谐波附加控制抑制直流输电连续换相失败研究

换相失败是高压直流输电(HVDC)最为常见的故障之一,而我国特高压直流在控保系统内设置了连续换相失败启动直流主动闭锁的逻辑,连续换相失败及其可能造成的直流闭锁对电网的安全稳定运行造成了一定威胁。国内外关于抑制连续换相失败的研究已经取得部分研究成果,但就谐波对HVDC连续换相失败的影响研究方面还有待进一步深入。文中从HVDC换相过程出发,通过换相电压-时间面积分析法,推导出直流输电附加控制回路的各次谐波控制参数,并考虑低压限流控制对直流输电换相失败恢复过程的影响,提出一种谐波附加控制抑制直流输电连续换相失败的方法。最后,基于CIGRE HVDC标准测试模型,利用PSCAD/EMTDC对所提控制方法有效性进行了仿真验证。     

谐波电压引起HVDC系统换相失败的风险评估

换相失败是高压直流输电系统(highvoltagedirect current transmission,HVDC)中研究的热点问题之一。目前,国内外研究主要基于基波电压跌落引起的换相失败,对谐波电压引起的换相失败还有待深入。从换相过程的机理出发,基于换相电压—时间面积法,提出谐波影响系数Fn,然后将Fn与换相裕度结合,提出了一种快速评估低次谐波电压引起换相失败风险的计算方法。最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台对文中提出的理论进行了仿真验证。     

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。     

特高压直流输电中直流偏磁引起的谐波对换相失败的影响研究

为了研究特高压直流输电中直流偏磁引起的谐波对换相失败的影响,利用谐波换相电压时间面积的分析方法,分析直流偏磁引起的谐波与换相失败的关系。首先,在PSCAD/EMTDC中搭建了±800 kV特高压直流输电模型,并对双极平衡的运行工况以及单极—大地运行工况下,发生故障时,谐波、励磁电流、熄弧角以及阀电流的情况进行仿真。其次,对仿真结果进行分析,发生直流偏磁引起的谐波对换相失败有一定影响。最后,利用谐波的换相时间面积进行定量的计算。结果表明,直流偏磁引起的谐波会增大换相失败的风险。     

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.     

计及换相动态的直流换相失败在线预警方法

单一直流换相失败易引发其相邻直流同时换相失败,严重时将造成直流闭锁引发连锁故障,开展多馈入直流换相失败预警研究及预防对保障电力系统安全稳定至关重要。提出了基于预测换相电压-时间面积的多馈入直流换相失败在线预警方法。首先,通过解析直流换相过程中的交流电压、直流电流动态,实现对换相电压-时间积分面积的实时预测。其次,基于前述预测方法从单一直流系统到多馈入直流系统推导了直流输电换相失败预警系数,并对该系数的主要参数进行了整定。然后将该系数引入换相失败预防控制环节为例说明其应用方式。最后,在PSCAD/EMTDC平台中分别基于CIGRE HVDC模型及多馈入模型验证了所提直流换相失败预警系数的正确性及对换相失败预防的指导性。     

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。     

一种考虑三相故障相角跳变补偿的后续换相失败抑制方法

为了降低高压直流(high voltage direct current,HVDC)输电系统后续换相失败的发生概率,提出一种考虑三相故障相角跳变补偿的后续换相失败抑制方法。首先通过理论推导分析相角跳变的产生机理,然后在此基础上分析其对后续换相失败的影响;接着通过对比首次换相失败与第二次换相失败过程中各电气量的波形图,得到相角跳变是引发后续换相失败的重要原因,并基于换相电压-时间面积法则,依据故障的严重程度增加故障期间的越前触发角的增量,进而抑制后续换相失败;最后基于CIGRE标准模型,在PSCAD/EMTDC中实现所提控制方法。仿真结果表明,所提方法可有效地抑制HVDC输电系统的后续换相失败,从而改善其故障恢复特性。     

UHVDC分层接入方式谐波对换相失败影响的研究

锡盟—泰州直流输电工程调试试验进行三阀组运行单阀组在线投入试验时,运行阀组多次发生换相失败,结合现场情况和仿真结果分析,发生此类换相失败是逆变侧交流电网谐波含量过大导致。因此,分析了谐波对换相过程的影响,得到了在谐波干扰下,计及谐波幅值、相角与次数的分层接入方式下高低端换相关断角的计算方法,并提出了一种基于谐波畸变率的换相失败预测模块改进策略。最后,进行了计及谐波的高低端换相关断角的计算方法与换相失败预测模块改进策略适用性的仿真验证,提出的换相失败预测改进策略可避免谐波导致的换相失败。研究结果为分层接入方式下特高压直流输电工程由于谐波发生的换相失败问题的分析提供了理论支撑。     

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...     

基于谐波电压补偿的混合直流连续换相失败抑制策略

针对混合直流发生连续换相失败的现象,首先对直流换相过程和连续换相失败进行了分析,确定了该试验工况下谐波是直流在故障恢复期间发生连续换相失败的原因之一。接着基于含模块化多电平柔性直流输电(MMC-HVDC)的多馈入直流输电系统仿真模型,提出抑制直流连续换相失败的策略,通过对多条常规高压直流输电(LCC-HVDC)恢复期间逆变侧换流母线谐波电压的检测,在MMC-HVDC逆变侧的无功功率控制环节附加上谐波电压补偿分量,可提高恢复期间MMC-HVDC对交流系统的无功功率支撑,减少谐波的影响,从而抑制连续换相失败的发生。最后基于PSCAD/EMTDC平台仿真验证了该换相失败抑制策略的有效性。     

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。     

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。     

对称故障下基于直流电流变化的后续换相失败风险预判及风险等级划分

在换流母线的不稳定电压作用下,高压直流输电系统发生多次换相失败造成的多次功率冲击对电网安全稳定运行影响很大.根据交直流系统实时运行状态对后续换相失败的风险进行预判是工程中迫切需要解决的问题.分析了高压直流输电系统换相失败的基本过程,根据高压直流输电系统准稳态方程推导了逆变侧关断角与直流电流变化的关系,提出一种基于直流电流变化的后续换相失败风险预判方法.选定前次换相失败后关断角重新恢复至参考值的时刻作为预判时刻,通过预估交流电压变化范围评估导致发生后续换相失败对应的直流电流上升区间,划分高压直流输电系统发生后续换相失败的风险等级,再根据预判时刻的直流电流大小确定发生后续换相失败的风险等级.通过PSCAD仿真软件中的Cigre高压直流标准测试模型,验证了所提方法的有效性.     

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。     

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。