基于可视化轨迹圆与改进ResNet-AT的高压直流输电换相失败故障诊断

针对逆变侧换相失败故障类型难以辨识、故障特征量难以提取等问题,提出一种基于极坐标下的轨迹圆与改进ResNet-AT相结合的高压直流输电系统故障诊断方法。首先,通过希尔伯特变换提取时序电压信号的上包络线,以此构造解析信号,进而获取复函数形式下的瞬时幅值和相位;然后,以瞬时幅值为极径、瞬时相位为极角,在极坐标系中绘制出轨迹圆图像;最后,将此轨迹圆像输入到改进ResNet-AT中训练学习,前者通过嵌入到残差网络中的通道注意力机制网络增加特征提取能力,后者利用AT对信息再次加权强化,提高故障信号的诊断能力。实验结果表明:相较于常规的深度学习模型,所提模型诊断准确率达99.40%以上,效果最优;模型在20 dB的过渡电阻下仍保持95.50%的诊断准确率,具有较强的抗噪性能。

基于换相角预测计算的高压直流输电双桥共同换相预判方法

高压直流输电系统交流故障下出现双桥共同换相会增大换相失败的风险,提前判断双桥共同换相的发生有利于及时采取措施避免换相失败。为获取对双桥共同换相进行预判所需的高精度换相角预测计算结果,利用拉格朗日中值定理建立换相角与中值时刻的关系,并构造虚拟换相过程用于确定中值时刻。仿真结果表明,所提换相角预测计算方法具有良好的鲁棒性和精度,用于双桥共同换相预判中能有效预判双桥共同换相的发生。

多馈入高压直流输电系统换相失败防御技术研究综述

高压直流输电技术具有输送容量大、输电距离远、综合成本低的优势,在解决我国能源中心与负荷中心逆向分布问题上起到关键性作用,是中国实施“西电东送”重要战略支撑技术,占“西电东送”总容量50%以上。经过20余年的应用和发展,中国逐步建成了多回直流线路接入同一地区的电网结构,形成了多馈入高压直流输电系统。多馈入直流系统虽然提高了系统运行方式的灵活性、扩大了输送容量,但是增加了系统结构的复杂性、导致系统安全稳定问题愈加突出。多馈入直流系统中,单一交流故障就有可能在大范围内引发多回直流换相失败,对系统造成千万千瓦的功率冲击,严重威胁电网安全稳定运行。换相失败造成的危害随着直流馈入数量和容量的增加越来越严重。该文围绕未来高比例新能源场景下多馈入直流换相失败难题,首先论述了多馈入高压直流输电系统的概念,分析了直流输电系统换相失败机理,然后从换流站级、换流器级及系统级3个层面对现有的换相失败防御技术进行综述,最后对未来换相失败防御技术的重点方向进行了展望,并给出相关建议。

高压直流输电换相失败判定设计与应用

文章提供了一种用于高压直流输电换相失败检测的方法。该方法通过对逆变侧直流电流进行S变换,并结合信息熵理论,获得S变换奇异熵。在LCC-HVDC系统发生换相失败时,奇异熵会发生突变。通过设定门槛值,并结合直流电流变化率,可以利用S变换奇异熵来实现换相失败的检测。这一方法解决了现有高压直流输电换相失败检测方法准确性差、有效性低等问题。通过结合S变换和信息熵理论,该方法能够更准确、更有效地检测高压直流输电系统中的换相失败,从而提高系统的可靠性和安全性。

多馈入直流输电系统后续换相失败安全裕度评估及抑制方法

换相失败可能引起直流输电系统(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)闭锁,严重影响电网的安全稳定运行。多馈入直流输电系统中电气耦合紧密,控制响应造成多回LCC-HVDC交互影响,使换相失败的产生机理变得更加复杂。现有后续换相失败抑制方法多以单回LCC-HVDC为对象,无法兼顾自身换相恢复和相邻直流换相失败抑制的需求。为此,提出了一种适应于多馈入直流输电系统的后续换相失败抑制方法。分析了LCC-HVDC首次换相失败恢复过程中逆变站控制系统的响应时序及条件,提出了考虑故障严重程度和LCC-HVDC控制影响的后续换相失败安全裕度评估方法,进而提出了基于电压安全裕度的后续换相失败抑制方法,并在CIGRE HVDC标准测试系统验证了所提方法的有效性。仿真结果表明,所提方法根据换流母线电压自适应地调节直流电流,能够有效降低多馈入直流输电系统中无功电压耦合影响,有效抑制相邻回LCC-HVDC发生后续换相失败。

基于直流电流瞬时微分的特高压直流分层接入系统非故障层换相失败预防控制策略

在特高压直流分层接入系统中,由于层间耦合作用,某一层交流系统发生故障可能导致非故障层换流器发生换相失败。为此,考虑到故障过程直流电流的变化,提出一种基于直流电流瞬时微分的换相失败预防控制策略。该策略基于故障后直流电流的变化特性,得到换相电流时间面积控制中触发角修正量,代替原有换相失败预防控制,提高非故障层换相失败预防控制的启动精度;同时基于电流预测量和等效直流输入电阻动态调整低压限流控制器的指令值,提高其响应速度。在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型对不同工况下所提控制策略进行验证。结果表明,该策略可降低高低端换流器同时发生换相失败的风险,改善故障后系统的运行性能。

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。

基于故障安全域的混合级联直流输电系统后续换相失败抑制策略

混合级联直流输电系统兼顾了电网换相换流器(LCC)和模块化多电平换流器(MMC)的优势,具有良好的工程应用前景,但系统逆变侧LCC与MMC间复杂的交直流耦合特性增加了后续换相失败的抑制难度。为此,该文提出了一种应对混合级联系统后续换相失败的协调控制策略。首先,分析了控制器交互期间电气量波动和LCC无功需求对系统恢复产生的不利影响,并在考虑控制器作用和MMC动态无功支撑的基础上建立了多电气量耦合作用下的故障安全域;其次,通过对混合级联系统和基于电网换相换流器的高压直流输电故障安全域对比分析,提出了一种基于MMC和低压限流环节(VDCOL)的协调控制策略,以实现系统后续换相失败抑制和功率快速平稳恢复相协调;最后,基于PSCAD/EMTDC分别在不同严重程度交流故障、不同短路比和不同故障持续时间下进行仿真对比分析,验证了所提协调控制策略的有效性。

基于直流电流动态上升的高压直流输电系统换相失败分析

针对现有换相失败分析方法未考虑交流系统故障后直流电流动态上升对关断角影响的问题,在分析直流电流变化对关断角影响的基础上,首先推导了对称故障下未考虑直流电流变化以及考虑直流电流瞬时变化的换相失败分析方法。分析结果表明,当逆变侧换流母线电压跌落在一定区间内,以上2种方法会导致换相失败判别结果不准确。为此考虑交流系统故障后直流线路和直流控制的动态过程,推导了直流电流的时域表达式,通过求解直流电流最大值,提出了一种考虑直流电流动态上升的换相失败分析方法。最后基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提方法的有效性以及对高压直流输电系统换相失败判别结果的正确性。

特高压直流分层接入方式下抑制连续换相失败的直流电流控制策略

特高压直流分层接入系统逆变侧交直流间均存在耦合,单一换流站发生连续换相失败容易导致电网发生连锁故障。针对这一问题,从层间交互作用机理出发,深入分析了高低端换流器控制响应差异以及其动态无功特性。分析表明:故障恢复阶段的无功交互量增加会导致非故障层换流母线电压的跌落,并直接引起该层换流器关断角的减小,从而引发连续换相失败。在此基础上,提出一种抑制连续换相失败的直流电流控制策略。该策略综合考虑无功交换量与换流母线电压的波动特征,通过系统实际运行状态实时计算直流电流指令来实现对高低端换流器的连续换相失败抑制。最后,建立了分层接入系统电磁暂态模型,通过多工况对比验证了策略的有效性。所提策略能够降低分层接入系统发生连续换相失败的概率,同时改善两层交流系统电压恢复特性,有利于系统安全稳定运行。

光伏接入直流受端电网下直流换相失败影响机理初探

随着“双碳”目标推进,大量新能源发电系统将接入高压直流输电系统受端电网,但鲜有文献涉及该研究场景,新能源接入是否会对直流运行带来不利影响存疑。为此,该文分析了电网发生交流故障后光伏、直流的输出特性及交互影响规律,发现直流发生换相失败后将向光伏输送50、100、150Hz正负序电流分量,导致光伏输出功率及并网点电压的波动,并通过受端电网反馈传递导致直流系统直流电流及超前触发角指令的波动,进而带来直流后续换相失败风险,最后结合PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了受端电网含光伏接入的高压直流输电系统模型,并通过仿真验证了上述结论的合理性及有效性。

混合级联直流输电系统换相失败抵御能力评估方法研究

混合级联直流输电系统适用于远距离、大容量、跨区域、多落点输电,但逆变侧换相换流器(linecommutated converter,LCC)交流母线发生故障时易发生换相失败,严重时甚至发生后续换相失败。为了评估混合级联直流输电系统换相失败抵御能力,首先给出混合级联直流输电系统准稳态模型,提出计及系统直流控制特性的交互作用因子计算方法,进而建立考虑模块化多电平变换器(modularmultilevel convertor,MMC)电气特性的混合级联系统逆变侧等值模型。然后,提出基于电压稳定因子(voltage stability factor,VSF)的混合级联系统换相失败抵御能力评估方法,并推导含有效短路比(effective short circuit ratio,ESCR)指标的换相失败免疫因子解析表达式,从理论角度分析交流系统强度对混合级联系统换相失败抵御能力的影响。最后,在PSCAD/EMTDC上搭建混合级联系统的电磁暂态详细仿真模型,验证交互作用因子计算方法、逆变侧等值模型、换相失败抵御能力评估方法的有效性,仿真结果表明,所提方法最大误差在5%左右。结合仿真,详细分析系统控制方式、逆变侧交流联络线等值耦合阻抗、MMC控制器参数对混合级联系统换相失败抵御能力的影响,为混合级联直流输电系统的安全稳定运行提供技术参考。

基于整流侧最大触发角限制的直流输电连续换相失败抑制方法

直流输电首次换相失败一般难以避免,但是可以采取一定的措施抑制连续换相失败。根据直流控制系统和等值电路,提出了整流侧换流器最大触发角计算公式,在逆变侧交流系统故障后及时根据计算结果对整流侧换流器最大触发角进行限制,可抑制直流输电连续换相失败。在PSCAD/EMTDC中搭建CIGRE HVDC标准测试模型进行仿真测试,测试结果验证了所提方法有效性,且适当增大限制程度,抑制成功率将增加。

基于可控电压源的高压直流输电换相失败抑制技术

为解决传统高压直流输电系统换相失败的问题,文中提出一种在电网换相换流器(LCC)与换流变压器之间串联级联H桥构成柔性化LCC系统的方案。级联H桥作为可控电压源产生容性交流电压,可以实现对换流阀实际换相电压的调节,从而有利于降低换相失败发生的概率。文中根据换流变压器二次侧相位关系建立起柔性化LCC的准稳态模型,进而研究了系统直流母线电压和实际熄弧角的控制关系并证明了柔性化LCC具备可以实现电网功率因数调节的特性。之后,文中提出了针对不同电网状况的可控电压源和LCC协调控制策略,使得系统在故障条件下能够同时满足保障直流功率传输和抗逆变颠覆的要求。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真证明了所提出的方案在交流电压跌落时相比传统LCC方案能够更有效的维持系统稳定、抑制换相失败发生。

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。

高压直流输电系统换流阀冷却技术的应用与改进

随着我国高压直流输电技术持续高速发展,换流阀对于高压直流输电系统越来越重要,其性能和可靠性更是与整个系统运行产生直接相关的正向影响。由于换流阀在运行过程中经常会产生大量热量,所以,冷却技术改进与应用既有重要性又有必要性。鉴于此,本文将高压直流输电系统换流阀冷却技术的改进与应用技术作为研究基点,以期为我国高压直流输电系统的设计、运行和维护提供参考。

交直流混联电网换相失败对继电保护影响研究

本文通过准确分析换相失败的原因和后果,探究其对调控继电保护的影响机理和作用方式,为相关研究者提供关于如何提高电网可靠性和调控继电保护准确性的指导和解决方案。本文旨在通过深入研究交直流混联电网中换相失败对调控继电保护的影响,为相关领域的研究者和从业人员提供有价值的参考和借鉴。

高压直流输电换流阀阻尼电容器故障机理分析和防范对策研究

详细论述了高压直流输电换流阀阻尼电容器的电气工作原理以及不同类型阻尼电容器的工艺结构和电气特性,对该电容器运行中出现故障的机理进行了分析,通过仿真及大量冲击放电试验结果的对比,说明大电流冲击下不同类型阻尼电容器元件结构及材料对其电气参数的影响,得出金属铝箔式电容器耐电流冲击特性更优,更适合作为高压直流输电换流阀阻尼电容器的结论。

抑制高压直流输电系统换相失败的可控串联电阻

针对高压直流输电系统中的换相失败问题,提出一种基于可控串联电阻(controllableseriesresistor,CSR)的解决方案。该方案比已有的换相失败防御模块省去了工频变压器;如果提供的辅助电压幅值相同,则比桥式可控串联电容少二分之一的功率器件。首先,给出了CSR的拓扑及控制。然后,基于准稳态方程分析了CSR的换相失败抑制机理及控制特性。结果表明,交流出线处的串联电阻能提高换相电压幅值并抑制相位超前跃变,从而有利于顺利换相。接着,损耗分析的结果显示,CSR稳态功率损耗仅占额定直流功率的0.045%,对系统正常功率传输的影响很小。最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态模型的仿真结果验证了所提方案的有效性:CSR的换相失败抑制能力较标准系统提高6~7.2倍,比桥式可控电容提高80%~90%。

混合级联特高压直流输电系统逆变站保护功能及闭锁策略设计

针对混合级联特高压直流输电系统的逆变站,基于其一次拓扑结构,按照保护无死区、故障易定位的原则,结合测量互感器的安装位置,提出了保护的分区建议和配置方案。根据逆变站故障发生的位置及严重程度,以快速切除故障、减少停运范围为目标,提出包括LCC(电网换相换流器)闭锁、单MMC(模块化多电平换流器)闭锁、MMC整体闭锁、顺序极闭锁和分步极闭锁的分级闭锁策略。以白鹤滩-江苏混合级联特高压直流输电工程实际的控制保护装置和按照工程成套参数建立的RTDS(实时仿真系统)模型组建了实时闭环仿真系统,通过仿真验证了所提保护方案和闭锁策略的可行性和有效性。