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。

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。

基于直流电流模糊预测控制的换相失败预防策略

为抑制直流输电系统逆变器换相失败的发生,可采用直流电流预测控制方法,但直流电流预测设定值计算公式中参数k存在一定的随机性,为此采用模糊控制器控制直流电流预测设定值,并提出直流电流模糊预测控制策略。设置了控制时长T,并通过仿真测试选取合适的T值,克服了原有方法引起的系统电流恢复缓慢的不足。最后通过CIGRE HVDC标准模型的PSCAD-Matlab联合调用仿真进行算例分析,结果验证了所提方法的有效性。

直流输电系统换相失败预防控制改进策略

基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)输电系统在交流电网故障下易发生换相失败,对电力系统的安全稳定运行造成极大威胁。考虑到基于交流电压跌落快速检测的换相失败预防控制(CFPREV)是避免首次换相失败的主要手段,深入分析了短路故障发生时刻、直流电流动态变化和关断角控制器响应等因素对换相过程的影响,从引发首次换相失败的临界换相电压值计算和考虑故障严重程度的触发角调节量2个方面出发,提出了直流输电系统CFPREV的改进策略,最大程度上提升直流系统首次换相失败免疫能力,降低直流系统发生换相失败的概率。

高压直流输电换相失败响应策略与预测控制技术路线分析

从高压直流输电熄弧角控制的原理出发,对比了实测型和预测型熄弧角控制方式的优缺点,从控制系统响应和保护系统响应两方面探讨了SIEMENS和ABB所采取的换相失败响应策略。着重研究了换相失败预测控制功能(CFPREV)在不同交流母线电压跌落程度和电压畸变程度故障下的响应情况。仿真结果表明,当交流母线电压跌落较为严重时,无论是否投入CFPREV功能,都未能阻止换相失败,但投入CFPREV功能后有利于换相失败后直流系统恢复;当直流系统与交流母线间的电气联系较强或交流母线电压畸变程度较低时,CFPREV功能在预防换相失败上有明显效果。

换相失败预测控制对电压稳定性影响及优化措施

对于直流馈入受端电网,避免换相失败与维持电压稳定是两个重要问题。为降低换相失败发生风险,实际直流控制系统通常配置有换相失败预测控制功能模块。扰动过程中,预测控制通过减小逆变器触发角α,增大换相裕度。这一控制将改变逆变站无功特性,甚至影响受端电网电压稳定性。文中基于实际工程的直流控制系统,建立了特高压直流仿真模型;揭示了换相失败预测控制及预测参数对逆变站非线性无功轨迹和电压稳定性的影响;在此基础上,提出了改善逆变站大扰动无功需求特性的预测参数优化措施。特高压直流受端电网大扰动时域仿真结果,验证了优化预测控制参数提升受端电网电压稳定性的有效性。

特高压直流分层接入方式下预防换相失败的协调控制策略

分层接入的特高压直流输电系统中,非故障层换相失败预测控制的启动时刻存在延时,无法及时反应故障严重程度以输出合适的触发角提前量,可能导致高低端换流器同时发生换相失败的风险增加。对此,提出一种基于故障层触发角提前量前馈的高低端换流器换相失败预测控制协调策略。利用故障层换流器可更灵敏反应故障严重程度的特点,所提策略将故障层换相失败预测控制触发角提前量引入非故障层换相失败预测控制,实现非故障层换相失败预测控制启动时刻提前。此外,还引入直流电流协调系数以得到更合适的触发角提前量。在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型,对不同工况下所提控制策略进行了验证。结果表明,该策略能快速应对逆变侧交流系统故障,减小高低端换流器同时发生换相失败的风险,对预防分层接入系统高低端换流器同时发生换相失败有一定借鉴意义。

考虑交直流无功交互特性的换相失败预测控制优化方法

换相失败预测控制在减小换相失败风险的同时将增大直流系统的无功消耗,但当前研究均未考虑其在多回直流系统与受端电网之间无功交互的影响,因此提出了考虑交直流无功交互特性的换相失败预测控制优化方法。首先,分析了换相失败预测控制作用下交直流混联电网的态势演化规律。然后,综合考虑功率冲击和无功功率来评估各回直流系统对受端电网的影响程度,并据此对换相失败预测控制参数进行优化设置。最后,基于实际电网对所提协调优化方法进行了仿真分析。仿真结果表明,该方法能在有效降低整体换相失败功率冲击的同时,避免直流系统吸收过多无功功率而威胁交直流混联电网的无功电压稳定,有利于故障后的无功电压态势向恢复稳定的方向演化。

特高压直流分层接入下换相失败预防协调控制

特高压直流分层接入下逆变侧高低压阀组分别接入500 kV和1000kV电压等级,当以上某个电压等级发生交流故障时,引起高低压逆变阀组发生换相失败的主导因素是不同的。分别分析了逆变阀组发生换相失败的主导因素,分析表明:导致非故障层逆变阀组换相失败的主导因素是直流电流的升高,而导致故障层逆变阀组换相失败的主导因素是交流电压的跌落。由于换相失败预防控制通过检测交流电压判断交流故障,非故障层逆变阀组的换相失败预防控制将因启动太慢以至于无法有效抑制换相失败。为了解决这个问题,提出一种适用于特高压分层接入下的换相失败预防协调控制策略。该控制策略可以使非故障层换相失败预防控制的启动时间提前到与故障层换相失败预防控制相同,从而有效提升了非故障层逆变阀组换相失败的抑制效果。在PSCAD/EMTDC中搭建了特高压分层接入工程的仿真模型,仿真算例验证了所提协调控制器的有效性。

特高压直流多馈入系统换相失败预防协调控制

直流多馈入系统中直流落点间的电气距离较近,不同直流系统间的无功电压耦合关系密切,换相失败预防控制(CFPREV)可能对其他直流系统的正常换相产生影响。在分析CFPREV对多馈入直流系统换相影响的基础上,提出了特高压直流多馈入系统换相失败预防协调控制策略。该协调控制策略可以自适应调节CFPREV输出,在其他直流系统具有较低换相裕度时降低CFPREV输出,从而降低逆变器的无功需求,避免其他直流系统的换相失败。以规划建设中的河南特高压直流多馈入系统为例搭建了仿真模型,仿真算例验证了所提换相失败预防协调控制器的有效性。

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。

基于波形相似度检测的换相失败预测控制改进方法

换相失败是高压直流输电系统常见故障之一。为抑制直流输电系统逆变器换相失败的发生,目前实际工程普遍采用换相失败预测控制(CFPREV)环节。但该环节易受故障合闸角的影响,在某些故障合闸角下,零序电压指标的变化趋势与故障严重程度变化趋势相悖,这将严重制约其启动速度,不利于换相失败抑制。文中在CFPREV基础上,提出一种基于波形相似度检测的CFPREV改进方法,利用Pearson相关系数实时表征零序电压波形变化,快速检测故障,规避了原CFPREV在某些故障合闸角下启动慢的不足。基于CIGRE标准测试模型的仿真结果表明,所提出的控制策略可以消除故障合闸角对原CFPREV的影响,提高CFPREV环节动作灵敏性,在一定程度上抑制直流输电系统首次换相失败。

基于电流电压预测的直流输电换相失败预防策略

随着我国交直流混联电网的快速发展,直流输电换相失败已成为严重威胁电网安全稳定运行的关键因素之一。设计合理的换相失败预防策略是保障交直流混联电网安全稳定运行的有效手段,但现有换相失败预防策略在部分工况下会失效甚至加剧换相失败。针对这一问题,在分析现有换相失败预防(commutationfailureprevention,CFPREV)控制的原理与不足的基础上,研究暂态过程中直流电流增量对换相失败的影响。提出一种基于直流电流和交流电压双预测的换相失败预防控制策略及其参数整定方法。最后以CIGRE标准直流测试模型及河南特高压直流输电模型为例,仿真验证了所提控制策略对不同类型换相失败抑制的有效性及相较于现有CFPREV的优越性。

一种可降低首次换相失败风险的预测型低压限流控制

随着交直流混联电网的快速发展,直流输电换相失败已成为严重威胁电网安全稳定运行的关键因素之一。低压限流控制(voltage dependent current order limiter,VDCOL)是直流控制系统的重要环节,能有效减少后续换相失败的发生,但其首次换相失败抑制能力弱。为增强VDCOL首次换相失败抑制能力,首先分析了换相失败与低压限流控制机理;结合交流故障时暂态电流特性提出了一种基于直流电流预测与虚拟电阻的预测型低压限流控制策略;最后基于CIGRE直流标准测试模型,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提预测型低压限流控制器可有效降低首次换相失败风险。该方法在一定程度上突破了现有换相失败预防策略的局限性,可改善交直流混联电网受端故障恢复特性。

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。

基于直流电流变化量的换相失败预测判别与控制系统优化

故障暂态期间熄弧角的计算精度会影响换相失败预测和控制效果,为减小故障暂态期间熄弧角计算误差,通过对逆变器换相过程进行分析,推导建立了含直流电流变化量的熄弧角计算公式。提出了一种提高换相期间直流电流变化量预测精度的方法,构建了基于直流电流微分的换相失败预测判据。在预测型定熄弧角控制器中增添直流电流预测模块,改善故障暂态期间的控制效果。以PSCAD/EMTDC为平台搭建直流标准测试模型,对不同过渡电阻、电感的接地故障进行仿真测试,验证了所提换相失败预测判据与控制策略的有效性。

一种降低换相失败概率的变论域模糊控制方法

为了降低直流系统换相失败的几率,通过对换相机理的分析,得到促进换相的因素,利用模糊控制预防控制换相失败。针对常规模糊控制精度不高,及控制规则与精度间的矛盾,提出了一种基于相平面响应轨迹特征向量法的变论域模糊预防控制方法,从而动态改变论域,修正控制规则,提高控制精度和收敛性。该方法动态监测交流电压的变化和变化率,一旦故障快速增大越前触发角,减小换相面积,抑制换相失败的发生。通过CIGRE HVDC标准模型进行了仿真研究,仿真结果验证了所提控制方法的灵敏性和准确性,能够有效地降低换相失败发生的概率。

从西站交流滤波器投入导致直流电压跌落分析

从西换流站在交流滤波器投入时出现了直流电压异常跌落的情况,影响了系统的正常运行。交流滤波器在投入瞬间会产生合闸涌流,对设备本身和系统造成冲击,而涌流大小与合闸相角有关,选相合闸装置能够控制断路器在适当时刻合闸,以缩短滤波器投入时产生的暂态过程。针对交流滤波器合闸涌流的产生机理及危害,阐述了选相合闸装置的工作原理;通过观察交流滤波器投入时刻的电压电流波形,对合闸涌流的抑制效果进行分析;并根据极控系统的控制响应情况,推导直流电压跌落的原因。基于溪洛渡直流工程模型,利用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件进行仿真验证,证明了理论分析的正确性。最后根据断路器合闸数据对选相合闸装置合闸时间重新进行整定,以避免直流电压异常跌落情况的发生。

基于电化学储能的多馈入直流系统暂态控制及影响因素分析

随着越来越多大容量特高压直流输电工程建成投运,我国电力系统逐渐形成交直流混联结构,电网耦合特性更加复杂,系统的安全稳定运行面临更大挑战。电网侧电化学储能技术近年来在电网中快速发展,有望成为改善交直流混联系统稳定性的有效控制手段。该文针对多馈入直流系统暂态过程中的连续换相失败问题,分析了连续换相失败的机理及储能电站的作用机制,提出了储能电站改进暂态无功控制策略,优化了储能电站的暂态控制效果,并进一步分析了储能电站的容量大小与接入位置两个关键因素对控制效果的影响。以河南多馈入直流系统为例,仿真结果验证了所提储能电站改进暂态无功控制策略能够实现较好的换相失败控制效果。此外,遍历仿真结果也揭示了容量大小与接入位置对储能电站控制效果的影响规律。

基于VSC与LCC并联的换流站扩容及协调控制方案

由于直流输电工程输送容量不足并且输电线路走廊有限,本文提出了基于VSC与LCC并联的换流站扩容方案,其送端采用两个LCC并联结构,受端采用LCC与VSC并联结构,这在降低扩建成本的同时,受端VSC换流器充分发挥有功无功快速独立控制的优点,提高了LCC换流器抵御换相失败的能力。为了防止换相失败,LCC通常配备换相失败预测控制模块,本文首先建立受端LCC与VSC的关联模型,推导得出该模块在此方案中仍具有一定效果;接着在此基础上提出VSC与LCC的协调控制方案,该方案通过调节VSC发出的无功功率,在受端电网故障时增大逆变侧LCC的运行关断角并且维持电网电压,整流侧与逆变侧协调配合来抑制直流电流上升,提高LCC抵御换相失败的能力;最后在PSCAD/EMTDC中验证了该扩容方案与其协调控制方案的正确性和有效性。