云广特高压直流输电系统换相失败研究

换相失败是HVDC系统最常见的故障之一。通过分析换流器换相失败的机理,归纳了HVDC换相失败的影响因数及判据。以南方电网2010年数据为基础,采用PSCAD／EMTDC对云广±800kV特高压直流输电系统建立了详细的电磁暂态仿真模型,并分析了一次系统和控制系统的具体结构。对该直流输电系统逆变侧换流母线发生三相接地短路和单相接地短路故障的情况进行了仿真分析。仿真结果表明,云广特高压直流输电系统故障后发生换相失败,但由于该系统的高度可控性,故障切除后系统从换相失败中恢复性能良好。     

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.     

特高压直流输电系统异常换相失败的机理研究

针对特高压直流输电系统故障恢复过程中出现的换相失败,无法利用换相电压降低或直流电流上升进行解释的异常现象,考虑换相电压波形畸变的影响,提出了一种基于谐波分解与换相电压时间面积的换相失败分析方法。该方法通过畸变换相电压的各次谐波最大可能换相面积的正负和大小,定性和定量分析其对换相失败的影响。考虑到谐波相位的不确定性,提出谐波风险系数作为评价谐波促进换相失败的最大风险指标。应用所提方法分析了某特高压直流输电系统故障恢复过程中出现的异常换相失败现象,结果说明了引起换相电压波形畸变的原因,揭示了主要谐波对换相失败促进或抑制的影响程度及其风险性,验证了方法的有效性。     

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。     

直流输电控制策略对换相失败影响的比较研究

控制策略的选择与实现方法对直流输电系统的稳态和动态性能有重要影响。本文基于特高压直流实际工程参数RTDS模型和控制保护样机,构建了闭环仿真测试环境;逆变侧直流控制系统分别实现了实际工程中常见的两类控制策略:定电压控制策略和定熄弧角控制策略;通过逆变侧交流故障试验,对比研究了这两种控制策略对直流系统换相失败的影响。研究表明,这两种控制策略本身对换相失败的预防和抑制效果相当。     

直流输电系统换相失败探讨

换相失败是高压直流输电系统逆变器最常见的故障之一,以天广直流输电系统为例,简介南方电网采用德国siemens直流输电技术的各直流输电系统中换相失败的检测、故障恢复及相关后备保护,并结合实例和RTDS实时仿真初步探讨了换相失败故障过程中低压限流功能可能带来的不良影响、交直流混联系统间的相互影响等问题,这不仅有助于直流输电系统运行维护工作,还为交直流混联系统的进一步研究提供了有益的参考.最后还比较了ABB直流输电换相失败相关技术,并提出了一些建议.     

基于多判据预测的特高压直流分层接入系统换相失败抑制策略

特高压直流分层接入系统受端逆变器在交直流侧均存在电气耦合关系.当某一电压等级交流系统发生故障时,交流电压跌落会引发故障层逆变阀组换相失败,而直流电流增大使非故障层逆变阀组也存在换相失败风险.现有的分层接入系统非故障层换相失败预防控制的启动时间滞后于故障层,不能有效防止非故障层逆变阀组换相失败.为解决上述问题,提出了一种...     

宾金特高压直流换相失败保护的研究

随着特高压直流输送容量的增大,换相失败所造成的功率波动越来越严重,可能会引起交流电网失步的严重后果,这已经成为换相失败保护动作的重要外部约束条件。通过对宾金直流换相失败进行分析,得到交流系统对换相失败引起的直流功率跌落次数和故障持续时间的承受能力。之后分析了原有换相失败保护的原理、判据以及动作策略,针对不满足交流系统承受能力的连续换相失败故障提出了增加双极换相失败加速段保护的优化方案,并给出了保护判据、逻辑时序、定值延时及动作策略。最后,对提出的双极换相失败加速段保护设计了相应软件程序,在与实际工程一致的控制保护仿真试验平台上进行了仿真试验,验证了新方案的可行性和可靠性。优化方案已成功应用于宾金特高压直流输电工程。     

混合级联UHVDC系统换相失败抑制分析

换相失败是基于电网换相换流器的特高压直流输电系统中最常见的故障类型之一。近年来新投运的混合级联特高压直流输电系统的逆变侧仍包含电网换相换流器,因此换相失败无法避免。首先,在分析电网换相换流器触发调节过程的基础上,明确了换相失败控制的投入时刻是影响换相失败抑制效果的关键因素;进一步地,结合白鹤滩—江苏混合级联特高压直流输电受端的结构特点和接入交流系统方式,分析了混合级联拓扑下的换相失败抑制新思路;最后,提出可充分利用逆变侧电压观测点增加、模块化多电平变换器所连接母线的电压响应更为灵敏的特点,来加快换相失败控制的投入速度,提升系统的换相失败抑制性能。基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了该分析的正确性。     

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。     

抑制特高压直流系统连续换相失败的非线性动态电流偏差控制

针对特高压直流系统(LCC-HVDC)系统中易发生连续换相失败的问题,提出了一种非线性动态电流偏差控制方法.该方法依据交流故障严重程度动态调整电流偏差控制运行曲线,并利用非线性曲线代替原一次线性曲线,提高熄弧角增量对电流偏差的灵敏度,增大实际熄弧角裕度,进而有效抑制直流系统连续换相失败.PSCAD/EMTDC仿真表明,...     

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...     

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。     

灵绍±800 kV特高压直流协调频率控制功能应用

区域电网频率控制系统在应对多直流馈入引发电网频率稳定问题中发挥着重要作用,频率控制系统动作的快速性、准确性很大程度依赖于直流协调控制功能。介绍了直流控制系统与频率控制系统的接口方式,设计了合理的接口数据处理方法。针对频率控制系统存在无法准确判别直流功率回降量的问题,提出了直流功率损失判断准确性提升方法。为改善直流执行频率控制系统调制命令的准确性和可靠性,提出了调制功率补偿方法和换相失败延时调制方法。最后通过实时数字仿真(RTDS)验证了所提方法的正确性和有效性,为后续特高压直流协调控制功能的应用提供了参考。     

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。     

一种抑制后续换相失败的变斜率电流偏差控制方法

为降低高压直流输电系统发生后续换相失败的风险,分析了换相失败机理,并结合对称与不对称故障检测器提出了一种可根据故障严重程度调整电流偏差控制(current error control, CEC)的改进方案。分析了电流偏差控制的斜率大小对换相失败的抑制效果,发现电流偏差控制中斜坡函数的斜率越大则对输入电流偏差越敏感且换相裕度增量越大,越有利于抑制后续换相失败。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中基于CIGRE HVDC标准测试系统实现了所提控制方案。仿真结果表明,所提的电流偏差控制方法能有效降低高压直流输电系统发生后续换相失败的风险,提高直流输电系统的运行特性。