高压直流输电系统换相失败时间离散性研究

【摘要】：交直流互联系统中，换相失败是交直流动态相互作用的一种重要形式，并且是引起交直流互联系统稳定运行问题的根源。其中，以交流系统故障引发的直流换相失败最为常见。一般情况下换相失败可自行恢复，但继发性换相失败和连续换相失败容易造成直流系统闭锁，给电网造成巨大的冲击，甚至直接威胁电网的安全稳定运行。 现场运行经验表明，交流系统发生故障的时刻具有随机性，在同一位置发生相同类型故障对直流系统的影响相差较大，表征为换相失败具有离散性。单纯的以某一时刻发生交流故障来研究对直流换相失败的影响，无法准确反应交直流互联系统相互作用下直流输电系统换相失败的复杂性。 针对这个问题，本文由阀换相过程的物理本质入手，从换相电压时间面积的角度出发，指出换相电压幅值、换相电压相角、故障合闸时刻以及控制系统作用是造成高压直流输电系统换相失败时间离散性的主要因素。进而，对交流母线三相故障、单相故障、相间故障和相间接地的故障特性进行理论分析，给出了经Y-Y和Y-D1变压器后的阀侧线电压幅值、相位随过渡电阻变化的相关规律。最后，采用PSCAD/EMTDC在带详细控制保护系统的双极十二脉直流模型，对不同故障类型、不同系统容量情况下的不同故障时刻对应的临界过渡电阻值的规律进行分析，从而得出高压直流输电系统换相失败时间离散性的影响因素与规律。 研究结果表明，交流系统故障时刻与换相阀的脉冲触发时刻对应时最不利于换相的进行，并且故障类型不同时表现出较大差异。实际工程仿真中，可根据实际情况选择合适的故障合闸时刻，以得出更准确的结论。 本文工作得到国家高技术研究发展计划（2012AA050209）科技项目，国家自然科学基金（51377059）以及广东省自然科学基金（S2013010012885）的资助，部分研究成果已经在电网运行部门的实际工作中得到应用，验证了本文工作的正确性和有效性，取得了良好的社会和经济效益。