高压直流输电系统换相失败的判断标准

建立了4条交、直流输电线路并联的多馈入高压直流输电系统(HVDC)模型并对该模型的直流输电线的换相失败现象进行了详细的理论分析和仿真研究,基于电路基本理论知识,以两端HVDC系统的关断角表达式,推导出了多馈入交、直流并联的HVDC系统的关断角表达式。通过理论分析可知,逆变侧换相失败的判断是由多种变量因素共同决定的,不能简单地假设一个或多个变量不变,而去讨论引起换相失败的结论;否则不会得到准确的结论。提出换相失败的判断标准应该为:换流阀关断角是否小于阀去游离时间对应的最小角度。若是,则会发生换相失败;若不是,则不会发生换相失败。     

高压直流输电系统换相失败判断标准的仿真分析

对2008年南方电网交直流混联输电系统建立了详细的电磁暂态模型,通过对贵广I、贵广II、北郊、惠州4条直流输电系统换相失败的仿真研究发现,当电压降落到75%时并不一定发生换相失败,因此提出了换相失败的标准：电压降落到70%时也不一定发生换相失败,关键应看阀关断角是否小于阀去游离时间对应的最小角度、阀电压是否连续为零、阀电流是否连续;若是,则会发生换相失败,若不是,则不会发生换相失败。     

基于触发角偏差补偿的连续换相失败抑制措施

逆变侧交流系统发生不对称故障后容易导致连续换相失败,威胁电网的安全稳定运行。针对这一问题,基于不对称故障后直流控制系统的响应规律,根据直流系统稳态运行曲线将故障及恢复过程分为2个阶段,发现在阶段2即故障稳定恢复阶段,存在换相面积需求量逐渐增加而换相面积最大提供量逐渐减小的趋势,并且在此过程中触发角指令值与触发角实际值还存在偏差,触发角偏差将进一步削减换相面积最大提供量,是引发连续换相失败的重要原因。基于此,分析了触发角偏差的来源以及触发角偏差对控制系统的影响,提出一种基于触发角偏差补偿的连续换相失败抑制措施,并在PSCAD/EMTDC中基于CIGRE HVDC标准模型进行仿真验证。仿真结果表明,所提措施能够有效抑制连续换相失败。     

高压直流输电系统换相失败的概率分析

换相失败是直流逆变系统最常见的动态故障,其概率分析是对传统确定性分析的一种重要补充。提出了换相失败的概率分析方法,给出了一组不同故障在不同时刻发生时熄弧角的计算公式。充分利用影响换相失败的因素之间的概率关系,考虑控制装置的快速调节作用,用Monte-Carlo模拟法统计计算换相失败的概率指标。所得结论对避免换相失败、保证直流系统稳定运行具有一定的指导意义。     

基于直流电流有限时域预测算法的换相失败预防策略

针对故障暂态期间直流电流精确预测困难的问题,建立了含平波电抗器的直流线路暂态数学模型。计及暂态期间换相角变化的影响,提出一种直流电流变化量的预测方法,可准确预测暂态期间的直流电流变化。构建了基于换相期间直流电流变化量的换相失败预测判据,以实现首次换相失败的预测判别,并提出一种可有效预防首次换相失败的控制策略。基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了CIGRE直流标准测试模型,不同故障情况下的仿真结果验证了所提方法及控制策略的有效性。     

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.     

高压直流输电系统中换相失败Hypersim仿真分析

Hypersim是一套功能强大、接口方便、适应性广的全数字实时仿真系统,它能为HVDC换相失败问题的研究提供快速、灵活和准确的电磁暂态仿真。基于Hypersim建立了单极12脉波HVDC系统的详细模型,并分析了一次系统和控制系统的具体结构。对逆变器交流母线发生单相接地短路和三相接地短路故障的情况进行了仿真计算,研究换相失败的判定依据。仿真结果表明,Hypersim能够准确模拟HVDC系统发生换相失败情况,以及通过在控制系统中实施保护控制,能有效抑制换相失败的发生。     

交流侧单相接地短路故障引起高压直流输电换相失败的研究

针对交流侧单相接地短路故障引起高压直流输电换相失败的问题,阐述了高压直流输电系统(HVDC)的组成和直流输电换相失败的机理,分析了其受交流系统单相接地短路故障影响的原因,并基于PSCAD/EMTDC仿真软件以CIGRE直流输电第一标准模型为仿真模型,对交流侧的单相接地短路故障引发HVDC系统换相失败的情况进行仿真研究。PSCAD仿真分析结果表明,增大关断角来减小换相失败几率的方法会导致整个高压直流输电系统的输送功率减少,消耗更多的无功功率。     

降低直流线路损耗的并联电容换相换流器单位功率因数控制策略

电网换相换流器的交流滤波器组和无功补偿装置占地面积大,在交流电网故障时容易发生换相失败;改进型并联电容换相换流器(ESCCC)能减小换流器占地面积,提高抵御换相失败的能力,但通过阀侧电容投切实现单位功率因数控制会影响谐波特性。针对此问题,并考虑直流线路损耗优化,文中提出了一种基于ESCCC并结合交流母线侧电容投切的新型单位功率因数控制策略。首先,建立了拓扑结构和数学模型,分析了单位功率因数控制的原理;然后,提出新型控制策略,采用新的谐波评价指标设计了滤波电感、电容等参数;最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,验证控制策略的有效性和参数设计的合理性。仿真结果表明,ESCCC能在全工况下实现单位功率因数控制,并且降低了直流线路损耗和换相失败概率。     

高压直流输电系统换相失败研究综述

换相失败是采用电网换相换流器的高压直流输电系统中常见故障之一,换相失败的发生会导致直流功率波动,甚至直流闭锁,威胁电网安全稳定运行。为聚焦换相失败关键问题,降低换相失败发生概率,文中对高压直流输电系统换相失败的相关研究进行了总结归纳。首先,从器件和系统两方面分析了换相失败的发生机理。然后,根据换相失败发生次序将换相失败分为首次换相失败和后续换相失败2种情况,分别分析了导致不同换相失败情况发生的影响因素以及抑制措施。最后,综合已有研究成果指出了换相失败领域中仍有待解决的问题。     

直流输电系统换相失败的研究(一) --换相失败的影响因素分析

作为直流输电系统最常见的故障之一，换相失败与很多因素有关，主要有换流母线电压、换流变压器变比、直流电流、换相电抗、越前触发角、不对称故障时换相线电压的过零点相位移、换流阀的触发脉冲控制方式和交流系统的频谱特性等，以CIGRE HVDC标准模型为研究对象比较详细地分析了以上因素对逆变器换相失败的影响，得出了逆变器发生换相失败的一般规律。     

单极闭锁引起直流健全极换相失败分析

推导建立了换相失败的数学模型,得出送、受端换流母线电压比值是引起换相失败的主要原因,单极闭锁后健全极存在换相失败的风险。分析了单极闭锁引起暂态过电压的影响因素,并推导出直流闭锁后的暂态过电压定量计算解析表达式,提出一种单极闭锁后考虑两侧换流母线电压的换相失败判据,并得出送端、受端短路容量与换相失败的关系。最后基于DIgSILENT仿真平台搭建±800 kV天中直流输电系统仿真模型,仿真结果验证了暂态过电压计算方法的正确性,同时证明了单极闭锁后健全极存在换相失败的风险。     

考虑直流电流变化的HVDC系统不对称故障换相失败分析

目前高压直流输电系统逆变侧发生不对称故障时,采用最小关断角判别法判别换相失败,其研究仅考虑电压因素,预测效果不理想.针对此问题,通过对换相失败机理和影响因素的分析,认为直流电流上升与交流电压下降均会使关断角减小,将直流电流与交流电压解耦,得到一个仅含电压变化率的逆变侧关断角表达式作为判据.该判据可依据对直流线路和逆变侧...     

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。     

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。     

基于主动限流的混合直流输电换相失败抑制策略

针对混合直流输电系统换相失败时冲击电流较大的问题,本文推导了冲击电流幅值与电压源型换流器（Voltage Source Converter, VSC）的关系,分析确定了换相失败时VSC投入的子模块数量是决定冲击电流的关键参数。研究了影响电网换相换流器（Line Commutated Converter, LCC）换相能力的主要因素,提出了一种基于主动限流的换相失败抑制策略,通过对VSC调制波交流分量与直流分量附加扰动因数来改变子模块的投切,实现了对换相失败冲击电流的抑制。本文通过在Matlab/Simulink中搭建相应的仿真模型,对提出的抑制策略在逆变交流侧故障下的有效性进行了仿真验证,结果表明,该策略不仅能够限制冲击电流,还可以有效预防连续换相失败的发生。     

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。     

高压直流输电系统换相失败抑制方法

本文发现了造成直流输电系统后续换相失败的原因之一：锁相环在暂态过程中不能准锁定交流电压相位从而导致控制系统给出的指令触发角与实测的触发角存在偏差。并且较为直观的分析了这种锁相环暂态误差造成换相失败的作用机理。本文以减小锁相环暂态偏差对控制系统的不利影响为目标,在间接测量得到锁相环暂态误差的基础上设计了反馈补偿环节。在PSCAD/EMTDC平台的基础上,并在仿真模型中考虑最小熄弧时间,将输电线路等值为电感,验证本文所提的补偿环节对后续换相失败的抑制作用。算例表明本文所提的补偿环节对换相失败的抑制作用明显,本文所提的补偿环节可靠有效,具有较大的工程实际意义。     

采用滤波换相换流器的多馈入直流输电系统中换相失败问题的研究

将滤波换相换流器(FCG)引入到多馈入直流输电(MIDC)系统,以CIGRE直流输电标准模型为基础,推导求得含FCC的混合MIDC系统(由FCC和电网换相换流器(LCC)构成)的熄弧角计算模型.通过算例对比分析了传统MIDC系统和混合MIDC系统在不同电气距离和交流强度下逆变站发生换相失败时的相互影响.在PSCAD/EMTDC中建立了传统MIDC系统和混合MIDC系统模型,并进行仿真对比研究,结果表明:与传统MIDC系统相比,FCC提高了熄弧角裕度,有效提升了换相过程中的抗扰动能力,也削弱了子系统间换相失败的影响强度,降低了发生连续换相失败的几率.