多馈入直流输电系统中换相失败研究综述资料下载.pdf

1、C o I n m u t a t i o nf 越1 u r e sa r ev e r yf 诧q u e n td v n 锄i ce v e n t si nh i 曲V 0 1 吨eD C（H V D C）缸锄s I I l i s s i o ns y s t e m s A sf o rm u l t i i n f e e dH V D Cs v s t e m s。t l l ei n t e r a c t i o n sb e t w e e nA Ca I l dD Cs y s t e m sb e c o m eI n o r ec o m p l i c a t

2、e d Af 缸l u r eo fo n ei n v e n e rs t a t i o nm a ya f 托c tt h eo p e r a t i o no fo t h e ra d i a c e n ti n v e n e rs t a t i o n s，e v e nm ep o w e r 妇n s I I l i s s i o no fH V D Cl i I l l（s1 1 1 i g h tb ec o n s e q u e n yb l o c k e d，m u sm es t a _ b l e 叩e r a t i o no fw l l o l

3、 eA C，D Ct r 觚s m i s s i o ns y s t e mm i g h tb e 抵t e d T h e跏m o r sa I l a l y z em ep r e s e ms i t I l a t i o no fm er e s e a r c ho nc o I m n u t a t i o nf a i l l l r e si nm u l t i i n f e e dH V D Cs v s t e mh o I I l e 蚰da b m a di nd e t a i l A c c 训n gt om em e c h a l l i s m

4、o fc o m m u t a t i o nf 缸l u r e，i n n u e n c i n gf a u c t o r sa n dj u d g m e n tb a s i s，m ea u m o r sr e s e a r c hl ep r e v e n t i o nm e a s u r e sa l l dc o n 廿0 1s 仃a t e g i e sp r o I 0 s e di nr e c 蚰ty e a r s 柚dm e i ra p p l i c a t i o n s，锄dp o i I l to u t山a tf b l l o w

5、 i n gi s s u e ss h o u l db er e s e a r c h e dh e n c e f o n a r ds u c ha st l l ee s t a b l i s h m e n to fA C D Cs v s t e mm o d e lw t l i c hc a ne x a c u yr e n e c t 也ec 伽城l u t a t i o np r o c e s s，t h ea n a l y s i so nc o m m u t a t i o nf a i l u r e si I l 咖l t i i I l f e e

6、 dH V D Ct m n s m i s s i o ns y s t e m，m ed 1 a f t i I 培o fe f 艳c t i v ec o n 旬lm e a s u r e s 衄dr e c o v e r ys t r a t e g i e sa sw e l la sm ei I I l p a c to fh 姗0 1 1 i c sc a u s e db yc o m m u t a t i o nf h i l u r e sa n ds oo n K E YW o R D S：H V D C 位m s m i s s i o n：m u l t i i

7、 n f e e dH V D Cs y s t e m；c o m m u t a t i o nf 缸1 u r e；c o n v e r t e rs t a t i o n；位a n s I l l i s s i o na n dd i s t I j b u t i o n摘要：换相失败是直流输电系统最常见的故障之一。对于多馈入直流输电系统而言，交直流系统之间的相互作用更为复杂，单个逆变站的换相失败可能引发几个逆变站相继发生换相失败，甚至导致直流功率传输的中断，影响整个交直流系统的稳定运行。文章详细分析了目前国内外多馈入直流输电系统换相失败问题的研究现状，从换相失败的机理、影响因

8、基金项目：国家自然科学基金资助项目（5 0 3 3 7 叭0）；华南理工大学自然科学青年基金资助项目（5 0 5 0 3 9 0）。P m j e c ts u 觥db yN a 廿o n a lN a n J m ls c i e n c eF 0 l l l l d u t i o no fc h i l l a（5 0 3 3 7 0 1 0）锄dN a t I l 蹦S c i e n c eF u n do fS o u t l lC h i l l aU n i v e r s 酊o fI l l I l o l o g yf o rY 0 u n gS c i 曲d s t s（

9、5 0 5 0 3 9 0）素和判断依据出发，对近年来针对换相失败提出的预防措施和控制策略及其应用情况进行探讨，并指出准确反映换相过程的交直流系统模型的建立、多馈入直流输电系统换相失败的机理分析及其有效的控制措旋和恢复策略的制定、以及换相失败的谐波影响等是今后研究的主要问题。关键词：高压直流输电；多馈入直流输电系统；换相失败；逆变站；输配电工程0引言随着天生桥广州（天广）、安顺广东肇庆（贵广）以及三峡一广东惠州（三广）这3 个直流输电工程的投产，截止到2 0 0 5 年，共有3 条直流线路落点于广东电网，预计到2 0 1 5 年，落点广东电网的直流输电线路将达到7 条，届时，南方电网将成为世界

10、上最大的含有“多馈入直流输电系统”的互联电网之一1 2】。多馈入直流增加了系统运行方式的灵活性、扩大了输送容量，但也增加了系统结构的复杂性，交直流系统之间的相互作用使系统稳定分析变得复杂。交流系统或直流系统的故障都可能成为系统不稳定的因素，甚至可能导致整个系统的崩溃。高压直流输电（H V D C）具有功率调节快速、非同步联络能力强、运行可靠等优点，在远距离大容量输电和大区域联网等方面具有明显优势p J。但随着H V D C 系统的应用，出现了许多传统交流系统中未曾遇到的问题，换相失败就是其中之一。换相失败是H V D C 系统最常见的特有故障之一，换流器中硅阀从正向导通到反向截止需要一个换相过

11、程，如换相过程无法成功完成，就会发生换相失败。换相失败将导致直流电压下降和直流电流增大，若采取的控制措施不正确，还会引发后继换相失败，严重时会导致直流系统闭锁，中断功率传输【4】。对于多馈入直流系统，如各直流落点之间的电 万方数据第3 0 卷第1 7 期电网技术4 1气距离较小，受端交流系统强度不够，交直流系统之间需相互影响，则换相失败的研究将更为复杂。交流系统发生故障后，是否会引起多个逆变站同时或相继发生换相失败；换相失败的冲击是否引起交流系统暂态失稳；换相失败后各逆变站应按照怎样的次序才能最快恢复，需要多长时间才能恢复；直流系统和交流系统应采取何种控制措施才能最大限度地保持系统安全稳定【5

12、】；任何一条直流输电线路发生故障时，交流系统是否能够保持稳定，交直流系统和其他直流输电线路应采取何种控制措施才可以保证整个系统的稳定等，这些问题的解决，无论从理论上还是在现实意义上，对于大规模的交直流互联电网的安全稳定运行均具有重要意义。目前，国内外针对这些问题的研究刚开始，作者从换相失败的机理、诊断手段、预防措施和控制策略等几方面出发，综合论述换相失败的研究现状，特别对多馈入直流输电系统中换相失败问题的研究进行了深入分析，根据目前的研究成果，指明了多馈入直流输电系统中亟待解决的问题和研究方向，为进一步深入研究换相失败问题提供了思路。1H V D C 系统的换相失败1 1 换相失败的原理在换流

13、器中，退出导通的阀在反向电压作用的一段时间内，如未能恢复阻断能力，或者在反向电压期间换相过程未进行完毕，则在阀电压变为正向时，被换相的阀都将向原来预定退出导通的阀倒换相，这种情况称为换相失败【6】。H V D C 系统中大部分的换相失败故障都发生在逆变器中。整流器一般不会发生换相失败，这是因为整流器的阀在电流关断后的较长时间内处于反向电压下，仅当触发电路发生故障时才可能导致换相失败。图1 为三相6 脉波逆变器的电压波形。图1 逆变器的电压波形F i g 1、，o l t a g ew a v e f o 咖so f i n v e r t e r图1 中，u 为逆变器交流侧三相电压蹦。，z。的

14、相电压；玑为逆变器直流侧电压；分别表示逆变器阀1 6 的导通情况；口为触发延迟角；为触发超前角；y 为熄弧角（或关断角）；为换相角（或重叠角），它们之间的关系为 7 J=7 c 一口=+y（1）一般认为在阀运行中的熄弧角），；。时，直流系统发生换相失败，其中y。妇为固有极限熄弧角，是可控硅元件中载流子复合和建立P N 结阻挡层所必须的时间，其大小与可控硅元件参数、施加于可控硅元件上的电压和电流有关 8 ，随电压、电流的增大而增大。图2 为逆变器发生一次换相失败时的电压波形，换相失败发生在阀6 向阀2 换相的过程中。如图所示，在一次换相失败过程中，阀6 导通长达1个周波（是正常运行情况的3 倍），在阀6 和阀3 同时导通的r 时间内（r=1 2 0 0+），直流电压为零，直流系统无功率送出。图2 逆变器发生一次换相失败的电压波形（阀6 对阀2 换相失败）F i g 2V b l t a g e、豫V e f o 珊so fi n V e r t e r 稍t l ls i n g l ec o m m u t a t i o nf m l