交流故障下高压直流输电系统同步触发控制性能分析及改进

高压直流控制系统通过同步触发控制实现对换流器的控制作用。文中分别从同步和触发2个环节对2种具有代表意义的同步触发控制原理进行详细介绍,其中一种的特色是在同步环节采用环前滤波器进行谐波滤除和不平衡处理,触发环节为等间隔触发,以SIEMENS同步触发控制为代表;另外一种的特色是在触发环节含有辅助触发控制和触发角限制,同步环节无环前滤波器,以ABB同步触发控制为代表。然后,对2种同步触发控制在交流故障下的性能进行分析和对比,并将2种同步触发控制的特点进行结合,提出了改进型同步触发控制,建立了其小信号模型。最后,进行了阶跃响应仿真对比和交流故障测试,仿真测试结果验证了改进系统抑制后续换相失败的能力更强,同时验证了改进方向的正确性。     

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.     

输电线路相间故障引发直流双极换相失败分析

对一起220 kV交流线路相间故障引发直流双极换相失败的原因开展了分析,分析结果表明,220 kV线路AB相故障后,直流换流站500 kV交流母线电压遭受扰动,主要表现为故障相电压幅值跌落、换相电压过零点偏移,二者叠加引发了直流换相失败。并且,作为实际工程中预防换相失败的主要手段,换相失败预测控制在所提事件中未能及时识别故障,对于第一次换相失败并未起到预防作用。此外,换相失败受故障时刻等偶然因素与控制响应的复杂交互影响,所提事件中,正常的换相过程后紧跟换相失败,无过渡换相过程可供控制参考调节,情况较为不利。最后,结合所提事故案例,针对换相失败分析与抑制提出了相关建议。     

改进型串联电压换相换流器及其控制策略

串联电压换相换流器(series voltage commutation converter,SVCC)是一种可以有效抑制高压直流输电换相失败的新型换流拓扑,但当交流系统故障程度超过SVCC抑制范围时,直流电流将急剧上升,对SVCC子模块中的绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)造成较大电流冲击,亟需研究应对措施减轻换相失败后IGBT所承受的电流应力。为此,提出了一种改进型串联电压换相换流器(improved-series voltage commutation converter,I-SVCC)拓扑,通过控制子模块6种工作状态的灵活切换,可实现对阀组的辅助换相;并在换相失败发生后,能够迅速将子模块电容从换相回路中切除,避免了子模块电容的故障过压问题,同时还降低了换相失败后故障电流对子模块中各IGBT的冲击,提升了其工程实用性。此外,还针对I-SVCC设计了系统换相失败后子模块的重新投入策略,使得I-SVCC具备了后续换相失败抑制能力。最后,在PSCAD/EMTDC环境下搭建了模型进行验证,结果证明了I-SVCC在降低IGBT峰值电流和抑制后续换相失败方面的有效性。     

基于整流侧触发角紧急控制的换相失败预防策略

分析换相失败的机理,指出现有换相失败预防控制措施的局限性,提出一种基于整流侧触发角紧急控制的换相失败预防策略。该控制策略根据交流系统故障严重程度及系统的恢复情况确定整流侧触发角参考值,采用可变启动阈值调整控制系统检测交流故障的灵敏度;采用可变输出惯性时间常数确定控制器输出量的变化速度,从而达到既预防换相失败又兼顾交直流系统恢复速度的目的。以改进的CIGRE HVDC模型为例进行了仿真研究,仿真结果表明所提方法的优越性,并验证了可变启动阈值及可变输出惯性时间常数设计的合理性。此外,分析并仿真说明了整流侧到逆变侧的站间通信时延对控制系统作用效果的影响。     

基于控制保护的高压直流输电系统换相失败抑制方法综述

换相失败是基于电网换相换流器的高压直流输电(line commutated-converter based high voltage direct current,LCCHVDC)常见故障之一,增强高压直流输电系统换相失败的抵御能力是目前我国电网发展的研究重点之一。首先,分析换相失败的机理和影响因素;其次从故障检测判断、首次换相失败抑制、后续换相失败抑制3个方面,对基于控制保护的换相失败抑制方法进行详细的梳理和分析;最后,针对换相失败多种影响因素动态耦合、换相过程高度离散化、后续换相失败产生机理不明,导致抑制换相失败的控制保护策略存在盲目性、滞后性、主观性等问题,指出换相失败多影响因素耦合规律研究、离散化换相过程连续化研究、计及控制行为的后续换相失败抑制研究是未来换相失败抑制方面研究的重点。     

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。     

分层接入特高压直流系统换相失败预测控制策略研究

特高压直流系统分层接入后,受端电压等级不等的两电网存在耦合关系,对换相失败预测提出更高要求,常规直流系统配置的换相失败预测功能难以满足要求。在详细介绍常规特高压直流换相失败预测控制策略的基础上,以昭沂直流受端沂南站为例,提出换相失败预测控制模块改进策略,并通过仿真验证所提换相失败改进控制策略的有效性。     

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。     

直流输电系统换相失败预防控制改进策略

基于电网换相换流器的高压直流（LCC-HVDC）输电系统在交流电网故障下易发生换相失败,对电力系统的安全稳定运行造成极大威胁。考虑到基于交流电压跌落快速检测的换相失败预防控制（CFPREV）是避免首次换相失败的主要手段,深入分析了短路故障发生时刻、直流电流动态变化和关断角控制器响应等因素对换相过程的影响,从引发首次换相失败的临界换相电压值计算和考虑故障严重程度的触发角调节量2个方面出发,提出了直流输电系统CFPREV的改进策略,最大程度上提升直流系统首次换相失败免疫能力,降低直流系统发生换相失败的概率。     

混联式直流电网的协调控制策略

为解决传统电网换相高压直流输电与电压源换流器高压直流输电在直流电网中的混联问题,针对一种新型的混联直流输电系统进行了研究。该系统是整流侧采用模块化多电平换流器、逆变侧采用晶闸管换流器的四端双极混联直流电网。推导了该系统稳态时的数学模型,针对其逆变侧易发生换相失败的问题,设计了新的抑制换相失败的协调控制策略。在整流侧换流站中通过低压限压和低压限功率控制的配合,抑制逆变侧故障电流的增大,从而减小换相失败发生的概率。在PSCAD/EMTDC中对该混联直流电网的稳态和暂态特性进行了仿真分析,仿真结果证明了所提控制策略的有效性。     

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。     

STATCOM与HVDC综合协调控制策略

目前,针对STATCOM与HVDC协调控制进行详细研究的文献较少。提出了一种兼顾系统暂、稳态特性的STATCOM和HVDC综合协调控制策略,该协调控制策略共包括稳态调压控制、稳态恒无功控制、暂态控制和闭锁控制4种模式,并为进一步抑制换相失败的发生提出暂态控制模式下的附加控制。基于实际工程控制逻辑和参数,搭建逆变侧含链式STATCOM的高压直流输电PSCAD/EMTDC模型,在多种工况下对所提协调控制策略进行仿真验证。研究表明:稳态工况下,该协调控制策略能减少电压波动,提高系统对电压控制的精确度;暂态工况下,该协调控制策略能抑制换相失败的发生,改善系统恢复特性,附加控制的加入能进一步改善系统暂态特性。     

高压直流输电系统抑制连续换相失败的策略研究

对于直流馈入受端电网,换相失败是一种最常见的故障.为减少输电系统发生连续换相失败的概率,对换相机理和控制环节的运行逻辑进行分析,然后结合低压限流控制器的特点,提出了一种可以抑制连续换相失败的策略.通过预测模块提前减小逆变触发角,增大换相裕度,同时在整流侧补偿触发角,抑制直流电流上升,并且利用交流母线电压波动小的特点,代...     

基于逆变侧定电压控制的HVDC系统稳态和暂态响应特性研究

为测试逆变侧采用定电压控制和定关断角控制对直流输电系统稳态和暂态性能的影响,在CIGRE高压直流标准测试模型原有控制系统中增加了定电压控制模块,即整流侧采用定电流控制,逆变侧采用定电压、定电流和定关断角控制相互配合的控制方式。在PSCAD/EMTDC仿真平台中对其整流侧和逆变侧三相短路故障下的控制器特性进行了稳态及暂态仿真分析,并与相应的CIGRE标准模型暂态响应特性进行了对比。结果表明逆变侧增加定电压控制方式能够提高直流输电系统在交流故障扰动下的性能,减少换相失败的发生几率。     

混合多馈入直流输电系统连续换相失败抑制策略

随着直流输电工程应用的增多,一旦常规直流发生连续换相失败将会对电力系统的稳定运行产生极大的影响,因此为了抑制混合多馈入直流输电系统中常规直流的连续换相失败,本文从提升常规直流换相电压的角度出发,提出了混合多馈入直流输电系统的协调控制策略。该策略根据常规直流的实时无功缺额动态调节柔性直流输出的无功功率与有功功率,从而改变其暂态稳定运行点。通过该策略的协调控制可以抑制常规直流的连续换相失败以及较大限度提升直流输电系统有功功率的传输能力。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了混合双馈入直流输电系统的仿真模型,验证了该协调控制策略的有效性。     

直流输电工程换流阀控制系统对比分析

根据换流阀的触发控制及保护原理,结合常规直流、特高压直流输电工程实际,对不同技术路线的换流阀控制系统进行了对比分析。西门子换流阀控制原理时序性强,在导通期不会对保护性触发产生误判断。但是其恢复期保护的控制策略不尽合理,较容易发生误触发故障。ABB换流阀控制原理简单可靠,但是其在控制脉冲区间内,不能够准确区分电流断续补发触发脉冲和保护性触发,在进行开路试验及小电流情况下,易造成保护性触发误动作。通过分析直流输电工程中阀控系统出现的有关故障,总结出不同技术路线阀控系统的优缺点,并对存在的问题提出相关解决建议。     

天广直流输电系统换相失败的研究

换相失败是逆变器最常见的故障之一,分析了天广直流输电系统中直流电流、越前触发角、直流系统降压运行、直流系统满载率、换流变压器短路阻抗以及换流变压器变比等因素对广州换流站换相失败的影响,所得的结果跟仿真研究中的结果相近。得到的天广直流输电系统换相失败一般规律对其运行有一定的借鉴意义。     

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。