高压直流系统的首次和后续换相失败抑制策略研究
换相失败是采用电网换相换流器的高压直流系统最常见的故障之一。当高压直流逆变侧发生交流故障时，换相电压的幅值骤降和相位跳变会导致逆变器的换相裕度急剧减小，从而引发首次换相失败。逆变器的换相失败会引起直流传输功率中断、直流电流上升，这将使直流系统偏离正常运行状态，对设备安全造成损害。当直流系统从首次换相失败中恢复后，若控制系统调节不当，在故障持续和清除期间可能发生后续换相失败，从而对交流系统造成反复的大功率冲击，严重时可能引起直流闭锁，危及电网安全。因此深入分析高压直流控制系统并对控制策略进行相应的改进，对于减小逆变器发生首次换相失败的几率以及避免逆变器发生后续换相失败具有重要的意义。 本文首先对高压直流工程中常用的CIGRE、SIEMENS、ABB三种基本控制策略进行介绍，基于CIGREHVDC标准测试模型详细分析了三种控制策略下直流系统在逆变侧交流故障后的暂态响应以及换相失败免疫性能。 接着，针对目前直流工程中常用的关断角控制器在暂态下响应速度较慢，且存在较大的控制误差的特点，本文提出了一种快速应对交流故障的首次换相失败抑制策略。该方法根据换流母线处三相电压的零序分量以及αβ分量幅值计算交流故障下定关断角控制下应有的触发角指令，并将该触发角指令作为原定关断角控制器输出指令的上限值，从而对原控制系统触发角指令进行快速修正，增加交流故障下各换流阀的换相裕度，减小逆变器发生首次换相失败的概率。 现代直流输电普遍采用的等间隔触发控制根据触发角指令和锁相环的交流电压同步相位发出等间隔触发脉冲信号序列，实现换流器的触发相位控制。然而在逆变侧交流故障后的恢复期间，交流电压相位的快速变化可能导致锁相环无法及时锁相，使实际触发角与触发角指令值之间存在较大差距。当实际触发角大于触发角指令值时，换流器很可能因换相裕度不足而发生后续换相失败。因此，本文提出了一种基于换相电压相位检测的故障恢复策略，该策略对换相电压的初相位进行检测，并结合锁相环输出的同步相位来计算实际触发角的偏移量，进而对触发角指令进行补偿，以减小实际触发角与控制器指令之间的差距，从而抑制后续换相失败的发生。 高压直流工程常用的预测型定关断角控制通过开环的方式计算关断角参考值下应有的触发角指令，从而实现稳态下逆变侧的定关断角控制。但在交流故障下，传统预测型定关断角控制输出的触发角指令将产生误差，此外各换流阀的实际触发角也会偏离指令值，从而增加了逆变侧发生换相失败的风险。因此，为提升逆变器的换相失败抵御能力，提出了一种改进的预测型定关断角控制方法。该方法分别计算各换流阀在各自换相电压下应有的触发角指令，并考虑换流器触发相位控制系统的影响，通过加入补偿项来消除故障下实际触发角与控制器指令值之间的偏差；为适应换流阀等间隔触发的要求，取最小的触发角指令作为定关断角控制的输出。 最后，对上述研究工作进行总结，对后续高压直流的换相失败抑制策略研究工作提出展望。
高压直流系统;换相失败;抑制策略;逆变器
华南理工大学
硕士
电力系统及其自动化
汪娟娟
2021
中文
TM721.1
2022-01-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）