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多馈入直流输电换相失败机理分析与防御措施研究

刘羽超  
【摘要】:电网换相高压直流输电(line-commutated-converter high voltage direct current, LCC-HVDC)系统的正常换相依赖换流母线电压的支撑,交流系统扰动容易引发其换相失败。多馈入直流输电耦合作用更为复杂,连续性换相失败将对交流电网带来重大影响,有必要对该问题进行深入研究。首先,分析了交流系统发生不同类型的不对称故障情况时,LCC-HVDC逆变站中各换流阀的换相特性。考虑12脉动换流器中换流变压器阀侧绕组的不同接线形式,得到了不对称故障发生时各换流阀的实际换相电压。运用拉式电路的对称分量法,计算出不对称故障时换流母线电压的暂态表达式。比较各换流阀的电压-时间换相面积,进而得出受故障影响容易发生换相失败的阀。通过仿真获得各类不对称故障下发生换相失败概率较大的换流阀,从而验证了理论分析的正确性。进一步,为了揭示多馈入直流输电系统的相互影响机理,在运算电路中采用对称分量法,计算逆变站母线电压的暂态表达式。在分析交流故障对不同落点直流子系统的影响时,利用复频域形式的多馈入交互作用因子,表征各子系统受故障的影响程度。在研究换相失败的相互作用时,定义电流换相失败分量,求解某一直流子系统换相失败后对其他子系统的电压扰动。理论分析表明:交流故障对各直流子系统的影响不同,与交流网络参数、子系统额定功率等因素有关;直流子系统换相失败的相互影响,在与交流故障的作用叠加后,可能导致连续性换相失败。仿真结果验证了理论计算的正确性。最后,为减小直流输电系统发生换相失败的概率,分析了换相失败机理,得出促进换相过程的关键。首先,基于数字信号处理器实时监测装置,结合故障电压和故障电流特征,提出了一种功率分量检测法。然后,利用该方法的故障检测结果,提出了一种基于电流指令速动的控制方法,能迅速减小直流电流。理论分析表明,功率分量检测法具有更好的灵敏性与准确性,而电流指令速动控制不仅能快速减小换相面积,而且在一定程度上增大了换相电压。在PSCAD/EMTDC中搭建了双馈入直流输电系统模型。仿真结果与理论分析相符,证明了所提出的功率分量检测法与电流指令速动控制的优越性。


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