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云广特高直流输电系统换相失败研究

荣俊香  
【摘要】:换相失败是指在换流阀在换相时间内没能完成换相的现象,判断和预防换相失败需要搞清它发生的机理、引导因素、对系统的危害等。特高压直流输电系统发生换相失败时,会引起直流电压和直流电流突变,严重影响直流系统的安全稳定运行。控制系统是特高压直流输电系统的核心部分,其控制方式对系统的输出响应有重要影响。有效地诊断出特高压直流输电系统(UHVDC)中的换相失败故障,对故障后采取适当的控制措施以及避免交流系统保护装置的误动作具有重要意义。本文涉及了以下几点:(1)分析换相失败的基本理论。分析换流器换相过程,了解换相失败的发生机理,变压器的变比大小、变压器的漏抗值、换流母线电压值大小、直流电流的大小、超前触发角大小、交流系统故障是换相失败的关键引发因素;换相失败最根本的判别方法是判定熄弧角与最小熄弧角的关系,在工程中常用的一种方法是最小电压降落法,以及一些其他方法,这些方法在使用中存在一些缺陷,因此有必要研究一些新的方法。逆变器发生换相失败会对交直流系统带来很大的危害:①直流电压下降,直流电流上升;②换流阀过热,使用寿命会缩短;③换流变压器偏磁,伴有低频噪音;④无功功率不平衡;⑤交流电流混入直流系统,出现谐振过电压;⑥连续换相失败迫使直流系统闭锁,影响系统稳定。(2)研究整流侧控制方式对换相失败的影响。分析特高压直流输电系统换相失败的原因,介绍整流侧的控制方式,研究云广特高压直流输电系统整流侧采用定电流控制方式和定功率控制方式对换相失败的影响。仿真结果表明:当逆变侧换流变压器变比K改变时,整流侧采用定电流控制与采用定功率控制相比,系统发生换相失败时的临界变比较大;当逆变侧交流母线发生三相对称接地故障、两相短路故障及单相接地故障时,整流侧采用定电流控制与定功率控制相比,系统不发生连续换相失败的临界电阻较小。整流侧采用定电流控制方式时,对换相失败的控制能力优于定功率控制方式。(3)研究利用多尺度形态学数字技术判断换相失败发生。对不同故障条件下的直流线路短路故障和换相失败故障进行仿真,利用改进的形态滤波器对不同故障条件下电流的线模分量进行6尺度分解,并提取各尺度下的形态谱。结合形态能谱熵和奇异谱熵提取故障特征,定义两个故障诊断指标作为判别系统运行状态的判据,然后针对这两个指标分别设置4个阂值来诊断直流系统运行状态:正常运行、线路短路故障、换相失败故障。对不同故障条件下的线路接地短路故障和换相失败故障进行大量仿真,仿真结果表明该方法能准确地诊断出线路接地短路和换相失败故障。(4)提出利用希尔伯特一黄变换技术诊断换相失败的判据。针对特高压直流输电系统的正常运行状态、线路短路故障、换相失败故障,利用SVD滤波器对提取的直流电流信号进行降噪预处理,再用形态滤波提取信号的高频形态分量,并将其进行HHT变换,提取IMF1分量的瞬时频率和幅值特征向量进行分析,提出利用阈值判定法对系统运行状态、故障类型进行判定。设定的阈值为IMF1分量的瞬时频率最大值f0和幅值平均值A0,若f≥f0,系统发生故障,若不成立,则系统正常运行;若系统发生故障,则判定A≥A0是否成立,若成立则是线路短路故障,反之则为换相失败故障。验证数据结果表明,本文提出的方法能够准确地判别出系统的运行状态、换相失败故障及线路短路故障。


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