩波串级调速系统的功率因数,并考虑了电机激磁电流、整流桥和有源逆变桥在换向时存在的换向重叠角对系统功率因数的影响.提出了斩波串级调速系统功率因数的计算方法,并利用华仿电控有限公司提供的斩波串级调速系统的仿真模型对该方法的计算结果进行了验证.结果证实了该计算过程的正确性.     

基于Crowbar电路防止逆变颠覆的斩波串级调速系统

常规斩波串级调速系统主要部件逆变器易发生换相失败导致逆变颠覆,其保护机构真空接触器和快速熔断器不能即时动作,造成短时保护空白区。设计增加Crowbar电阻电路,对故障进行暂态分析,建立系统数学模型,利用Simulink软件仿真,制作样机进行试验。实验表明Crowbar电路能在μs级时间内投入主回路,限制故障电流上升,阻止故障进一步扩大。电阻保护的方法是可行的,可适当在实际项目试用推广。     

串级调速电机的动态模型与仿真

对斩波串级调速电机的静态特性和动态性能进行了分析。运用简单有效的方法推导出斩波串级调速系统在开环和闭环状态下的准动态数学模型,并运用MATLAB/Simulink对该模型进行了仿真研究。结果表明该方法求得的系统模型是准确的、可行的,便于工程上的应用研究。     

斩波串级调速系统电机机械特性曲线的研究

绕线转子式交流电机转子回路串级调速系统具有很好的调速性能和节电效果,在中大功率领域应用较多。基于对三相整流电路电源等效内阻抗对桥路整流输出的影响分析,将整流桥及其后续电路等效为电机转子回路的电阻,推导出在有串级调速系统下电机的机械特性,得出了影响电机机械特性的两方面因素,其中转子回路的等效阻抗对机械特性的影响相对于转子漏抗影响换相重叠角对机械特性的影响尤为严重的结论。仿真结果证实了理论推导的结论,并进行了实验验证。     

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。     

高压直流输电系统换相失败的仿真研究

换相失败是直流输电系统逆变器最常见的故障,当逆变器联接于弱交流系统时换相失败更容易发生,而以往的研究重点是换相失败的机理及数学推导,缺乏相应的仿真验证。为此,通过电磁暂态仿真研究了广泛使用的换相失败解析表达式及其不同短路情况下的误差。结果表明:三相短路时最小电压降的计算公式与仿真结果相吻合,而单相接地故障时最小电压降的计算结果与仿真有一定误差;理论计算结果稍偏保守,但是仍然能够作为反映换相失败的一个指标。在此基础上分析研究直流控制系统对连续换相失败影响的结果表明:增大逆变站控制器增益和减小其时间常数均可以抑制换相失败的发生,有利于逆变侧交流电压的恢复与维持。     

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。     

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。     

换相电压简化计算模型及其在换相失败评估中的应用

基于准稳态公式理论计算的换相失败评估方法,无法精确评估换相失败边界附近的情况,而基于详细工程模型电磁暂态仿真的方式虽然精确,但效率低且工作量大.为了在兼顾精度的同时提升换相失败风险评估效率,基于等值网络的状态方程,文中提出了交流故障后直流系统换相电压的简化计算模型,并进一步应用计算结果进行换相失败风险评估.通过仿真软件PSCAD/EMTDC,从换相面积和换相失败评估结果两个方面,验证了计算模型的有效性.结果 表明,对于故障后首次换相过程而言,应用文中模型求得的换相面积与仿真所得换相面积相差甚小,且应用该模型能较为高效精确地评估直流发生换相失败的情况.     

采用多馈入交互作用因子判断高压直流系统换相失败的方法

目前对多馈入交直流受端系统的交流故障是否会导致多回直流同时换相失败的问题主要是借助于仿真工具进行分析,这种方法计算量大,并且耗时长。为此提出了一种利用多馈入交互作用因子快速判断直流系统换相失败的方法。基于节点阻抗矩阵对多馈入交互作用因子进行定义,通过最小熄弧角判断标准推导出临界多馈入交互作用因子的通用表达式,提出了基于临界多馈入交互作用因子的换相失败判断方法:某一回直流逆变侧换流母线发生三相短路故障时,如果另一回直流与该直流间的多馈入交互作用因子大于临界多馈入交互作用因子,则认为另一回直流系统也会同时发生换相失败。小算例系统和实际电网的研究结果证明了该指标和方法的准确性和有效性。     

HVDC系统换相失败的临界指标

在电阻性、电感性和电容性条件下,给出了直流系统逆变侧发生单相和三相接地故障时换相失败免疫因子(commutation failure immunity index,CFII)的分布情况。提出了用优化仿真模块快速确定某一故障时刻点换相失败临界阻抗的方法。根据计算得出的CFII分析了直流系统降压运行和降功率运行对换相失败的影响,探讨了交流系统强度与换相失败的关系以及多馈入系统中耦合阻抗与临界当地换相失败风险、临界同时换相失败风险的关系。     

单相跳闸对换相过程的影响机理及连续换相失败抑制方法

对逆变侧交流系统因接地故障而单相跳闸后换流母线处电压的相位特征进行了研究,理论分析表明交流系统切除故障相将导致逆变器各换相电压的相位差发生变化。在此基础上,对单相跳闸后的逆变器换相过程进行了分析,发现在现有的等间隔触发方式下,直流系统的换相过程将受到影响,甚至面临换相失败的风险。因此,提出了基于触发角偏差量的换相失败判断方法,该方法能够可靠判断当前系统参数下单相跳闸是否会引发连续换相失败。基于换相电压相位差提出了一种适用于逆变侧交流系统单相跳闸后的逆变器触发方式以抑制换相失败。PSCAD仿真结果表明,所提出换相失败判断方法能可靠预测单相跳闸引发的换相失败,所提出的换流器触发方式可以有效抑制连续换相失败。     

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。