基于模糊聚类与识别的特高压混合级联直流系统过电流抑制方法

基于电网换相换流器(LCC)和模块化多电平换流器(MMC)的特高压混合级联直流(HC-UHVDC)系统受到工程和学术界的广泛关注.文中建立了整流侧采用双12脉动LCC、逆变侧采用LCC串联3个并联MMC的HC-UHVDC系统模型,分析了逆变站交流故障LCC换相失败导致直流过电流的产生机理,并提出了一种基于模糊聚类与识别的HC-UHVDC系统过电流抑制方法.该方法首先通过仿真对系统逆变侧交流故障时整流站多电气量进行模糊聚类,根据聚类结果识别的逆变站不同暂态阶段特征来提前设计分阶段的触发角指令值;当系统发生交流故障时再基于整流站本地信息及时调节整流站直流电压,从而快速抑制直流过电流.在PSCAD/EMTDC上的详细电磁暂态仿真结果表明,在逆变侧三相和单相金属性短路故障工况下,所提方法在一定程度上可以抑制逆变站LCC换相失败后的直流过电流和过电压,且可以显著改善HC-UHVDC系统的动态特性.     

HVDC换相失败引起汽轮机轴系扭振的机理分析

针对一种由高压直流输电(high voltage DC,HVDC)系统引起汽轮发电机轴系扭振现象的机理,首先分析逆变站所连交流系统扰动时,逆变站换流阀组的换相失败过程,分析得出逆变站换流阀组换相失败引起整流站附近的汽轮发电机轴系扰动,引起发电机转矩的变化,而HVDC系统不恰当的控制,为扰动提供负阻尼,从而形成一种正反馈性质的扭振相互作用,最终使得发电机出现轴系扭振。采用时域与频域相结合的仿真方法计算复转矩系数,并仿真再现由HVDC系统引起的轴系扭振现象。研究成果为交直流互联系统次同步振荡预测和分析提供理论依据。     

云广直流孤岛系统逆变侧交流故障仿真研究

云广特高压直流孤岛运行时,送端电网短路比和有效惯性常数显著低于联网方式,承受扰动能力较弱。如果逆变侧交流系统发生接地故障导致逆变站换相失败,直流电压和直流功率将大幅降低,引起送端孤岛系统过电压和频率升高。利用PSCAD/EMTDC电磁仿真软件,针对云广直流孤岛系统两种典型运行方式,研究了逆变侧交流系统故障对送端孤岛系统的影响。仿真结果表明:逆变侧交流系统故障引起的直流换相失败持续时间越长,整流侧交流系统短路比和有效惯性常数越小,送端孤岛系统受故障影响越严重;云广直流在两种典型孤岛运行方式下,逆变侧交流系统发生故障时,送端孤岛系统都能保持暂态稳定。     

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。     

直流输电系统在交流故障时的换相失败分析

换相失败是直流输电(HVDC)系统常见的故障,模拟仿真换相失败时暂态反映特性曲线非常必要,分析了产生换相失败的影响因素,采用PSCAD/EMTDC仿真软件,以CIGRE直流输电第一标准模型为仿真电路,模拟逆变侧单相短路故障和三相短路故障时直流侧和交流侧的电压变化,波形显示单相短路故障比三相短路故障恢复快。若增大熄弧角γ来减小换相失败的几率,直流输电系统会减少输送功率,消耗更多的无功功率。     

CCC的补偿度对HVDC系统的影响分析

利用MATLAB中的SIMULINK仿真工具对逆变器为电容换相换流器(CCC)的高压直流(HVDC)输电系统的稳态特性和暂态特性进行了仿真计算,并对仿真结果进行了详细的分析。研究了整流侧定电流、逆变侧定电压控制方式下,CCC中串联电容器补偿度对稳态运行中的HVDC输电系统的熄弧角、换流器与系统间交换的有功功率、无功功率、换流母线电压以及换流器的基波功率因数等的影响。对整流站换流母线处分别发生单相接地和相间短路两种故障形式进行了仿真计算,并研究了换流母线电压的恢复过程及电压暂降与临界补偿度的关系。研究表明考虑到稳态和暂态特性,在整流侧定电流、逆变侧定电压这种控制方式下,CCC的串连电容器补偿度的选择要兼顾防止换相失败和防止引起交流系统不稳定来考虑,并非越大越好。     

SFCL对HVDC系统中换相失败的影响

针对逆变侧换流母线逆变侧发生短路使得交流电压下降和直流电流上升而引起的换相失败问题,分析了换相失败影响因素及桥式超导故障限流器（SFCL）限流原理.在PSCAD/EMPDC仿真环境下,以CIGRE HVDC基准模型为研究对象,将SFCL应用于直流输电系统中,研究SFCL对HVDC系统稳定运行及换相失败的影响.研究表明,SFCL能够限制交流系统的故障电流继而使直流输电系统能快速恢复正常运行状态。     

整流侧控制方式对特高压直流输电系统换相失败影响研究

特高压直流输电系统发生换相失败时,会引起直流电压和直流电流突变,严重影响直流系统的安全稳定运行。控制系统是特高压直流输电系统的核心部分,其控制方式对系统的输出响应有重要影响。分析特高压直流输电系统换相失败的原因,介绍整流侧的控制方式,建立了云广特高压直流输电系统仿真模型,研究云广特高压直流输电系统整流侧采用定电流控制方式和定功率控制方式对换相失败的影响。仿真结果表明：当逆变侧换流变压器变比K改变时,整流侧采用定电流控制与采用定功率控制相比,系统发生换相失败时的临界变比较大;当逆变侧交流母线发生三相对称接地故障、两相短路故障及单相接地故障时,整流侧采用定电流控制与定功率控制相比,系统不发生连续换相失败的临界电阻较小。整流侧采用定电流控制方式时,对换相失败的控制能力优于定功率控制方式。     

HVDC换相失败引发次同步振荡现象分析

建立了适用于次同步振荡分析的汽轮发电机组轴系扭振数学模型,介绍了发电机组轴系扭振的机理,重点分析了发电机组与HVDC之间的机电扭振作用。受端电网故障导致逆变站换相失败,会引起整流站附近的汽轮发电机组轴系扰动,并引起发电机电磁转矩的变化,而HVDC控制系统的快速作用为扰动提供了负阻尼,从而形成一种正反馈性质的扭振相互作用,助增轴系扰动幅值,最终导致汽轮发电机组次同步振荡现象的发生。在PSCAD/EMTDC上搭建相应模型,仿真再现了由HVDC换相失败引起的次同步振荡现象,并对其产生机理进行验证。     

抑制HVDC送端交流暂态过电压的控制系统优化

为抑制直流输电(HVDC)换相失败恢复过程中的送端交流暂态过电压,通过电磁暂态仿真分析了换相失败过程中HVDC主要状态量的变化特性,分析了相关控制环节的参数与换相失败发生时整流侧交流母线过电压和低电压的灵敏度关系,发现电流控制环节的比例系数、积分时间常数以及换相失败预测功能环节的最小电流限制量和直流电压下降测量时间常数等变量对整流侧交流电压特性有明显影响。通过以上参数的优化,可以在保证直流系统性能的前提下实现换相失败故障后送端交流过电压的抑制。研究结果表明:整流侧电流控制环节、低压限流环节、换相失败预测功能环节是影响换相失败恢复过程的主要控制环节。低压限流环节中的直流电压下降测量时间常数对过电压幅值限制作用明显,对系统动态性能影响较小,可以在控制系统优化时重点考虑。     

交流系统强度对HVDC故障恢复特性影响的仿真分析

高压直流输电(HVDC)逆变侧交流系统的强度直接影响HVDC系统的故障恢复特性。分析逆变器换相失败的机理,归纳了联于交流系统的HVDC换相失败的各种影响因素。利用PSCAD/EMTDC仿真软件,对不同短路比情况下的HVDC系统单相故障进行了仿真分析。     

整流侧交流系统故障引发逆变器换相失败的原因分析及抑制方法研究

在高压直流输电系统中，交直流耦合作用日益紧密。当整流侧交流系统发生故障时，若直流控制系统响应不当则可能引发逆变器换相失败。首先分析了整流侧交流系统故障后，直流控制系统的响应过程以及逆变侧换相电压的变化特点。然后结合关断角的计算表达式，探讨故障恢复过程中关断角下降的原因。分析表明整流侧交流系统故障情况下，逆变侧换相电压在小范围内变化，换相失败发生的主要原因是故障恢复过程中直流电压和直流电流的快速上升。在此基础上，提出通过改进整流侧触发角以减缓直流电压恢复速度的方法，提出通过减小电流裕度以及改进整流侧电流指令值以减缓直流电流恢复速度的方法。最后基于CIGRE直流输电标准模型，在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台上验证了所提换相失败抑制方法的有效性。仿真结果表明，2种方法都能抑制整流侧交流系统故障下的换相失败，且共同作用时效果更佳。     

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。     

基于动态相量法的直流系统暂态响应实时快速仿真计算方法

为解决交流系统大扰动下电流源型直流输电(line commutate converter based HVDC,LCC-HVDC)系统电磁暂态精度响应实时求取困难的问题,该文基于动态相量法仿真框架,详细讨论了大扰动下LCC-HVDC直流输电系统的建模方案,并针对工程现场的计算精度与计算复杂度要求和逆变侧容易发生的换相失败现象,重构了易于拓展的仿真模型计算框架。多故障场景的仿真对比实验表明,与传统的动态相量仿真方案相比,所提出的框架能够准确反映直流系统在逆变侧交流系统受扰下的暂态响应特征,同时提高了计算速度,实现了LCC-HVDC系统暂态响应的高精度、实时化计算。     

基于最大调制比的LCC-MMC混合直流交流侧故障控制策略

对现有常规直流工程进行逆变站柔性化改造,是解决多馈入直流输电系统潜在级联换相失败问题的一个有效方案,改造后的混合直流系统整流站沿用电网换相换流器,逆变站新建模块化多电平换流器。首先对电网换相换流器和模块化多电平换流器(LCC-MMC)混合直流系统的拓扑结构、基本控制方法以及整流站交流侧故障时功率骤降问题进行了阐述。然后,针对上述问题,提出了基于最大调制比的交流侧故障控制策略,在整流站交流侧故障时,该策略能够通过调节逆变站模块化多电平换流器的调制比,维持直流电流的恒定,降低混合直流系统传输有功功率的跌落幅度,从而减小传输功率骤降对逆变站交流系统的冲击。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了混合直流输电系统的仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。     

多端直流换相失败对送端影响的PSASP实例仿真

研究了机电暂态程序PSASP的换相失败仿真方法,分析了2012年8月8日上海的多条直流逆变站连续换相失败对送端华中电网的影响。该仿真方法可以在故障起因和受端网架结构未知的情况下,利用WAMS录波数据在送端换流母线设置冲击负荷,模拟直流功率的波动,再现逆变侧换相失败对整流侧的扰动。实例仿真的结果验证了该方案的有效性。     

基于同步调相机降低换相失败风险的仿真研究

首先通过对引起换流站逆变侧发生换相失败的主要原因进行分析,然后结合引起换流站逆变侧发生换相失败的主要原因来分析同步调相机的次暂态、暂态和稳态特性对其影响,仿真计算了换流站逆变侧交流系统电压幅值跌落的临界值以及电压上升10%情况时,逆变侧是否装设同步调相机时换流器发生换相失败故障情况的对比,仿真结果表明同步调相机良好的次暂态、暂态和稳态特性可以全时间尺度为系统提供无功补偿和电压支撑,不仅提高了逆变侧交流系统电压的稳定性,而且还能有效的预防换流器发生严重换相失败故障甚至抑制换相失败的发生。     

上海电网中多个换流站之间相互作用的仿真研究

对于多馈入直流输电系统,交流系统的某一故障引起多个逆变站交流母线电压同时下降,可能会导致多个逆变站同时发生换相失败。以葛洲坝—南桥、三峡—华新直流输电系统与上海2010年规划电网为研究对象,通过暂态仿真,研究了两条直流输电系统的相互作用所引起的换相失败以及故障条件下直流输电系统的暂态特性。结果表明两个换流站之间有较强的耦合作用,当一个站由于交流系统短路故障发生换相失败时往往导致另一个换流站也出现换相失败。500 kV系统故障对两个换流站的影响更大。     

HVDC馈入及其换相失败对交流电网选相元件的影响分析EI北大核心CSCD

在交直流互联电网中,交、直流系统之间的相互作用以及直流换相失败将导致逆变侧交流电流呈现新的故障特征,进而对交流电网保护造成不利影响。从开关函数调制理论的角度出发,研究了交流系统故障时刻对于发生换相失败的换流阀组所属相别的影响,计算了故障暂态及稳态阶段逆变器三相开关函数工频量,进而分析了注入逆变侧交流系统等值工频电流的暂态及稳态故障特征。基于上述内容,分析指出当现有突变量选相元件以及稳态序分量选相元件应用于交直流互联电网时,由于交流系统故障时刻以及直流系统换相失败程度的影响,选相元件将出现误判故障类型甚至误选相的情况。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了理论分析的正确性。     

HVDC馈入及其换相失败对交流电网选相元件的影响分析

在交直流互联电网中,交、直流系统之间的相互作用以及直流换相失败将导致逆变侧交流电流呈现新的故障特征,进而对交流电网保护造成不利影响。从开关函数调制理论的角度出发,研究了交流系统故障时刻对于发生换相失败的换流阀组所属相别的影响,计算了故障暂态及稳态阶段逆变器三相开关函数工频量,进而分析了注入逆变侧交流系统等值工频电流的暂态及稳态故障特征。基于上述内容,分析指出当现有突变量选相元件以及稳态序分量选相元件应用于交直流互联电网时,由于交流系统故障时刻以及直流系统换相失败程度的影响,选相元件将出现误判故障类型甚至误选相的情况。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了理论分析的正确性。