不对称故障下的LCC-HVDC系统连续换相失败抑制策略研究

作     者：Ahmed Omer Salih 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王晓辉

授予年度：2022年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：换相失败 不对称故障 换相失败的预防 序分量 Tan-Sun坐标变换 

摘      要：高压直流输电是一种成熟的技术,主要用于远距离传输大容量电力,连接异步网络或海底电缆系统。由于其与现有系统的互连和新技术的应用,电力系统的复杂性逐渐增加,同时,许多经济和其他限制因素迫使电力公司在最大稳定性极限附近运行其系统,并以最低的成本提供可靠和清洁的电力[1]。电力需求的持续增长迫使需要远距离、大容量的高压直流系统进行电力传输。此外,人们越来越有兴趣将可再生能源纳入电网,再次依赖高压直流输电链路。因此,高压直流输电技术的应用是克服这些问题的必要手段。基于线路换相换流器的高压直流（LCC-HVDC）已经证明了它们在远距离传输大容量电力方面的有效性。LCC-HVDC的主要缺点之一是换相故障发生的风险很高。换相故障主要发生在逆变器侧,由于交流系统干扰或控制故障。当发生换向失败故障时,可能会威胁到系统的稳定性,因为它会导致传输功率的扰动冲击。此外,它还会增加逆变器的无功功耗,这在弱交流系统的情况下是不可取的。为了限制换相失败的影响,提出了几种方法。无论是在改进一次设备方面,还是在改进控制系统方面。改进控制系统是采用最多的,因为它具有可行性,并且可靠性高。在通过改进控制系统来预防换相故障时,有两种主要方法可用于提高系统性能,无论是通过修改触发角,还是使用单独的控制系统来控制熄弧角。但是,为了能够制定有效的预防策略,应充分利用控制系统,以避免应用预防策略和增加系统的无功功率,这是不希望的。尽管不对称故障是换相失败的主要原因[1],但迄今为止,用于分析和预防LCC-HVDC换相故障的模型并没有准确地解决相位移问题,无论是在检测策略方面还是在换流阀级控制下发出触发角。这将限制对换相失败故障的检测和预防。在本论文中,提出了有效的策略来有效地检测和防止换相故障。本论文的贡献可以总结如下:（1）提出一个准确的模型:在不对称故障期间,系统将发生相位移。在本论文中,开发了一个基于序分量的模型,以获取系统上可能发生的不同相位移。相位移尤其会影响系统的触发脉冲。如果在晶闸管不正向偏置时施加触发脉冲,则会发生换相故障。因此,需要随时检测系统的相位角,以有效地控制系统。（2）提出强化策略:基于提出的精确模型,开发有效利用控制系统的有效方法。为了提高PLL的性能,并能够在晶闸管正向偏置时提供触发脉冲,使用提出的数学模型提供电压,并使用基于Tan-Sun的PLL来提供触发脉冲。通过使用这种方法,即使故障持续一段时间,也可以有效地防止连续换相失败故障,而无需增加换相面积。为了验证所提出的抑制换相失败的方法,使用PSCAD/EMTDC进行了仿真。在逆变器终端施加不同类型的故障,以研究系统性能。故障电感在较大的范围内变化,以验证所提出的方法。此外,还考虑了不同强度的系统,以确保该方法在不同条件下的有效运行。