CN110011346A - 一种考虑逆变站相互影响的换相失败风险评估方法 - Google Patents

一种考虑逆变站相互影响的换相失败风险评估方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110011346A
CN110011346A CN201910206215.1A CN201910206215A CN110011346A CN 110011346 A CN110011346 A CN 110011346A CN 201910206215 A CN201910206215 A CN 201910206215A CN 110011346 A CN110011346 A CN 110011346A
Authority
CN
China
Prior art keywords
commutation
commutation failure
current
inverter station
component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910206215.1A
Other languages
English (en)
Inventor
张东寅
范志华
许汉平
苗世洪
乔立
杨炜晨
魏聪
胡婷
王怡聪
曹倩倩
童雅芳
阮博
熊炜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
State Grid Corp of China SGCC
Economic and Technological Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
Economic and Technological Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Corp of China SGCC, Economic and Technological Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd filed Critical State Grid Corp of China SGCC
Priority to CN201910206215.1A priority Critical patent/CN110011346A/zh
Publication of CN110011346A publication Critical patent/CN110011346A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

一种考虑逆变站相互影响的换相失败风险评估方法，该方法包括以下步骤：A、计算受交流系统故障影响发生换相失败的逆变站集合；B、根据开关函数法，推算换相失败逆变站向受端交流系统注入的换相失败分量；C、基于动态相量法获取换相失败电流分量中占主要成分的基频分量与三次谐波分量；D、计算在交流系统故障与换相失败分量影响下，未发生换相失败逆变站的换流母线电压的变化情况；E、根据换相面积积分法判断多馈入高压直流输电系统中各逆变站是否发生换相失败。本设计不仅评价结果准确，而且可研究换相失败传递情况。

Description

一种考虑逆变站相互影响的换相失败风险评估方法
技术领域
本发明涉及传统直流系统换相失败研究领域，尤其涉及一种考虑逆变站相互影响的换相失败风险评估方法。
背景技术
直流输电技术已得到了广泛应用。目前，华东电网与南方电网已形成多馈入交直流系统，交直流互联电网相互影响日益严重，电网的运行特性更趋复杂。由交流系统 接地故障所产生电压暂降会导致多回特高压常规直流逆变站换流母线电压下降，可进 一步导致直流系统换相失败甚至闭锁。而特高压直流换相失败/闭锁给受端电网带来 的有功和无功冲击会进一步导致受端交流电网的各类安全稳定问题，甚至出现复杂的 连锁故障模式。在此情况下，亟需深化研究多馈入高压直流系统中换相失败的相互影 响机理。
为衡量多馈入高压直流输电系统中逆变站间相互作用的强弱，CIGRE WG B4-41工作组提出多馈入交互作用因子(multi-infeed interaction factor,MIIF)以衡量 换流站相互作用强度。目前对多馈入直流输电系统多回逆变站换相失败的风险评估方 法大都基于MIIF展开分析，这些研究仅从稳态分析的角度考虑了交流系统故障对直 流系统换相过程的影响，而未对直流系统换相失败的相互影响进行分析。实际上，换 相失败是暂态过程，某回直流系统发生换相失败会给其它直流系统带来明显的电压扰 动，可能造成换相失败的进一步传递。因此，现有方案的评价结果往往偏向乐观，且 无法研究换相失败连锁发生的情况。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的评价结果不准确且无法研究换相失败传递的缺陷与问题，提供一种评价结果准确且可研究换相失败传递的考虑逆变站相互影 响的换相失败风险评估方法。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种考虑逆变站相互影响的换相失败风险评估方法，该方法包括以下步骤：
A、计算受交流系统故障影响发生换相失败的逆变站集合；
B、根据开关函数法，推算换相失败逆变站向受端交流系统注入的换相失败分量；
C、基于动态相量法获取换相失败电流分量中占主要成分的基频分量与三次谐波分量；
D、计算在交流系统故障与换相失败分量影响下，未发生换相失败逆变站的换流母线电压的变化情况；
E、根据换相面积积分法判断多馈入高压直流输电系统中各逆变站是否发生换相失败。
步骤B中，按照开关函数和调制理论的定义，多馈入高压直流输电系统交直流两侧的电压和电流表示为：
式(1)中，Udc为换流站直流电压，ua，ub，uc为换流器出口侧三相交流电压， Sua，Sub，Suc为三相电压的开关函数，ia，ib，ic为换流器出口侧三相交流电流，Idc为换流站直流电流，Sia，Sib，Sic为三相电流的开关函数；
开关函数的取值由各阀臂的导通情况确定，并满足：
式(2)中，Su1～Su6分别为换流器6个阀臂电压的开关函数，Si1～Si6分别为 换流器6个阀臂电流的开关函数；
通过调制开关函数，模拟直流系统在不同运行状态下的换相过程。
步骤B中，通过对比正常换相过程与换相失败期间直流系统对交流系统的电流注入量，可得换相失败期间直流系统向交流系统注入电流的变化量，即为换相失败分量 Δi；对交流系统而言，直流系统换相失败期间的暂态特性，即相当于在原正常电流 波形的基础上额外叠加Δi这一扰动激励源；
换相失败期间，换相失败分量所对应的开关函数表示为如下形式：
式(3)中，为未发生换相失败情况下换流变压器交流系统侧三相电流的开关函数；
对应于换流变压器交流系统侧的三相电流为：
式(4)中，Δia、Δib、Δic为换相失败期间，直流系统向交流系统注入的换相 失败分量，为正常运行工况下直流系统的直流电流。
步骤C中，根据动态相量理论，对于任意非正弦信号，均在任一区间 τ＝(t-T，t)将其展开为时变傅里叶级数，由傅里叶级数计算推导换相失败分量的 各阶动态相量为：
式(5)中，ΔIp(k)为换相失败分量的第k阶动态相量，Δip为换相失败期间逆 变站向第P相交流系统注入的换相失败电流分量，p＝(a，b，c)为交流系统三相值， ω＝2π/T为动态相量分析的基准频率，j为虚数单位，k为动态相量阶数。
步骤E中，当直流系统对称稳定运行时，各换流阀在换相过程中满足：
式(6)中，Lc为逆变侧等值换相电感，iopen与iclose分别为将要导通、关断阀 上流过的电流，e(t)为两阀臂所承受的换相电压，对应于换流变阀侧线电压；
对式(6)积分可得：
式(7)中，等式左侧即为完成换相过程所需的最小换相面积A0，等式右侧中t1为欲导通阀的触发时刻，滞后于e(t)上一过零点α角，t2为换相完成时刻，超前于 e(t)下一过零点γ角，Idc为换流站直流电流，ω为动态相量分析的基准频率；
各逆变站换相电压所能提供的最大换相面积Amax为：
式(8)中，γmin为晶闸管关断所需的最小关断角；
若Amax＜A0，则该逆变站发生换相失败，否则该逆变站正常运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明利用开关函数模型及动态相量理论，可有效刻画逆变站换相失败期间的暂态电流特性，从而实现对多馈入直流输电系统中各换流母线电压的解析计算。
2、本发明综合考虑多馈入直流输电系统中逆变站换相电压在受端交流系统故障与换相失败分量双重影响下的变化情况，并基于换相面积积分实现对换相失败风险的 解析计算，从而可实现对换相失败产生及传递的准确预警，为多馈入直流输电系统落 点选择及结果设计提供有效信息。
附图说明
图1是本发明一种考虑逆变站相互影响的换相失败风险评估方法的流程图。
图2是本发明的实施例中的双馈入高压直流输电系统示意图。
图3是本发明的实施例中的逆变站正常换相过程与换相失败期间开关函数示意图。
图4是本发明的实施例中的两回逆变站发生相继换相失败时的关断角波形。
图5是本发明的实施例中的不同情况下直流系统向交流系统注入电流的波形。
图6是本发明的实施例中的联络阻抗取0.1pu时，2号逆变站各换流阀换相面积 随接地阻抗的变化曲线。
图7是本发明的实施例中的联络阻抗取0.2pu时，2号逆变站各换流阀换相面积 随接地阻抗的变化曲线。
图8是本发明的实施例中的各换流阀换相面积随关联相角差的变化曲线。
图2中，Ud1、Ud2为两回直流系统的直流电压，Id1、Id2为两回直流系统的直 流电流，XT1与XT2为换流变压器电抗，n1与n2为换流变压器变比，ZC1与ZC2为滤 波器及并联无功补偿电容器的阻抗，Zne为换流母线的联络阻抗，ZS1与ZS2为逆变站 交流系统的等值阻抗，Zf为逆变站2换流母线发生三相接地故障时的接地阻抗，反 映交流系统故障的严重程度，U1与U2为换流母线电压，δ1与δ2为换流母线相电压的 相角，E1与E2为逆变站交流系统的等值电动势，ψ1与ψ2为逆变站交流系统的电角 度，ΔI为逆变站2换相失败期间向交流系统注入的换相失败分量。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1，一种考虑逆变站相互影响的换相失败风险评估方法，该方法包括以下步骤：
A、计算受交流系统故障影响发生换相失败的逆变站集合；
B、根据开关函数法，推算换相失败逆变站向受端交流系统注入的换相失败分量；
C、基于动态相量法获取换相失败电流分量中占主要成分的基频分量与三次谐波分量；
D、计算在交流系统故障与换相失败分量影响下，未发生换相失败逆变站的换流母线电压的变化情况；
E、根据换相面积积分法判断多馈入高压直流输电系统中各逆变站是否发生换相失败。
步骤B中，按照开关函数和调制理论的定义，多馈入高压直流输电系统交直流两侧的电压和电流表示为：
式(1)中，Udc为换流站直流电压，ua，ub，uc为换流器出口侧三相交流电压， Sua，Sub，Suc为三相电压的开关函数，ia，ib，ic为换流器出口侧三相交流电流，Idc为换流站直流电流，Sia，Sib，Sic为三相电流的开关函数；
开关函数的取值由各阀臂的导通情况确定，并满足：
式(2)中，Su1～Su6分别为换流器6个阀臂电压的开关函数，Si1～Si6分别为 换流器6个阀臂电流的开关函数；
通过调制开关函数，模拟直流系统在不同运行状态下的换相过程。
步骤B中，通过对比正常换相过程与换相失败期间直流系统对交流系统的电流注入量，可得换相失败期间直流系统向交流系统注入电流的变化量，即为换相失败分量 Δi；对交流系统而言，直流系统换相失败期间的暂态特性，即相当于在原正常电流 波形的基础上额外叠加Δi这一扰动激励源；
换相失败期间，换相失败分量所对应的开关函数表示为如下形式：
式(3)中，为未发生换相失败情况下换流变压器交流系统侧三相电流的开关函数；
对应于换流变压器交流系统侧的三相电流为：
式(4)中，Δia、Δib、Δic为换相失败期间，直流系统向交流系统注入的换相 失败分量，为正常运行工况下直流系统的直流电流。
步骤C中，根据动态相量理论，对于任意非正弦信号，均在任一区间 τ＝(t-T，t)将其展开为时变傅里叶级数，由傅里叶级数计算推导换相失败分量的 各阶动态相量为：
式(5)中，ΔIp(k)为换相失败分量的第k阶动态相量，Δip为换相失败期间逆 变站向第P相交流系统注入的换相失败电流分量，p＝(a，b，c)为交流系统三相值， ω＝2π/T为动态相量分析的基准频率，j为虚数单位，k为动态相量阶数。
步骤E中，当直流系统对称稳定运行时，各换流阀在换相过程中满足：
式(6)中，Lc为逆变侧等值换相电感，iopen与iclose分别为将要导通、关断阀 上流过的电流，e(t)为两阀臂所承受的换相电压，对应于换流变阀侧线电压；
对式(6)积分可得：
式(7)中，等式左侧即为完成换相过程所需的最小换相面积A0，等式右侧中t1为欲导通阀的触发时刻，滞后于e(t)上一过零点α角，t2为换相完成时刻，超前于 e(t)下一过零点γ角，Idc为换流站直流电流，ω为动态相量分析的基准频率；
各逆变站换相电压所能提供的最大换相面积Amax为：
式(8)中，γmin为晶闸管关断所需的最小关断角；
若Amax＜A0，则该逆变站发生换相失败，否则该逆变站正常运行。
本发明的原理说明如下：
本设计提出了一种考虑逆变站相互影响的换相失败风险评估方法，其目的在于从逆变站换相失败的暂态特性出发，解析计算了由换相失败分量而引起的受端交流系统 电压的变化情况；并基于换相面积积分法，实现对多馈入直流系统换相失败产生及传 递的风险评估，由此解决现有技术存在的评价结果不准确且无法研究换相失败传递的 问题。
本设计基于开关函数法研究逆变站换相失败期间的暂态电流特性，根据换流器工作原理，直流电压及电流可视为是交流三相电压及电流被开关函数调制的结果。
本设计采用动态相量理论对直流系统交流侧的暂态特性进行定量研究，动态相量是在给定波形上的“滑动窗”基于时间的傅里叶级数，忽略级数中不重要的项，且考 虑逆变站滤波器对特征谐波的抑制作用，可简化模型，从而方便地计算由换相失败分 量而引起的换流母线处的电压变化规律。
换相失败出现的最直接原因是换相过程所预留的关断角γ小于晶闸管关断所需的最小关断角γmin，根据换流母线处三相电压的解析表达式，可计算换相电压所能 提供的最大换相面积。在逆变站直流侧形成短路通路前，直流电流上升幅度较小，可 近似认为逆变侧直流电流是在直流侧形成短路后才开始变化。从而，在评估逆变站换 相失败风险时，认为其所需的最小换相面积保持不变。根据换流母线处的三相电压分 析逆变站在扰动影响下各换流阀的最大换相面积，当某一阀的最大换相面积 Amax＜A0时即认为逆变站会发生换相失败。
实施例：
参见图1、图2，本实施例以一个双馈入直流输电系统为例介绍本设计一种考虑 逆变站相互影响的换相失败风险评估方法，该方法包括如下步骤：
(1)计算由交流系统故障引起的换相电压变化量
当2号换流母线发生接地故障时，1号换流母线的电压幅值变化量为：
式(9)中，ΔU2为2号换流母线的电压变化量，U20为交流系统故障前2号换 流母线的电压，为交流系统故障前节点阻抗矩阵Z中两条换流母线间的互阻抗， 为2号换流母线的等值自阻抗，Zf为逆变站2换流母线发生三相接地故障时的接 地阻抗；
考虑到交流系统等值阻抗中感性成分占优，可近似认为接地故障发生后，1号换流母线仅发生了幅值上的变化，即：
式(10)中，K为接地故障后换流母线电压的比例系数；
(2)若多馈入直流输电系统中存在逆变站发生换相失败，则需要进一步研究这 些逆变站对同一落点的其他逆变站换相过程的影响，具体地，包括如下子步骤：
(2.1)基于开关函数描述逆变站的换相失败期间的暂态过程
基于开关函数描述逆变站的换相过程，正常情况下各换流阀及交流侧各相电流的开关函数如图3(a)所示，其中，为逆变站交流侧三相电压，P1～P6为逆 变站在一个周期内的各换流阀的触发时刻，为三相电流的开关函数， 分别为换流器6个阀臂电流的开关函数；
当换相失败发生时，换流阀的导通顺序被打乱，逆变站对交流系统的注入电流也发生改变，呈现出复杂的暂态特性；为准确衡量逆变站换相失败对交流系统的冲击作 用，下面将利用开关函数对换相失败期间直流系统的暂态过程进行分析：
不妨假设换相失败发生于阀1向阀3的换相过程，各换流阀及交流侧各相电流的开关函数如图3(b)所示，其中，P1～P6为逆变站在一个周期内的各换流阀的触发 时刻，Sia，Sib，Sic为三相电流的开关函数，Si1～Si6分别为换流器6个阀臂电流的开 关函数，ΔSia，ΔSib，ΔSic为换相失败期间，逆变站向交流系统额外注入换相失败分 量的开关函数；
在P3时刻，阀3被触发，因b、a两相的电压差uba＞0，直流电流逐渐由阀1 向阀3转移；由于换相电压下降、过零点偏移等因素造成换相面积不足，当uba过零 点时，阀1未完成去游离过程，无法可靠关断，随后，因uba＜0，阀1重新导通， 阀3电流减小直至关断，即发生阀3向阀1的倒换相；
P4时刻阀4被触发导通，开始阀2到阀4的换相过程；由于阀1与阀4同时导通， 直流侧形成短路通路，Id迅速增大，同时交流系统等效开路；在此过程中直流电流对 交流系统的注入电流减小为0；
在P5时刻，阀5被触发，因其承受反向电压uca＜0，所以无法正常导通，交 流系统仍视为开路；
在P6时刻，阀6承受电压uab＞0，电流开始由阀4向阀6转移；若换相成功， 则导通顺序恢复正常；但在直流侧短路期间，由于直流电流大幅增加，很可能导致阀 4向阀6的换相失败；在此过程中，交流系统的a、b两相通过阀4与阀6形成两相短 路，短路电流受a、b两相的电压差uab影响，先增大后减小，直到完成阀6到阀4 的倒换相；在不考虑电压波形畸变、换相电感初始状态影响的理想情况下，a、b两相 短路电流的等效幅值与Id0相近；
阀6向阀4倒换相完成后，直流系统仍等效短路，向交流系统的注入电流将为0； 换相过程依次类推，直至阀1或阀4关断，直流系统恢复正常导通顺序；
(2.2)推算换相失败分量的开关函数
通过对比正常换相过程与换相失败期间直流系统对交流系统的电流注入量，可得换相失败期间直流系统向交流系统注入电流的变化量，即换相失败分量Δi；对交流 系统而言，直流系统换相失败期间的暂态特性，即相当于在原正常电流波形的基础上 额外叠加Δi这一扰动激励源；
以阀4导通时刻作为起始时段，交流系统各相的换相失败分量所对应的开关函数为：
式(11)至式(13)中，m为换流阀发生换相失败的次数，ωt为t时刻所对应 的电角度；
对应于换流变压器交流系统侧的三相电流为：
(2.3)基于动态相量理论，研究换相失败分量的暂态特性
考虑到单桥逆变站滤波器对6k±1次谐波的抑制作用与换流变压器的变比，换相失败分量向交流系统实际注入的电流为：
式(15)中，n为换流变压器的变比，根据傅里叶分析结果可知，a、b、c三相 的换相失败分量不对称且含有较多的谐波成分，会造成交流系统电压波形畸变，进而 对同一落点的其它逆变站产生影响；
同理可得正常换相情况下直流系统向交流系统的注入电流为：
(2.4)计算在交流系统故障与换相失败分量双重影响下换流母线处电压的解析表达式
由换相失败分量引起的电压波动除基频成分还包括三次谐波分量，需分别根据接地故障发生后系统的等值网络进行分析；
正常情况下2号逆变站向交流系统注入三相电流I20与1号换流母线相电压U之 间的相角差为：
将θ定义为两逆变站之间的关联相角差，式(17)中，为2号逆变站换流变 压器出口处交流电压与注入交流电流的相角差，即2号逆变站的功率因数角，Δδ为 两换流母线相电压的相角差；
对于换相失败分量中的基频成分，其在2号换流母线处引起的电压波动为：
Δup(1)＝ΔIpZ12 (18)
对于换相失败分量中的三次谐波成分，其在2号换流母线处引起的电压波动为：
Δup(3)＝ΔIpZ12(3) (19)
式(18)与式(19)中，Δup(1)与Δup(3)分别为由换相失败分量引发电压波动的 基频分量与三次谐波分量，Z12与Z12(3)分别为发生接地故障后交流系统基频阻抗矩 阵与三次谐波阻抗矩阵中两回换流母线间的互阻抗系数；
从而，2号换流母线处的三相电压为：
式(20)中，ψ(1)与ψ(3)分别为Z12与Z12(3)的阻抗角，Um为相电压幅值；由式(20)可知，在交流系统发生三相对称故障而引起1号逆变站处发生换相失败时，2 号换流母线的电压变化量由换相失败分量与交流系统故障共同影响；
(3)根据式(8)计算多馈入直流系统中各逆变站换相电压所能提供的最大换相 面积，通过与换流阀关断所需的换相面积对比，判断逆变站是否发生换相失败；
具体地，在本实施例中，根据式(20)所得换流母线处各相电压的解析表达式， 结合式(8)计算多馈入直流系统中各逆变站换相电压所能提供的最大换相面积Amax， 通过与换流阀关断所需的最小换相面积A0对比，判断逆变站是否会发生换相失败， 若Amax＜A0，则该逆变站发生换相失败，否则该逆变站正常运行。
为验证本方法的准确性，实验结果如图4至图8所示。
图4是逆变站2换流母线处发生三相接地故障时，两回逆变站发生相继换相失败期间关断角的波形，从图中可以看出，受交流系统故障影响逆变站2首先发生换相失 败；经过一段时间后，逆变站1在交流系统故障与换相失败分量影响下才发生换相失 败，即两回逆变站发生非同时的换相失败，验证了多馈入高压直流系统中存在换相失 败的相互影响作用。
图5给出了逆变站在正常换相过程与换相失败过程中对交流系统的注入电流(电流已做标幺值处理)。图5中，1号线条为直流系统向交流系统a相注入的电流，2号 线条为直流系统向交流系统b相注入的电流，3号线条为直流系统向交流系统c相注 入的电流。图5(b)所示的换相过程，首先发生阀1到阀3的换相失败，经历3次换 相失败后，直流系统的导通顺序恢复正常。对比正常换相过程与换相失败期间的电流 波形，可得换相失败期间直流系统向交流系统注入的换相失败分量，如图5(c)所示。 对比5(c)与图3所示的换相失败分量开关函数可知，换相失败分量的仿真计算结果与 理论相符。
图6为联络阻抗取0.1pu且考虑换相失败分量影响时，1号逆变站各换流阀在不 同接地阻抗下最大换相面积与所需换相面积的比值。图6中，为基于PSCAD仿真 分析所得的令1号逆变站发生换相失败的最大接地电感，L′f为仅考虑交流系统故障影 响时，计算得到的令1号逆变站发生换相失败的最大接地电感。图6中黑色曲线为仅 考虑交流系统接地故障时，1号逆变站换相能力随接低阻抗的变化曲线。取同一接地 阻抗下各换流阀换相面积的最小值，即反映了1号逆变站对交流系统故障及换相失败 分量的免疫能力。由图6可知，在考虑换相失败相互影响时，不论接地阻抗取值多少， 2号逆变站换相失败必然会引起1号逆变站发生换相失败；而在仅考虑交流系统故障 作用时，当接地电感小于0.2H时才会引起1号逆变站发生换相失败。这与仿真计算 结果相符，说明本方法所提换相失败风险评估方法可准确评估由逆变站相互影响而导 致的相继换相失败风险。
图7为联络阻抗取0.2pu时，1号逆变站各换流阀随接地电感的变化规律。图7 中，为基于本发明所提方法计算得到的令1号逆变站发生换相失败的最大接地电 感。图7中黑色曲线为仅考虑交流系统接地故障时，1号逆变站换相能力随接低阻抗 的变化曲线。取同一接地阻抗下各换流阀换相面积的最小值，即反映了1号逆变站对 交流系统故障及换相失败分量的免疫能力。根据本发明理论分析结果，引起1号逆变 站发生换相失败的临界接地电感为0.55H，PSCAD循环仿真的结果表明临界接地电感 为0.47H；而在仅考虑交流系统接地故障影响时，只有当接地电感下降至约0.1H时才 会引发1号逆变站换相失败，显然本方法的分析结果更为准确。
以上算例结果表明，本发明所提一种考虑逆变站相互影响的换相失败风险评估方法可准确刻画逆变站换相失败期间的暂态电流特性，在考虑交流系统故障与换相失败 分量双重作用下所得的换相失败风险评估结果具有更高的准确性；另外，可帮助电网 规划、运维人员准确评估多馈入直流系统换相失败风险，为系统设计、安全运行提供 有效信息。

Claims (5)

1.一种考虑逆变站相互影响的换相失败风险评估方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
A、计算受交流系统故障影响发生换相失败的逆变站集合；
B、根据开关函数法，推算换相失败逆变站向受端交流系统注入的换相失败分量；
C、基于动态相量法获取换相失败电流分量中占主要成分的基频分量与三次谐波分量；
D、计算在交流系统故障与换相失败分量影响下，未发生换相失败逆变站的换流母线电压的变化情况；
E、根据换相面积积分法判断多馈入高压直流输电系统中各逆变站是否发生换相失败。
2.根据权利要求1所述的一种考虑逆变站相互影响的换相失败风险评估方法，其特征在于：步骤B中，按照开关函数和调制理论的定义，多馈入高压直流输电系统交直流两侧的电压和电流表示为：
式(1)中，Udc为换流站直流电压，ua，ub，uc为换流器出口侧三相交流电压，Sua，Sub，Suc为三相电压的开关函数，ia，ib，ic为换流器出口侧三相交流电流，Idc为换流站直流电流，Sia，Sib，Sic为三相电流的开关函数；
开关函数的取值由各阀臂的导通情况确定，并满足：
式(2)中，Su1～Su6分别为换流器6个阀臂电压的开关函数，Si1～Si6分别为换流器6个阀臂电流的开关函数；
通过调制开关函数，模拟直流系统在不同运行状态下的换相过程。
3.根据权利要求2所述的一种考虑逆变站相互影响的换相失败风险评估方法，其特征在于：步骤B中，通过对比正常换相过程与换相失败期间直流系统对交流系统的电流注入量，可得换相失败期间直流系统向交流系统注入电流的变化量，即为换相失败分量Δi；对交流系统而言，直流系统换相失败期间的暂态特性，即相当于在原正常电流波形的基础上额外叠加Δi这一扰动激励源；
换相失败期间，换相失败分量所对应的开关函数表示为如下形式：
式(3)中，为未发生换相失败情况下换流变压器交流系统侧三相电流的开关函数；
对应于换流变压器交流系统侧的三相电流为：
式(4)中，Δia、Δib、Δic为换相失败期间，直流系统向交流系统注入的换相失败分量，为正常运行工况下直流系统的直流电流。
4.根据权利要求1所述的一种考虑逆变站相互影响的换相失败风险评估方法，其特征在于：步骤C中，根据动态相量理论，对于任意非正弦信号，均在任一区间τ＝(t-T，t)将其展开为时变傅里叶级数，由傅里叶级数计算推导换相失败分量的各阶动态相量为：
式(5)中，ΔIp(k)为换相失败分量的第k阶动态相量，Δip为换相失败期间逆变站向第P相交流系统注入的换相失败电流分量，p＝(a，b，c)为交流系统三相值，ω＝2π/T为动态相量分析的基准频率，j为虚数单位，k为动态相量阶数。
5.根据权利要求1所述的一种考虑逆变站相互影响的换相失败风险评估方法，其特征在于：步骤E中，当直流系统对称稳定运行时，各换流阀在换相过程中满足：
式(6)中，Lc为逆变侧等值换相电感，iopen与iclose分别为将要导通、关断阀上流过的电流，e(t)为两阀臂所承受的换相电压，对应于换流变阀侧线电压；
对式(6)积分可得：
式(7)中，等式左侧即为完成换相过程所需的最小换相面积A0，等式右侧中t1为欲导通阀的触发时刻，滞后于e(t)上一过零点α角，t2为换相完成时刻，超前于e(t)下一过零点γ角，Idc为换流站直流电流，ω为动态相量分析的基准频率；
各逆变站换相电压所能提供的最大换相面积Amax为：
式(8)中，γmin为晶闸管关断所需的最小关断角；
若Amax＜A0，则该逆变站发生换相失败，否则该逆变站正常运行。
CN201910206215.1A 2019-03-19 2019-03-19 一种考虑逆变站相互影响的换相失败风险评估方法 Pending CN110011346A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910206215.1A CN110011346A (zh) 2019-03-19 2019-03-19 一种考虑逆变站相互影响的换相失败风险评估方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910206215.1A CN110011346A (zh) 2019-03-19 2019-03-19 一种考虑逆变站相互影响的换相失败风险评估方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110011346A true CN110011346A (zh) 2019-07-12

Family

ID=67167367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910206215.1A Pending CN110011346A (zh) 2019-03-19 2019-03-19 一种考虑逆变站相互影响的换相失败风险评估方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110011346A (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111697613A (zh) * 2020-06-30 2020-09-22 国网山东省电力公司电力科学研究院 直流输电系统换相失败的临界电压计算方法及系统
CN111781453A (zh) * 2020-07-04 2020-10-16 国家电网公司华中分部 一种基于故障时刻的直流系统换相失败风险评估方法
CN112564158A (zh) * 2020-12-15 2021-03-26 深圳供电局有限公司 一种直流换相失败预测方法
CN113162105A (zh) * 2021-05-31 2021-07-23 南方电网科学研究院有限责任公司 基于触发角自适应调节的换相失败控制、仿真方法及装置
CN113433426A (zh) * 2021-08-30 2021-09-24 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 直流输电系统的换流母线临界故障位置计算方法及装置
CN113572187A (zh) * 2020-10-20 2021-10-29 国网经济技术研究院有限公司 基于虚拟电容的高压直流连续换相失败抑制方法
CN113595126A (zh) * 2021-07-28 2021-11-02 华中科技大学 直流输电系统换相失败的预警指标计算方法和预警方法
CN114884113A (zh) * 2022-05-05 2022-08-09 华北电力大学 多馈入直流输电系统换相失败判别方法
WO2023226048A1 (en) * 2022-05-27 2023-11-30 C-Epri Electric Power Engineering Co. Ltd. Commutation failure prediction for line-commutated converter based high voltage direct current (lcc-hvdc) systems

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105024393A (zh) * 2015-06-24 2015-11-04 国家电网公司 一种直流输电系统换相面积计算方法及换相失败检测方法
KR20150142763A (ko) * 2014-06-11 2015-12-23 한국전력공사 Ｈｖｄｃ 시스템의 전류실패 예측 제어 장치
CN106712030A (zh) * 2017-02-07 2017-05-24 国网河南省电力公司 基于wams动态跟踪的直流受端交流系统电压稳定判别方法
CN106953348A (zh) * 2017-04-27 2017-07-14 华南理工大学 一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150142763A (ko) * 2014-06-11 2015-12-23 한국전력공사 Ｈｖｄｃ 시스템의 전류실패 예측 제어 장치
CN105024393A (zh) * 2015-06-24 2015-11-04 国家电网公司 一种直流输电系统换相面积计算方法及换相失败检测方法
CN106712030A (zh) * 2017-02-07 2017-05-24 国网河南省电力公司 基于wams动态跟踪的直流受端交流系统电压稳定判别方法
CN106953348A (zh) * 2017-04-27 2017-07-14 华南理工大学 一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘俊磊等: "HVDC系统换相失败对交流电网继电保护影响的机理分析", 《中国电机工程学报》 *
王超: "考虑换相失败的换流站开关函数模型", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111697613A (zh) * 2020-06-30 2020-09-22 国网山东省电力公司电力科学研究院 直流输电系统换相失败的临界电压计算方法及系统
CN111781453B (zh) * 2020-07-04 2022-07-29 国家电网公司华中分部 一种基于故障时刻的直流系统换相失败风险评估方法
CN111781453A (zh) * 2020-07-04 2020-10-16 国家电网公司华中分部 一种基于故障时刻的直流系统换相失败风险评估方法
CN113572187B (zh) * 2020-10-20 2023-11-21 国网经济技术研究院有限公司 基于虚拟电容的高压直流连续换相失败抑制方法
CN113572187A (zh) * 2020-10-20 2021-10-29 国网经济技术研究院有限公司 基于虚拟电容的高压直流连续换相失败抑制方法
CN112564158A (zh) * 2020-12-15 2021-03-26 深圳供电局有限公司 一种直流换相失败预测方法
CN113162105A (zh) * 2021-05-31 2021-07-23 南方电网科学研究院有限责任公司 基于触发角自适应调节的换相失败控制、仿真方法及装置
CN113162105B (zh) * 2021-05-31 2023-10-20 南方电网科学研究院有限责任公司 基于触发角自适应调节的换相失败控制、仿真方法及装置
CN113595126A (zh) * 2021-07-28 2021-11-02 华中科技大学 直流输电系统换相失败的预警指标计算方法和预警方法
CN113595126B (zh) * 2021-07-28 2023-08-25 华中科技大学 直流输电系统换相失败的预警指标计算方法和预警方法
CN113433426B (zh) * 2021-08-30 2021-12-31 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 直流输电系统的换流母线临界故障位置计算方法及装置
CN113433426A (zh) * 2021-08-30 2021-09-24 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 直流输电系统的换流母线临界故障位置计算方法及装置
CN114884113A (zh) * 2022-05-05 2022-08-09 华北电力大学 多馈入直流输电系统换相失败判别方法
WO2023226048A1 (en) * 2022-05-27 2023-11-30 C-Epri Electric Power Engineering Co. Ltd. Commutation failure prediction for line-commutated converter based high voltage direct current (lcc-hvdc) systems

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110011346A (zh) 一种考虑逆变站相互影响的换相失败风险评估方法
Han et al. A virtual multi-terminal current differential protection scheme for distribution networks with inverter-interfaced distributed generators
CN104218563B (zh) 一种中性点经多电平变流器接地的配电网故障消弧方法
Liao Fault location for single-circuit line based on bus-impedance matrix utilizing voltage measurements
CN102253283B (zh) 一种基于小波包能量谱的分布式微网并网孤岛检测方法
CN103475004B (zh) 抑制不平衡负载的静止无功发生器svg及控制方法
CN102135571B (zh) 超高压/特高压多回路输电线路零序阻抗抗干扰测量方法
CN108054764A (zh) 一种多功能配电网柔性接地装置及控制方法
CN106787662B (zh) 一种双向ac/dc变换器故障容错模型及其控制方法
CN105322528A (zh) 小电流接地故障有源消弧时注入电流两点计算方法
CN102508098B (zh) 用于交直流混联电网的快速零序方向元件判别方法
CN101593972B (zh) 利用形态谱的谐振接地电网故障选线方法
CN111123162A (zh) 一种基于基波正序分量三相变压器短路参数在线监测方法
CN104617576B (zh) 考虑直流控制特性的多直流馈出交流电网故障计算方法
CN108120878A (zh) 一种复杂配电网综合优化装置的直流电阻选取方法及系统
Xiong et al. Amplitude-phase detection for power converters tied to unbalanced grids with large X/R ratios
CN207705796U (zh) 一种多功能配电网柔性接地装置
CN105141209A (zh) 减少隔离ups旁路导通的变压器励磁电流的方法及装置
Liu et al. A novel pilot directional protection scheme for HVDC transmission line based on specific frequency current
Zhang et al. Active detection fault diagnosis and fault location technology for LVDC distribution networks
CN111044828A (zh) 基于正、负序方程组的三相变压器绕组参数在线监测方法
CN105375447B (zh) 一种降低交直流系统中距离保护误动率的三相重合时序整定方法
CN107783010A (zh) 一种前端供电多电平有源补偿装置及控制方法
CN107785883A (zh) 一种三相四桥臂多电平有源补偿装置及控制方法
CN207303696U (zh) 一种带有变流系统的城轨车辆静态调试直流电源系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20201104

Address after: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing

Applicant after: STATE GRID CORPORATION OF CHINA

Applicant after: ECONOMIC TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE OF STATE GRID HUBEI ELECTRIC POWER Co.,Ltd.

Applicant after: HUAZHONG University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Address before: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing

Applicant before: STATE GRID CORPORATION OF CHINA

Applicant before: ECONOMIC TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE OF STATE GRID HUBEI ELECTRIC POWER Co.,Ltd.

RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190712