多馈入直流系统换相失败风险仿真分析

逆变器的换相失败是高压直流输电系统的一种常见故障。为研究多馈入系统中换相失败的复杂机理,文中应用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件,在经典双馈入系统模型中进行仿真,根据换相失败发生的风险指标--短路严重程度等级因子,分析造成直流系统换相失败的概率特征。发现多馈入电压交互作用与谐波交互作用是影响多馈入系统同时换相失败的两个重要因素,故障较弱时,多馈入系统的远端换相失败主要与换流母线电压的波形畸变相关;而故障较强时,母线电压的幅值跌落是导致远端换相失败发生的主因,仿真结果证明了结论的正确性。     

深圳电网线路故障对多馈入直流换相失败影响研究

交流输电线路接地或相间短路故障容易引起直流受端换流站交流母线电压跌落或畸变,进而导致直流换相失败。为此梳理了影响直流换相失败的因素,说明了直流持续换相失败到直流闭锁所需的时间。针对深圳电网多直流馈入的结构,分析不同片网的交流线路故障对直流换相失败的影响,根据直流换相失败期间的功率变化情况评估现有模型的准确度,并基于影响结果区分了不同片区的交流故障对直流换相失败的严重程度,结果表明深圳电压多馈入直流换相失败的概率,与交流线路故障类型以及故障线路电气距离密切相关。     

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.     

高压直流输电系统换相失败实时监测研究

换相失败故障是基于晶闸管电网换相技术中最常见的问题之一,随着我国直流输电线路规模的日益增加,对于导致换相失败因素的分析以及对换相过程实时监测等问题的研究是十分有必要的。首先根据高压直流输电系统中换流器工作原理分析换相失败产生的机理;在此基础上研究导致换相失败的因素及其各自的特点;然后提出对换相失败问题的实时监测方法;最后在PSCAD/EMTDC软件中建立HVDC系统分析模型对其换相实时监测系统进行仿真验证。通过研究可知,在影响换相失败的因素中交流电压是导致换相失败发生最主要的因素,其中交流电压幅值跌落和电压波形畸变都可能导致换相失败的发生。通过对换相过程进行实时监测,可以看到换相过程是否正常进行,以及换相失败发生的时刻,为换流器控制保护和换相失败预防提供依据。     

混合多馈入直流输电系统交流故障下VSC暂态调压控制策略

混合多馈入直流输电系统逆变侧发生交流故障,会引起直流电压的跌落和直流电流的增大,严重时可能导致多回输电线路同时发生换相失败。为了依靠MMC四象限运行能力向受端交流系统提供电压支撑,在分析LCC连续换相失败机理和逆变侧交流故障特性的基础上,设计了基于快速无功-电压下垂控制的MMC暂态调压控制策略,并根据不同交流电压跌落程度,分别设计了其无功参考值的选取方法。交流母线电压跌落较小时,利用公共耦合母线电压跌落前后的差值确定MMC无功功率参考值。交流母线电压跌落较大时,通过建立LCC直流电流与MMC无功出力之间的关系,提出了由换相电压–时间面积理论计算抑制LCC后续换相失败直流电流限值的方法,并由此确定MMC外环无功功率参考值。最后,通过对不同严重程度的交流故障进行仿真对比分析验证了所提控制策略的有效性。     

负荷模型对含UHVDC的多落点电网直流恢复特性的影响

负荷模型对电网暂态稳定性特别是对电压稳定性影响甚深,为了解负荷模型对含特高压直流的多直流落点电网直流动态恢复特性的影响,研究了扰动下ZIP静态负荷模型、感应电动机负荷模型(IM)的多回直流恢复特性,深入分析了送、受端网区ZIP静态负荷模型中不同比例的恒功率有功负荷、恒电流有功负荷、恒阻抗有功负荷、感应电动机模型负荷和IM欠压保护切除和恢复重接入特性等对多落点直流动态特性的影响并分析比较了南方电网典型IM模型和IEEE6型IM模型对直流恢复特性的影响,引入多馈入交互因子(MIIF)指标分析故障下直流换流站间动态交互影响作用。研究结果表明:送端和受端负荷模型对直流恢复特性的影响效果相反;大扰动下当电压跌落在一定范围内时,受端典型IM模型在改善功角稳定性方面占优,而无论送、受端,IEEE6型在弱化系统电压稳定性方面都占优。     

混合直流双桥换相失败机理及抑制措施研究

随着高压直流(HVDC)输电技术的发展,混合直流输电已经成为一种趋势。分析了逆变侧交流三相故障造成混合双馈入直流中电网换相换流器高压直流(LCC-HVDC)双桥换相失败的机理,区别了造成双桥连续换相失败与双桥非连续换相失败的主要影响因素。通过对LCC-HVDC在不同交流故障程度及故障触发时刻下仿真分析,研究了这2个因素对换相失败类型的影响,并发现交流系统轻微故障下的电压波形畸变是双桥非连续换相失败现象的主要成因。通过单纯形算法对混合双馈入系统中电压源换相换流器高压直流(VSC-HVDC)控制参数进行优化,抑制了在交流系统轻微故障情况下发生的LCC-HVDC双桥非连续换相失败。     

抑制直流后续换相失败的自适应触发角补偿控制

高压直流输电系统的后续换相失败对交直流混联电网的安稳运行带来严重影响。为降低后续换相失败的发生概率,本文结合首次换相失败后故障恢复过程中直流系统的功率恢复速度,并考虑交流故障严重程度,提出一种抑制直流后续换相失败的自适应动态调节触发角的控制方法。首先,分析了故障恢复过程中各电气量的变化规律以及后续换相失败发生的影响因素;然后根据直流功率恢复速度以及交流电压跌落程度,通过所提控制策略对故障期间逆变侧输出触发角进行动态调整,以增大换相裕度,从而抑制直流后续换相失败。最后,基于CIGRE标准测试模型对控制方法进行仿真验证。结果表明,采用所提自适应触发角补偿控制方法能够在一定程度上抑制后续换相失败的发生,有效改善HVDC系统的故障恢复特性。     

多馈入直流输电系统换相失败风险区域识别(二)：换相失败风险量化评估及风险区域快速识别

针对多馈入直流输电系统换相失败风险程度量化评估及风险区域快速识别的难题，该文研究多馈入直流输电系统换相失败的关键影响因素；然后，基于系列文章(1)的改进换相失败临界电压计算方法，并通过归一化思想，提出一种换相失败风险程度量化评估指标，其正负可用于判断不同直流子系统是否发生换相失败，其幅值大小可以反映当前状态至发生换相失败所需要的电压跌落幅度(幅值为负)或当前状态至不发生换相失败所需要的电压提升幅度(幅值为正)；最后基于上述量化评估指标，提出不同故障严重程度下的换相失败风险区域快速识别方法。基于PSCAD/EMTDC搭建双馈入和三馈入直流输电系统模型，对换相失败风险程度评估结果和换相失败风险区域快速识别结果进行有效性验证。结果表明，提出的指标可用于量化评估多馈入直流输电系统换相失败的风险程度，且能够在不同故障严重程度下准确识别多馈入直流输电系统的换相失败风险区域。     

抑制多馈入直流换相失败的同步调相机优化配置方法

多馈入直流系统中交流侧短路故障发生后,导致交流系统电压持续降低进而引起多条甚至全部直流同时发生换相失败,使电网安全稳定性受到严重破坏。同步调相机具备过载能力,且其无功输出受系统电压影响小,在面对交流故障带来的电压跌落可以提供较强的无功支撑,从而抑制直流换相失败的发生。为了抑制直流换相失败,提出了一种抑制多馈入直流换相失败的同步调相机优化配置方法,对其安装地点及容量这两个方面同时进行了优化配置。首先从直流换相失败持续时间出发,且考虑各直流间相互作用,提出了一种抑制换相失败效果指标;然后根据电气距离确定了安装待选区域,由无功补偿响应指标筛选出同步调相机最佳补偿地点;随后建立了同步调相机配置优化模型,对最佳配置方案进行二阶段的求解,获得最终配置方案;最后在实际大电网仿真结果表明,所得最终解能够考虑经济性的同时有效抑制交流故障引起的多馈入直流换相失败。     

华东电网多直流同时换相失败仿真分析

随着馈入华东电网直流条数及输送容量的不断增加,交流系统故障引起的多直流同时换相失败稳定性问题日益突出。采用PSD-BPA暂态稳定仿真程序,对2016年华东电网丰大运行方式下的多直流同时换相失败问题进行了仿真分析。结果表明:上海地区及上海—江苏、上海—浙江联络线附近多数500 kV线路发生三相短路故障均会引起八回直流全部发生换相失败。多直流同时换相失败会影响受端系统稳定运行,但一般不会造成系统失稳,影响程度与等效换相失败时间有关。等效换相失败时间和负荷模型会对换相失败恢复过程中的换流母线电压造成影响。     

HVDC输电系统换相失败的故障合闸角影响机理

在交直流混合系统中,交流系统故障是引起直流系统发生换相失败故障的主要原因.从换相电压时间面积的角度,揭示了故障合闸角对换相失败影响的机理,指出了换相电压时间面积可作为评价直流系统抵御换相失败能力强弱的指标;在不同的交直流系统结构、参数、运行条件和故障情况下,故障合闸角对换相失败影响程度不同.应用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件,基于CIGRE高压直流(HVDC)输电系统标准模型,进行了大量仿真验证,证明了理论分析和判据的正确性,为交直流系统相互作用的分析、提高直流系统抵御换相失败能力的研究、直流控制系统参数的整定以及受端交流电网继电保护运行特性的研究提供了理论研究的参考.     

八脉冲换流逆变器构成的串级调速系统仿真研究

利用Matlab中的交互仿真集成环境软件包Simulink建立八脉冲发生器模型、逆变桥仿真模型、八脉冲换流逆变电路仿真模型。对逆变电路进行仿真研究,验证了八脉冲换流逆变器构成的串级调速系统的可行性。对其在不同控制角下的电压、电流的相位关系进行了研究,分析了该系统能提高功率因数的原理。并且通过仿真指出了该系统应考虑的关键参数设定问题以及由于逆变电路采用强迫换流方式该系统应注意的问题。     

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。     

矩阵变换器的一种安全换流策略

矩阵变换器由于换流困难始终无法在大功率环境中得到推广应用,该文在传统的电压型两步换流法的基础上,提出一种过渡区间采用四步换流的安全换流策略,在电压接近的换流两相之间插入3个安全续流状态来实现换流,避免了电流型换流法小电流检测困难的问题,解决了原来换流法换区间时容易短路的现象,完善了电压型换流策略。该策略不仅对输入输出波形影响较小,而且实现较为简单,系统开关损耗也不会增长很多。全压380 V输入和5 kW功率输出实验结果表明,该换流策略是可行的。提出的新型换流策略可在大功率交-交电力变换中得到进一步推广和应用。     

考虑多直流协调恢复的换相失败预测控制启动值优化方法

换相失败预测控制环节在降低换相失败概率和连续换相失败风险的同时,往往需要交流系统提供更强的无功支撑,进而对直流自身及其他直流的换相失败特性和恢复特性产生影响。首先分析了直流恢复能力及其恢复过程中多馈入直流的无功支撑耦合影响,综合考虑直流近区动态无功补偿设备的支撑能力,提出一种考虑多馈入直流交互作用的直流换相失败预测环节启动门槛值优化方法,以实现多回直流的协调恢复,降低直流发生连续换相失败风险和直流换相失败对电网的功率冲击。基于实际多馈入直流电网的仿真算例验证了所提方法的有效性。     

配网三相不平衡调节的换相算法

针对低压配电网存在的三相不平衡问题,目前比较得到认可的解决方案是采用自动换相系统来实现。这种系统由智能换相终端和换相开关单元组成。在换相开关中,选用磁保持继电器与双向晶闸管并联的复合开关作为换相开关的执行机构,在投入和切除的瞬间由晶闸管承担过零投切,然后由磁保持继电器接通运行。双向晶闸管的触发一般采用硬件监测电网线电压过零点的方式,易受电网谐波影响,不能准确检测电网自然换相点,不能实现特定相位触发晶闸管。通过采用软件监测电网电压相位的方法,选用合理的换相算法来实现三相不平衡的调节,有效地防止了对负载和电网的冲击,提高了晶闸管触发的可靠性。实验结果的验证分析表明,所提出的算法在解决三相不平衡、提高电能质量方面具有可行性。     

龙政直流系统换相失败故障分析

从直流输电系统最基本的换相过程出发,对换相失败发生的原因、过程及软件中的逻辑原理进行了探讨。通过龙泉、政平换流站的两次换相失败的故障录波实例,详细分析了换相失败各参数的变化及其过程,揭示了换相失败发生故障的原因。     

换相失败对晶闸管结温影响及保护定值整定研究

文中归纳了换相失败产生的各种原因,并指出产生换相失败的2个主要原因就是交流系统故障和换流器丢脉冲。随后整理了晶闸管阀体结温的数学模型,仿真研究了交流系统单相接地故障,两相接地故障,三相接地故障以及换流器丢脉冲故障对阀体结温的影响,指出换流器丢脉冲故障对阀体结温的影响最大。在考虑换相失败对阀体结温影响的基础上,文章最后提出在整定换相失败保护定值时需要考虑换流阀的耐温性能。     

Dynamics of an HVDC system in the presence of unbalanced AC transmission line faults and a stabilization scheme

The introduction of an HVDC system into the trunk power supply system requires transmitting as much dc power as possible for improving the whole ac/dc system stability. The continued operation scheme of an HVDC system which makes it possible to operate even under very low commutation bus voltage is adopted to cope with such system requirement. Further stability improvement can be achieved by adding damping control which modulates converter active and/or reactive power. To take full advantage of these control effects, it is essential that the HVDC system can maintain stable operation during the ac system faults and reclosing. Particular attention should be given to a repetitive commutation failure following the unbalanced ac transmission line faults. This paper discusses first the cause of the repetitive commutation failure when supplied with unbalanced ac system voltage based on an experiment using the CRIEPI AC-DC Power System Simulator. Then a stabilization control scheme with an on-line extinction angle estimation is proposed and the effect is verified by digital simulation.