直流输电系统换相失败的研究(二)——避免换相失败的措施任震1,欧开健1,荆勇2(1华南理工大学电力学院,广东广州510640;2国家电力公司南方公司,广东广州510620)摘要:对影响换相失败的一些直流输电系统参数进行了灵敏度分析,进一步揭示各参数与换相失败的关系。结夸论文第一部分中的分析及灵敏度分析,提出了一些避免换相失败的措施,包括换相炙败的预防措施和防止继发性换相失败的措施两类。;关键词:直流输电;逆变嚣;换相失败;措施中图分类号:TM721.1;TM7ll文献标识码:A文章编号:l006—6047(2003】06—0006一04文献llJ对影响直流输电系统换相失败的土要因素进行了分析,为了进一步揭示直流系统参数与换相失败的关系,本文对一些参数进行了灵敏度分吣署。而鬯挚生+co。p)2U1一…’析,分析了有关参数对换相失败影响。单相接地短路引起的换相线电压过零点柑位移高压直流输电系统是高度可控的,采用适当的控列逆变器换相失败有一定的影响,由文献11]口,得其制措施可以避免换相失败的发生或控制换相失败的发展以避免输电系统运行条件进一步恶化。本文结相位移为咖28州8“可端盯:了,故其灵敏度为合论文第一部分的分析及本文的灵敏度分析,提出了一些避免换相失败的措施,这些措施包括换相失败的M凯。2赘_。面赢;2敏万㈤预防措施和防【}:继发性换相失败的措施两类。由式(1)和式(5)及图l和图5可见,其他参数不变时.换流母线线电压“和越前触发角p对关断1各参数对换相失败影响的灵敏度分析角7的灵敏度为正,而且U和口越小,其对7的灵敏度越大,所以仉和IB的减小都会导致7的减小,关断角7‘j换相失败有直接的联系,所以各参而且u。和p越小,7减小得越快,越容易导致换棚数对换相失败的影响可以用其对y的灵敏度衡量。设M“,((。)/kV)为U对y的灵敏度,慨.,((。)/失败;由式(2)、式(3)和式(4)及图2、网3和图4可pn)为^对7的灵敏度,帆.,((。)/kA)为,d对7的见,其他参数不变时,换流变压器变比☆、直流电流,d灵敏度,帆,((。)/n)为凰对7的灵敏度,帆.,((。)/和换相电抗x。埘7的灵敏度为负,而且k,LRIx。(。))为卢对7的灵敏度,MA“,¥((。)/p-u)为△玑对越大,其对7的灵敏度就越大,所以^,厶和善,的增母的灵敏度。大【乜都会导致7的减小,而且^.,。和工。越大.7减胁”2署5—而葫帮(1)小得越快,越容易导致换相失败;由式(6)及图6可、_系统对称时,由7:。rc。。。(:显!,?厶!立+c。。芦)见,换流母线处故障相电挂降△U^越大,换相电压(见文献[1],血该式得出的Y的单位是弧度)可得:过零点相位移的增加就越快。在初始运行点处,U。=230kv(1.0p_u),}=230/209,23(1.0p.u.),厶=2kA(1.Op.u.),Xc=13.32n,口=39。,△乩=0,则该点各参数对7的灵敏度为∽.,=M¨=粤一触灿笔等量+cos∥、/弓坐(2)0.17((。)/kV),眠,,=一35.62((。)/p“),%。,=一17.81“.((。)/kA),慨,=一267((。)/n)和帆,,=217((。)/(。)),△以对中的灵敏度为帆‰m=一16.54((。)/llu.),帆,=孚=、/J_(华+cos酊一lV{兽堑(3)如图l~6所示。d,JUo2避免逆变器换相失败的措施‰2熹:、/,一(望苦竖…∥号粤(4)文献:1]对影响直流输电系统换相失败的主要因素进行了分析,本文也对影响换相失败的一些参数进行了灵敏度分析。由文献[1]和本文的分析可收稿日期:2002—10—31;修回日期:2003一OI一“见,采取适当的措施可以避免一些换相失败的发乍。万 方数据,05,一32,一lO立(】4二苫一34荨小o03一一36三一<\一38、_25o:02畦Ol麓一40尊一30085090095l00l05l10115095097099l0l1031.057l8l9202l22:、¨/如923kV☆/P“^/kA刚l“副7的灵敏度图2^对v的灵敏度罔3厶对7的良敏度}l#.1n州eIlsltivityof7Hg2Th㈣Ilsmvity7Thesensitivityofywilhre8110nseluUlwilhwilhre8Ponseto^//m8p…t0☆ofF193蒜≥∑么鎏耄雹旦怠嘉;彗2警i纛翌!烹,纂鬈篆皇鍪罂r抑蔷磊痞茗善葛;黼l箫?菇釜;本嚣蓄薪蕊磊、甫;委晨誓婴竺慧翟慧警嚣纂喜雯耄驾黧誓嚣卷蔫尊臻桊嚣轰畿氅曼:,以箩纂煮墨:!!:磐。竖罂萋罢’篓萎曼苎毫瑟≤i琵墨薪描基;蔗:’22””“””。“”。嬖冀差:。主要竺考翌竺譬篓苎兰璧歪垦篓.娈苎于跫婪篓篆苎望氅苎譬嚣苎誊孽蚕譬情翟适当警择。嘉薹8;笺磊茹筹嵩蓑篡i≥压器的短路电抗半季篓堂妻罄Z慧;巳!!:?g璺窖羔!竺t,!,I::!…~换嘉墨盖蒜蠢蠢鼍磊备磊慈磊蔷;簇篇鼍抗,竺!:净:譬:?}璺量旦皇霉堂竺尊:毫翌!譬.,耄从而荏娄孟嘉簇藉莳自主釜蒹罱薹j?,j赢;主吴:蕞j;jR二3:5壁,,弯孽妻苎皂{.功!‘竺窆呈竺皆掣≥搂箱英蕞罱复釜。。西言莩粪蒹妄羞喜晶螽面菌磊应为40%~70%,、g6868‘3时,电容器容量占无毫簇磊釜再;簇磊备藐苗。;嚣ji疾磊菇簇藉英聂爵:簇磊≥蠢亲副署磊玉,蔽≤毛磊;;墓苫≤压的上升果口从39。增大到42。.则逆变侧直流电压从490kV暂态时直流电流的t升容易导致换相失败,例降低到470kV,即直流电压降低4%左右,如果直如,当逆变器发生换相失败,逆变侧的直流电压为零流电流保持不变,则传输功率也将降低4%左占。时,相’j于直流线路末端短路,造成直流电流上升,另一方面,芦从390增大到42。,则逆变器的功率因万 方数据数就从0.850降低到0.817,逆变器所需无功功率从占逆变器输入直流功率的61.9%上升到占逆变器输入直流功率的70.6%。所以,通过增大卢或y的罄定值避免换相失败是以降低直流输电系统运行的经济性为代价的。21.5采用适当的控制方式a.换流器等间隔触发脉冲控制方式:由于等间隔触发脉冲控制方式不直接依赖于蚓步电压,能地产生等相位间隔触发信号,使得系统在逆变器交流侧发生0i对称故障时仍有较强的稳定运行能力,减少了逆变器换相失败的可能性。b.逆堂器定关断角控制:逆变器实测式定关断角控制将实际测定的各阀关断角与关断角整定值进行比较.如果某个阀的关断角小于关断角整定值,则通过处理回路立即将下一个阕的触发角口增大,使逆变器运行在恒定关断角以维持足够的换相裕度,以减少换相失败的概率,提高运行可靠性。不过由于阀的实际关断时间还会受到下一对阀换相的影响,当交流电压大幅度下降时,仍免不了要发生换相失败。c.其他控制方式:近年来,随着直流输电技术和控制技术的发展,国内外提出了一些避免换相失败的新的控制方法,可参阅文献[3—8]。21.6改善交流系统的频谱特性南史献[1]的分析可见,逆变侧交流系统故障后换相电压的波形与交流系统的频谱密切相关,通过改变交流系统的频谱特性,使故障后换相电压的波形含有高频振荡成分,则换相过程的电压时间面积增加,有利于逆变器换相成功”1。2.1.7人工换相传统直流输电的换流器依赖于交流系统的电压换相,称为自然换相。为了换相成功,自然换相的触发角d只能在O。~1800之间(实际七,为了使换相阀能可靠地导通和关断,Ⅱ应为150—1650)。人工换相(电称为强迫换相)则可以使换流器在交流周期的任意期颦点换相。人工换相的基本原理是利用附加的接线和设备把一定波形的附加电压迭加到原有的正弦换相电压上,这样,逆变器虽运行在“≥1800,但当阀退出导通之后,能有足够长的时间(相位角)处于反向电压作用下,以保证阻断能力的恢复。所以,人工换相能太大减少发牛换相失败的可能性。人F换相主要有三种方法:利用辅助阀的人工换相、利用迭加谐波电压的单步人工换相和采用电容换相换流器(cCC)的人工换相。2.2防止继发性换相失败的措施逆变器发生换相失败后,不需要马上实行闭锁保护,因为换流阀常常能从换相失败中自动恢复,如果采取适当的措施,可以加速这个恢复过程,防止发生继发性换相失败,避免或减少换相失败对输电系统带来更严重的后果。万 方数据221依赖于电压的电流由文献[1j和式(2)可知当电压很低而电流仍然很大时关断角很小,极容易发生换相失败,依赖于电压的电流VDCL(Volt8舻D8pen出ntCurrenILimit)的作用是当逆变器交流电压严蕈下降(反映到直流电压严重下降)时,强制地降低直流电流.便丁逆变器换相,使逆变器从换相失败中恢复过来.并保持低电压小电流运行,直到交流系统消除故障,另一方面,vDcL减少了直流输送功率,也减少了两端换流器的无功消耗,帮助交流电压的恢复,这对逆变器的换相是有利的。同时,VDcI.还避免由于换流阀长期流过大电流而影响其运行寿命。2.2.2增大换流闾触发角B逆变器一旦发生换相失败,立即增大换流阀触发角口,使阀提前触发,以帮助系统恢复和减少继发性换相失败。如果换相失败中止,日应该在大j数百毫秒的时间内逐渐地返回原值,如果继续发干换相失败,通常安排临月、f旁路。2.23逆变器一次换相失败故障的发展控制通过改变换流器触发脉冲的次序可以控制换相失败发展的过程,以降低直流电流,缩短事故时问,防止阀不正常的长期导通,避免发展为更严重的故障。一次换相失败故障的发展控制措施是增发触发脉冲,缩短逆变器旱现直流短路的时间。例如,阀v。对V,换相失败,在故障发生后略小于1/6基波周期内同时发出阀V。和Vs的故障控制触发脉冲.V一和Vs导通后,V,~V,同时导通,形成三相短路,较大的短路电流加速了V。对V一及V-,V,对Vs的换相过程,换相结果最终为Va和V,导通,以后触发脉冲仍按正常序列触发,逆变器便恢复了正常运行。可见,通过该换相失败的发展控制措施,逆变器-次换相失败的直流短路时间最大不超过l/6基波周期。但如果交流系统太弱,这些控制措施可能会引起过大的扰动,就不宜采用。2.2.4逆变器两次连续换相失败和多次连续换相失败故障的发展控制逆变器发生两次连续换相失败故障后,将使工频交流引入直流回路,表现为直流电压极性用期性地倒转和交流过电流,此时应投入包括最后·个开通阀在内的旁通对。旁通对投入后直流回路短路,换流器的交流侧只有旁通对连接的交流相与直流回路连接,其他两相被闭锁闽阻断,从而可以减少因故障而使换流变压器发生直流偏磁。虫¨果逆变侧交流系统的故障很严重,逆变器发生多次连续换相失败而无法自行恢复,则应将换流阀闭锁和旁路,停止直流系统的运行,等交流电压恢复后.直流系统再开始启动、运行。对于每极有12脉波的换流器,当其中一个6脉波换流器发生了多次连续换相失败故障后,町以利用ta“onf新luminHVDCtraIl8missjonsvstenl.Panl:(om—该故障换流器的旁通对和旁通刀闸切换,将故障换流mu妇Lionfailu地faclI)rsanalysis[J].ElectricPowerA小器退出运行,而同一极的另一个6脉波换流器仍可继toma廿onEqlIipment.2003.23(5);58.25.续运行,从而减少故障造成的停电损失。不过,切除[2]戴熙杰.直流输电基础[M:.』匕京:水利电力出版社,】990DAIx州ie.HVDCtrallsmis宕ionhasic[M]BeUi”g:Hydrau—一组6脉动换流器后,继续运行的换流器组不再是l记and卜1ectncPowerPress,199012脉动制,必须考虑滤波器应具有相应的配置”。31THl0CV,DAVIESJB,KENl’KLC㈣uta£ionfai—2.25直流系统采用适当的恢复速率IumsinHVDCtrarIsmissionsvstems[J].IEEE1h珊.on交流系统故障切除后直流输电系统的快速恢复PowerD蚶very,1996,ll(2):946-957.有助于缓解交流系统的功率不甲衡,提高交流系统【41KRlFrMuNDssONGM.CARROLI.DPTheefkcl(JfAC的稳定性,同时也使直流功率中断时间最短。8yst㈣frcq“en。y叩ecnumeommutationfailu忡然而,直流系统允许的恢复速率取决于交流系HVDci眦ncrs:J]mEET碍璐.onPowerDeuvery,1990.5(2):1121一1128统的强度。在强交流系统中,系统能提供充足的无[5]JOVCICD.PAHALAwATHTHAN,zAVAHIRMInvrsli_功功率,直流系统恢复更容易更快。而弱交流系统gationoft¨use。finvener㈣Ⅱulstmt。gyinsteatIof难以提供足够的无功功率+如果直流功率恢复过快,svnchronousc(mdensc瑁atinvenerte姗in甜ofHVDC系统会出现较高的暂时过电压和严重的电压畸变.system[J:ⅢEETra砸.onPowerDeⅡvery,2000,15这将造成继发性换相失败和交流系统的电压失稳,(2):704—708结果,恢复速率不得不变慢。[6]SA’I_oM,YAMAJIk,SEKITAM.DevelopmenL【’fllY—bndⅡla画nanglecnntmlIerforHVDccontjnuou㈤pora—3结论tllmCjjIEEE—r啪s.帅Pow盯sys嘶B,1996,~l(4):1792—1798通过本文的灵敏度分析可见,换流母线线电压[7]TAMAlS.NAITOHH,IS川GuR0F,ef耐.Fastandp叶乩和越前触发角IB对关断角7的灵敏度为正,叽和diPtiveHVDCextjnrtionaⅡdec(mtTDl[J]IEEETraⅡs.口的减小都会导致7的减小,容易导致换相失败,而onPowerSys蛔懈.1997.12(3):1268—1274且仉和口越小,其对y的灵敏度越高;换流变压器[8]SATOM.HONJ0N,YAMAJlK.HVDCc0Ⅱventrc删tml变比&、直流电流f;和换相电抗x。对丫的灵敏度为forfastpowerrecov。ryaRerACsystemfaulilJJIEEE负,女,,d和鼠的增大也都会导致Y的减少,容易导Tram.onPowerDeUvery.1997,12(3):l319一1326.致换相失败,而且々,,d和x。越大,其对v的灵敏度(责任编辑:柏英武)越高。本文根据前面的分析提出了一些避免直流输电作者简介:任震(1938一),男,江苏宜兴人.教授,博士研究生导系统发生换相失败的措施,其中包括换相失败的预师,主要研究方向为高压直流输电、电力市场、电力系统规却l防措施和防止继发性换相失败的措施。与可靠性、小波分析厦其在电力系统中的应用(E伽i1=叩zl-ren参考文献:@scut.edu.rn);欧开健(1974一),男.广东阳春人,颉士研完生,主要研究[1]欧开健,仟震,荆勇商流输电系统换相失败的研究方向为高压直流输电(E啪鲥l:ouka坩an@163.uom);(一)——换相失败的影响因素分析[J],电力自动化设备,荆劳(1963一),男,辽宁本溪人.电网研究中心主任.2003,23(5):5—8.25.博士研究生,主要研究方向为高压直流输电、电力系统规划OUKaijian,RENzhen,JlNGYo“g.Resea耽ll叫㈣mu噩运行控制,ResearchoncommutatiOnfhilureinHVDCtransmissionsvstemPart2:】Ⅵeasuresa擘蛳nstc唧舢ta60nfhilureRENZhen2,OUKai-iianl,JINGYong(1.SouthChinaUniversity0fTechnolo口,Guangzhou510640,Chin8;2.statePowerSouthCompany,Cuangzhou510620,China)Abstract:’nesensil主vitiesofthep眦metersthatafkctcommut砒ionfailureinHVDCsvstemanalyzedandtherelationsbehveenthemarediscovered.BasedonthesensitivitvanalvsisandtheanalysisinPartone,themeasures89ainstcommutalionfailureamgiven,includj“gth8prevenfivPmt、asuresandthemeasuresagainstfollowedcommuta“onfailure.1【eywords:HVDCtransmission;inverter;commutationfa订ure;measures万 方数据直流输电系统换相失败的研究(二)--避免换相失败的措施
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
任震, 欧开健, 荆勇
任震,欧开健(华南理工大学电力学院,广东,广州,5100), 荆勇(国家电力公司南方公司,广东,广州,510620)
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