整流侧交流系统故障引发逆变...败的原因分析及抑制方法研究_陈晓龙.pdf
《整流侧交流系统故障引发逆变...败的原因分析及抑制方法研究_陈晓龙.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《整流侧交流系统故障引发逆变...败的原因分析及抑制方法研究_陈晓龙.pdf(13页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 47 卷 第 2 期 电 网 技 术 Vol.47 No.2 2023 年 2 月 Power System Technology Feb.2023 文章编号:1000-3673(2023)02-0793-11 中图分类号:TM 721 文献标志码:A 学科代码:47040 整流侧交流系统故障引发逆变器换相失败的 原因分析及抑制方法研究 陈晓龙,齐晓情,李永丽,李斌,李博通(智能电网教育部重点实验室(天津大学),天津市 南开区 300072)Research on Cause Analysis and Suppression Methods of Inverter Commutation
2、Failure Caused by the AC System Fault at Rectifier Side CHEN Xiaolong,QI Xiaoqing,LI Yongli,LI Bin,LI Botong(Key Laboratory of Smart Grid of Ministry of Education(Tianjin University),Nankai District,Tianjin 300072,China)ABSTRACT:The AC-DC coupling occur more and more frequently in the high voltage d
3、irect current(HVDC)transmission system.When the AC system at the rectifier side fails,the improper response of the DC control system responds may further cause the commutation failure of the inverter.In this paper,the response process of the DC control system and the variation characteristics of the
4、 commutation voltage at the inverter side are analyzed firstly after the AC system at rectifier side fails.Then,combined with the calculation expression of the extinction angle,the reasons for the decline of the extinction angle during the fault recovery process are discussed.The analysis shows that
5、 the commutation voltage of the inverter side varies in a small range under the fault of the AC system at the rectifier side.The main cause of the commutation failure is the rapid rise of the DC voltage and the DC current during the fault recovery process.On this basis,the method to slow down the re
6、covery speed of DC voltage by improving the trigger angle at the rectifier side is proposed,and the other method to slow down the recovery speed of the DC current by reducing the current margin and improving the current order value at the rectifier side is put forward.Finally,based on the CIGRE HVDC
7、 standard model,the effectiveness of the proposed commutation failure suppression measures is verified on the PSCAD/EMTDC electromagnetic transient simulation platform.The simulation results show that both the two methods are able to suppress the commutation failures under the fault of AC system at
8、the rectifier side,and the effect is better when they work together.KEY WORDS:AC system fault at rectifier side;fault recovery process;inverter commutation failure;commutation failure 基金项目:国家自然科学基金委员会国家电网公司智能电网联合基金资助项目(U2066210)。Project Supported by National Natural Science Foundation of China-State
9、 Grid Joint Fund for Smart Grid(U2066210).suppression method 摘要:在高压直流输电系统中,交直流耦合作用日益紧密。当整流侧交流系统发生故障时,若直流控制系统响应不当则可能引发逆变器换相失败。首先分析了整流侧交流系统故障后,直流控制系统的响应过程以及逆变侧换相电压的变化特点。然后结合关断角的计算表达式,探讨故障恢复过程中关断角下降的原因。分析表明整流侧交流系统故障情况下,逆变侧换相电压在小范围内变化,换相失败发生的主要原因是故障恢复过程中直流电压和直流电流的快速上升。在此基础上,提出通过改进整流侧触发角以减缓直流电压恢复速度的方法,提出
10、通过减小电流裕度以及改进整流侧电流指令值以减缓直流电流恢复速度的方法。最后基于 CIGRE 直流输电标准模型,在 PSCAD/EMTDC 电磁暂态仿真平台上验证了所提换相失败抑制方法的有效性。仿真结果表明,2 种方法都能抑制整流侧交流系统故障下的换相失败,且共同作用时效果更佳。关键词:整流侧交流系统;故障恢复过程;逆变器换相失败;换相失败抑制方法 DOI:10.13335/j.1000-3673.pst.2022.0743 0 引言 电网换相换流器型高压直流输电技术(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-
11、HVDC)具有线路损耗率低、功率调节迅速、能实现异步交流系统互联等特点,被广泛应用于远距离大容量输电1。LCC-HVDC 不仅可实现常规能源的远距离传输,也是新形势下实现大规模风电、光伏等可再生能源远距离外送的方式之一2-3。高压直流输电技术的发展有助于促进新能源在更大范围内消纳,随着高压直流输电工程的相继投入运行,交直流耦合更为紧密,电网“强直弱交”的特征逐渐突出。然而,LCC-HVDC 采用晶闸794 陈晓龙等:整流侧交流系统故障引发逆变器换相失败的原因分析及抑制方法研究 Vol.47 No.2 管作为核心换流器件,由于晶闸管不具备自关断能力,因此存在换相失败问题4。换相失败是高压直流输电
12、系统最常见的故障之一5。当 2 个桥臂进行换相时,若预计关断的阀在反向电压作用时间内未能恢复阻断能力,或在反向电压作用时间内换相过程一直未能进行完毕,在阀电压由负变正时将发生倒换相,使得预计关断的阀重新导通、预计导通的阀重新关断,进而造成换相失败6。由于整流侧换流阀触发角较小,反向电压作用时间较长,换流阀有充足的时间完成换相,故整流器一般不会发生换相失败;而逆变侧换流阀触发角较大,反向电压作用时间较短,逆变器发生换相失败的可能性较大7。因此,本文所提的换相失败均指逆变器换相失败。逆变侧交流系统故障会引起换相电压降落和直流电流上升,进而使关断角减小,引发换相失败8。针对该场景下的换相失败问题,学
13、术界已经对其产生机理9-10、判别标准11、抑制方法12-14开展了广泛研究,并取得相关研究成果。然而,近年来有关研究发现,整流侧交流系统故障也会引发逆变器换相失败15。在换相失败机理分析方面,文献16研究了逆变侧电流偏差控制在整流侧交流系统故障恢复阶段的响应情况以及对换相失败的影响。在文献16基础上,文献17指出直流电流偏大且上升过快会引起电流偏差控制输出减小且快速降低,是导致换相失败的重要原因。文献18定量分析了整流侧换相电压变化与逆变侧关断角的关联关系,指出整流侧换相电压恢复会导致逆变侧关断角减小。在换相失败抑制方法方面,文献19指出整流侧交流系统故障下,提高逆变侧交流系统强度可以在一定
14、程度上抑制换相失败,并且整流侧交流系统无功补偿不足可以降低逆变器发生换相失败风险,但无功补偿不足会造成整流侧换流母线电压降低的问题20-21。文献22表明改变整流侧的最小触发角和电流裕度可以降低逆变器发生换相失败的可能性,该方法建立了整流侧控制与逆变器换相失败的联系,但其改进方法较为简单,未能很好地满足系统恢复需求。综上,针对整流侧交流系统故障引发逆变器换相失败的问题,需要梳理整流侧交流系统故障期间及恢复过程中直流控制系统的电气量及控制量变化特点,进而分析换相失败发生原因,并据此提出换相失败抑制方法。本文以 CIGRE HVDC 标准模型为例,研究整流侧交流系统故障引发逆变器换相失败的原因及抑
15、制方法。首先,本文分析了整流侧交流系统故障下,逆变侧换相电压随直流传输有功功率的变化特点。其次,通过分析关断角的影响因素,指出整流侧交流系统故障引发逆变器换相失败的原因。然后,结合换相失败发生原因,分别采取相应方法抑制直流电压和直流电流的快速上升。最后,在PSCAD/EMTDC 电磁暂态仿真软件中验证本文分析结果的正确性以及换相失败抑制方法的有效性。1 整流侧交流系统故障后逆变侧换相电压变化特点 1.1 LCC-HVDC 控制系统 以直流输电标准模型控制系统为例,其控制框图如图 1 所示。整流侧配有定电流(constant current,CC)控制和最小触发角min控制,逆变侧配有定电流控制
16、、定关断角(constant extinction angle,CEA)控制和电流偏差控制(current error controller,CEC)。此外,整流侧和逆变侧都配置低压限流控制(voltage dependent current order limiter,VDCOL)。CECrefCEACCdr_ordIdI 图 1 LCC-HVDC 控制系统 Fig.1 Control system of LCC-HVDC 在图 1 中,Idr为整流侧直流电流测量值,Udi和 Idi分别为逆变侧直流电压和直流电流测量值,i为逆变侧关断角测量值;Ires为主控制极给出的直流电流指令值,其与 V
17、DCOL 输出进行比较,并将较小值作为最终的整流侧电流指令值 Idr_ord;Id为电流裕度,标准模型控制系统中 Id=0.1pu;r为整流侧定电流控制输出的触发角;CC和CEA分别为逆变侧定电流控制和定关断角控制输出的触发超前角,二者比较后取较大值形成最终的逆变侧触发超前角i;ref为定关断角控制的参考值,CEC为电流偏差控制的输出,为定关断角控制中 PI 环节的输入。在正常运行工况下,整流侧为定电流控制,逆第 47 卷 第 2 期 电 网 技 术 795 变侧为定关断角控制。当整流侧交流系统发生故障后,受直流电流减小影响,整流侧定电流控制输出的触发角 r减小,逆变侧定电流控制输出的触发超前
18、角 CC可能大于定关断角控制输出的触发超前角CEA。当 r=rmin=5时,整流侧切换为定最小触发角控制;当 CCCEA时,逆变侧切换为定电流控制。故障清除后,电气量和控制量均迅速恢复,造成直流控制系统的控制策略不断切换,电气量和控制量的变化特征多样,在 1.2 节中进行详细介绍。1.2 直流控制系统的电气量及控制量变化特点 整流侧交流系统发生故障后,电压和电流等电气量发生剧烈波动,整流侧和逆变侧直流控制系统据此调节触发角以维持系统稳定,直流控制系统的响应过程如图 2 所示。其中,以下标 r 和 i 来区分整流侧和逆变侧变量符号。按照电气量及控制量的变化特征,将整流侧交流系统故障期间及故障恢复
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 整流 交流 系统故障 引发 原因 分析 抑制 方法 研究 陈晓龙
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。