预测型定熄弧角控制及其改进策略EI北大核心CSCD

定熄弧角控制作为逆变侧基本控制环节,在抵御换相失败方面起到了重要作用。针对现有预测型定熄弧角控制故障期间熄弧角计算误差较大的缺点,提出了一种改进的预测型定熄弧角控制方法。该方法不仅计及了换相期间直流电流的变化,同时考虑到换相电压的变化,利用滑动平均滤波器和二阶广义积分器分别对直流电流和换相电压进行处理,用于各换流阀触发角的求解,取其中最小触发角作为定熄弧角控制的输出。通过PSCAD/EMTDC仿真对不同强度交流系统下系统的换相失败免疫因子进行测试,证明了改进后的预测型定熄弧角控制能更好地抑制换相失败的发生。     

换流变充电扰动导致换相失败故障分析与处理

在宁东高压直流输电工程中,逆变侧停运极换流变压器充电试验时,引起站内交流母线电压波动,致使运行极换相失败预测功能启动。在该工况下,逆变侧换相失败预测功能改变换流器触发角和熄弧角抑制换相失败。但改变控制角后,逆变侧触发角和熄弧角不能及时返回正常值。导致逆变侧直流电压长时间降低,整流侧低压限流功能启动。分析原因为:空载投入换流变压器时,励磁涌流造成逆变侧正在运行的一极交流电压畸变,引起该极换相失败;根据现场运行状况,经过将RTDS仿真与实际工况比较发现,宁东直流工程换相失败预测功能中交流电压跌落判据值、增大熄弧角参考值、瞬时减小触发角定值等参数设置不尽合理,并由此提出了修改上述参数的方法,以防止类似情况的再次发生。     

交流系统故障对滤波换相换流器的影响分析

交流系统故障引发换流器换相失败是直流系统中常见的故障。滤波换相换流器(FCC)作为一种新型的换流器电路拓扑结构,研究其在交流系统故障条件下的换相特性是十分必要的。本文分析计算了在三相对称和不对称故障条件下实际熄弧角,研究了换相电压变化ΔU与熄弧角、直流电流及换相电压过零点相位移之间的关系。基于FCC数学模型,详细分析了阀侧无功补偿度对直流系统的熄弧角、换相角、换流母线电压以及换相电抗等运行参数的影响。最后参考实验室背靠背直流输电系统参数,对FCC逆变器和电网换相换流器(LCC)逆变器在交流系统故障下的动态特性进行了仿真对比。结果表明:逆变器在交流系统单相故障条件下要比三相对称故障条件下更容易发生换相失败;FCC的换相电压中谐波含量更少,在相同熄弧角下,其能承受更大的电压暂降而不发生换相失败;FCC阀侧无功补偿度的大小直接影响到换相电压和换相电抗,选择时必须防止换相失败和换相电抗过大。     

高压直流输电换相失败响应策略与预测控制技术路线分析

从高压直流输电熄弧角控制的原理出发,对比了实测型和预测型熄弧角控制方式的优缺点,从控制系统响应和保护系统响应两方面探讨了SIEMENS和ABB所采取的换相失败响应策略。着重研究了换相失败预测控制功能(CFPREV)在不同交流母线电压跌落程度和电压畸变程度故障下的响应情况。仿真结果表明,当交流母线电压跌落较为严重时,无论是否投入CFPREV功能,都未能阻止换相失败,但投入CFPREV功能后有利于换相失败后直流系统恢复;当直流系统与交流母线间的电气联系较强或交流母线电压畸变程度较低时,CFPREV功能在预防换相失败上有明显效果。     

计及换相失败的输电线路单相接地故障熄弧时刻识别

针对含直流馈入交流输电线路单相跳闸后换流阀换相失败导致重合闸判据失效的问题，提出基于故障相时移电压能量比的熄弧时刻识别策略。首先，基于换流器开关函数理论，研究逆变侧换相失败时换流阀两侧电压电流相互作用关系。然后，对带并联电抗器交流故障相端电压特征进行分析，得到熄弧前后的电压幅值波动差异。最后，计算故障相电压能量分布，利用时移电压能量比确定单相接地故障二次电弧熄弧时刻。在PSCAD/EMTDC平台的仿真结果验证了所提识别策略的有效性。     

高压直流工程熄弧角测量异常引发换相失败故障的分析与处理

南方电网某直流工程在调试期间发生了数次换相失败故障,对交直流都产生了较大的影响。对换相失败时的故障录波数据进行分析,推断换相失败原因为熄弧角测量系统偶发故障而引起直流控制系统误动,基于此推断在该直流工程的详细PSCAD模型中进行了模拟,对该故障进行了仿真复现,验证了故障原因分析的正确性。为解决熄弧角测量装置偶发异常的问题,提出在直流控制系统内增加防误逻辑环节屏蔽熄弧角测量异常的影响,并用PSCAD/EMTDC仿真验证了该处理方案的效果,仿真结果和实际运行表明所提解决方案对熄弧角测量异常问题是有效的,确保了高压直流系统的正常稳定运行。     

加快换相失败恢复的模糊控制器设计

通过分析判断换相失败发生的标准和从换相失败恢复的策略,设计了以熄弧角差值和差值变化率为输入,越前触发角为输出的模糊控制器,使其代替传统的PI控制器。仿真结果表明,所设计的模糊控制器能够有效防止后续换相失败的发生,加快系统换相失败后的恢复。     

特高压直流输电工程逆变侧控制策略优化设计

特高压直流输电在电网中的应用越来越广泛,送端电网与受端电网间采用多回直流相连,在一回直流故障时,通过提升其他直流实现功率紧急支援。在受端电网相对较弱的情况下,当需要大幅紧急提升直流功率时,如逆变侧采用传统修正的定熄弧角控制,会出现换相失败的情况。为此,分析了产生换相失败的原因及交流系统强度和提升量对换相失败的影响,并在现有逆变侧控制策略的基础上,提出一种预防换相失败的控制器,通过引入熄弧角测量值,实现熄弧角闭环控制,从而保证换相裕度,避免换相失败。在实时数字仿真系统(RTDS)中进行了试验验证,结果表明,所提策略可解决特高压直流大幅提升功率时的换相失败问题。     

关于RTDS直流换流器熄弧角计算方法的商榷

直流换流器熄弧角是直流输电系统的重要电气量,常被用于判断直流输电系统逆变器的换相失败．在电力系统分析中,一般当直流熄弧角小于阀去游离时间对应的最小角度,则判断直流输电系统发生了换相失败。近来研究发现．RTDS等电磁暂态仿真工具输出的“熄弧角”只能用于辨别是否发生了换相失败．但却并不能用来详细分析换相失败特征．即该熄弧角并不是直流换流器的真正熄弧角．通过与相关仿真技术人员的商榷．研究了RTDS的熄弧角角度的计算方法。RTDS通过不断刷新阀桥6个阀的最小熄弧角去得到熄弧角．而不是各阀组熄弧角的依次组合输出。基于RTDS和带有实际直流控制保护系统的闭环仿真案例研究进行了必要的说明．所阐述的换相失败发生过程及其各种电气量轨迹对研究和理解直流换相失败的特征具有一定的意义．基于对换相失败各电气量的轨迹的研究．对电磁暂态仿真的直流输电换相失败的判断和分析给出了建议的方法．     

电容换相逆变器换相失败的研究

换相失败是直流输电系统的常见故障之一,研究逆变器的熄弧角对理解换相失败的本质及设计保护措施具有重要意义。详细描述传统逆变器熄弧角、电容换相逆变器的视在熄弧角和实际熄弧角的概念和数学模型,比较、分析三者之间的区别与联系。根据熄弧角的数学模型推导实际熄弧角的数学模型,分析影响电容换相逆变器换相失败的主要因素以及影响规律:电容换相逆变器在直流电流下降和交流母线电压升高时,实际熄弧角均减小,可能导致换相失败;换相电容设计值过大,静态换相裕度较小;交流系统不对称会恶化电容换相逆变器的换相性能,甚至导致换相失败。     

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。     

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。     

采用新型换流变压器及其滤波系统对换相失败的影响

分析了直流输电的换相失败机理及影响换相失败的因素。考虑到新型换流变压器及其滤波系统的阀侧滤波支路会对直流输电系统中各运行变量产生一定的影响,以实验室建立的直流输电系统模拟平台为研究对象,给出了新系统下阀侧无功补偿度的定义,当逆变侧采用新型换流变压器及其滤波系统后,详细分析了多种因素对逆变侧换相失败的影响并得出如下结论:阀侧无功补偿度对换相过程的改善能力不大;直流电流和换相电抗的增加会增大逆变器发生换相失败的几率;越前触发角的增大可有效降低逆变器发生换相失败的几率;不对称故障时,换相电压过零点的偏移会使得与发生单相接地短路相相连的逆变器上、下2个换流阀最易发生换相失败。最后,提出了新系统条件下避免发生换相失败的措施:增大越前触发角或关断角的整定值;适当降低换流变压器的换相电抗;保持换相电压的稳定。     

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.其次,利用交直流系统的无功功率特性方程以及隐函数存在定理,分析了直流电流分别与无功交换和关断角之间的微增量关系,并据此提出无功反馈控制结构.然后,提出了用来替代VDCOL的直流电流实时计算方法,该方法同时考虑了无功交换平衡和定关断角二维约束,并通过闭环控制抑制了干扰偏差,控制精度更高.最后,仿真结果表明,所提方法可以减小直流系统发生后续换相失败的概率,改善系统的恢复性能.     

抵御浙江电网多馈入直流系统持续换相失败措施

针对浙江电网多馈入直流系统可能由于交流系统故障引起的持续换相失败问题,以换相失败本质为理论依据,在搭建系统模型的基础上验证了大容量静止无功发生器(static var generator,SVG)、调相机在抑制持续换相失败中的作用,同时提出采用电压时间面积法优化直流控制保护降低直流持续换相失败的概率,该方法可在交流系统接地故障时通过对熄弧角的控制抑制多回直流输电系统持续换相失败,最后通过系统试验验证了面积法的改善性能。     

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。     

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。     

谐波引起的高压直流输电连续换相失败抑制方法研究

高压直流输电系统连续换相失败是引发交直流混联电网连锁故障的重要诱因。谐波造成的电压波形畸变导致换相面积减少,是引发连续换相失败的重要因素。现有换相失败抑制方法研究主要是针对换相电压工频幅值下降,缺乏对谐波影响的考虑。针对该问题,分析了谐波对连续换相失败的影响机理,计算了谐波对关断面积的影响因子,提出了一种考虑谐波的关断角整定值定量计算方法。所提算法在换相失败期间提高关断角控制器的指令值,提高后续阀组的关断裕度,抑制连续换相失败的发生。最后通过电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC进行验证。算例仿真验证了所提方法的有效性。