【正文】 使直流諧波加劇，同時使直流 短路電流上升更多。 換相失敗是發(fā)生在 HVDC 逆變側最常見的一種故障，在換流器中兩個換流閥換相結束后，剛退出運行的閥在反向電壓作用的一段時間內，未能恢復阻斷能力，在閥電壓變?yōu)檎龝r，該閥在沒有觸發(fā)脈沖的情況下，也會重新導通，導致?lián)Q相失敗。如果在下一個周期中閥 3 和閥 4 不再發(fā)生換相失敗，則將自行恢復正常運行。實際上，由于直流電抗器的電感為有限值，線路上存在電容，整流器定電流調節(jié)裝置有延時等原因，直流電流有個增大的過程。到 A 時刻，倒 換相結束，閥 3 關斷。 然而閥 4 開始導通，因為閥 1 依然導通，故形成 a 相的上下兩個橋臂同時導通，致使逆變器的直流側發(fā)生短路。還規(guī)定從閥關斷到閥上 電壓由負變正的過零點之間的時間用 ? 表示，它稱為逆變器的關斷角。計及換相角 ? 后，輸出的直流電壓如式 (35)所示。00d ??? ddd UUU 換流閥不具備導通條件。計及觸發(fā)角后 ,整流器的空載直流電壓將變?yōu)槭剑?32 ）。 整流器不可控時的換相過程 假設換相電抗 0?rL ，換流閥均不可控，換流閥通態(tài)壓降和斷態(tài)漏電流均忽略不計 , ae ， be ， ce 為工頻正弦電壓。 C、 雙極中性點線方式； 將兩端中 性點用導線連接起來，在任一側接地。 這種方式大多用于無法采用大地或海水作為回路，以及雙極方式的過度方案 。 正常運行時，電流經(jīng)大地或海水構成回路。 （ 7）以大地或者海水作為回路時會對沿途的金屬構件、金屬管道等產(chǎn)生腐蝕。 （ 4） HVDC 輸電系統(tǒng)可實現(xiàn)對輸送功率大小和方向的快速控制和調節(jié)，通過直流聯(lián)網(wǎng)的輸送功率可以按規(guī)定和需求進行控制， HVDC 輸電系統(tǒng)通過控制晶閘管換流器可快速實現(xiàn)有功功率調節(jié)和實現(xiàn)潮流翻轉；通過高壓直流輸電系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的兩個交流系統(tǒng)彼此隔離，因此一側交流系統(tǒng)故障對另一次交流系統(tǒng)的影響很小，從而可減少聯(lián)合大電網(wǎng)發(fā)生大面積停電事故的頻率，從而提大電網(wǎng)系統(tǒng)的運行可靠性。 平波電抗器可以在直流線路發(fā)生短路時有效抑制短路電流的上升速度，防止繼發(fā)性換相失敗的發(fā)生；平波電抗器在系統(tǒng)小電流時起 到保持電流連續(xù)的作用，在正常運行時可有效減少直流電流諧波；平波電抗器的選取原則為：減少直流側交流脈動分量、小電流時保持電流的連續(xù)性、直流短路時抑制電流的上升速度。單極方式通常是采用一根架空導線或者電纜線，以大地或海水作為返回線路組成的直流輸電系統(tǒng)，這種接線方式可以節(jié)省線路投資。 （ 2）通過仿真對比驗證了所建仿真模型的正確性。采用小波奇異值分解來提取故障信號特征，采用支持向量機（ SVM）對故障進行分類， SVM 算法的核函數(shù)及相關參數(shù)的選取較為復雜，參數(shù)選取對故障診斷影響較大；此外，該故障診斷方法無法實現(xiàn)只采集逆變側故障直流電流 信號來實現(xiàn)換相失敗故障診斷，對于交流系統(tǒng)故障引發(fā)的換相失敗診斷，該方法仍需結合三相交流故障電壓信號才能實現(xiàn)故障選相，增加了換相失敗故障診斷的難度和算法的復雜度。 供用電網(wǎng)絡中的諧波擴散分析和諧波狀態(tài)估計，浙江省自然科學基金項目( 一 )等； 近年來我國在高壓直流輸電方面從事的重大 工程應用研究項目有 748： 向廣東送電 1000 萬千瓦系統(tǒng)電氣計算穩(wěn)定水平校核，國家電力公司戰(zhàn)略規(guī)劃部委托項目， ( 一 )。 2021 年 12 月 26 日，由我國自主設計和建設的向家壩 上海 800kV 特高壓直流工程奉賢換流站極 209。 800kV 特高壓直流輸電工程采用雙 12 脈動閥組串聯(lián)接線方式，該接線方式使其運行方式更加多樣化，換流器采用 400kV+400kV 的電壓分配方案，送電距離約 1418km，主回路接線方案采用典型的雙極兩端中性點接地的高壓直流輸電系統(tǒng)。中國規(guī)劃建設177。進入 21 世紀，傳統(tǒng)的直流輸電系統(tǒng)作為成熟 昆明理工大學 設計（論文）專用紙 第 5 頁 的技術在包括中國、印度、馬來西亞、阿拉伯地區(qū)、澳洲等國家和地區(qū)得到快速發(fā)展。 隨著大量 HVDC 工程的投入使用，其運行中的問題也日益突現(xiàn)，其中的換相失敗就會導致直流電流增大，直流電壓下降、輸送功率減少，換流變壓器直流偏磁加劇、換流閥壽命縮短以及逆變側交流系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定等不良后果，是 HVDC 系統(tǒng)中最常見的故障之一。 高壓直流 (High Voltage Direct Current, HVDC)與交流輸電相比，具有線路投資較 昆明理工大學 設計（論文）專用紙 第 4 頁 低、運行靈活多變、不受電力系統(tǒng)同步運行穩(wěn)定性的限制。目前，直流輸電因其技術和經(jīng)濟上的獨特優(yōu)勢，在遠距離大容量輸電、大區(qū)聯(lián)網(wǎng)、背靠背聯(lián)網(wǎng)、海底及地下電纜輸電及向孤立負荷送電工程中得到應用， HVDC 輸電技術經(jīng)歷了階躍式的發(fā)展，上世紀 80 年代，由于聯(lián)網(wǎng)需要，建設了 14 項背靠背工 程；建成了目前世界上最長的直流線路，即扎伊爾的英加一沙巴工程 (1700km)及電壓等級最高 (? 600KV、輸送容量最大 (3150MW)的巴西伊太普工程，到了 90 年代，世界第一個復雜的三端 HVDC 工程 (魁北克一新英格蘭工程 )完成，并建成了世界上最長的海纜(250km)HVDC 工程 (瑞典一德國的 BALTIC 工程 )，目前，投入運行的 HVDC 輸電工程主要分布在美國、加拿大、印度、日本等國家。包括整流側交流系統(tǒng)發(fā)生三相故障和單相故障、逆變側交流系統(tǒng)發(fā)生三相故障和單相故障，以及直流線路發(fā)生短路故障時交直流輸電系統(tǒng)相關電氣量的變化及其控制器的響應特性。 本文基于交直流電網(wǎng)仿真系統(tǒng)PSCAD/EMTDC 仿真平臺建立高壓直流輸電 次系統(tǒng)仿真模型 ， 基于 次系統(tǒng)仿真模型和 特高壓直流輸電 基本控制原理 ， 在分析 特高壓直流輸電 控制系統(tǒng)中重要控制環(huán)節(jié)換流器觸發(fā)控制及換流變壓器分接頭控制的基礎上建立控制系統(tǒng)仿真模型 ， 并針對建立的系統(tǒng)仿真模型和控制系統(tǒng)仿真模型分別進行 特高壓直流輸電 系統(tǒng)正常運行及瞬時故障和穩(wěn)態(tài)變化的仿真驗證 。換相失敗故障的準確快速診斷是對換相失敗采取有效控制措施的前提。特別是在 20 世紀 80 年代以后，大功率電力電子技術及微機控制技術等高科技的發(fā)展，進一步促進了直流輸電技術的應用與發(fā)展。 世界范圍內，高壓直流輸電技術從上世紀 50 年代在電力系統(tǒng)中開始應用， 1954年 HVDC 輸電首次商業(yè)性成功地應用于瑞典大陸與哥特蘭島之間的輸電線路，這套系統(tǒng)采用 汞弧閥，通過 90 公里的水下電纜供給 20MW 的功率，從此高壓直流輸電得到了穩(wěn)步發(fā)展。 我國的水能、煤炭等資源額分布極其不平衡，發(fā)電能源資源的分布和用電負荷的分布極不均衡，這決定了我國需要采用高電壓、遠距離 、大容量輸電線路進行電力跨區(qū)域大規(guī)模輸送，采用 HVDC 輸電系統(tǒng)是解決這一問題的有效途徑； HVDC 輸電系統(tǒng)在輸送相同功率時，線路造價低， HVDC 輸電系統(tǒng)不受穩(wěn)定極限的限制，如果以直流線路連接兩個交流系統(tǒng)，由于直流線路沒有電抗，從而沒有穩(wěn)定極限問題，使得直流輸電不受輸電距離的限制； HVDC 輸電系統(tǒng)可實現(xiàn)對輸送功率大小和方向的快速控制和調節(jié)，直流聯(lián)網(wǎng)的輸送功率可按規(guī)定和需求進行控制， HVDC 輸電系統(tǒng)通過控制晶閘管換流器可快速實現(xiàn)有功功率調節(jié)和實現(xiàn)潮流翻轉；因此 HVDC 輸電系統(tǒng)在高電壓、遠距離、大容量輸電工程中得到 了廣泛的發(fā)展和應用。從 1987 年首條直流輸電線路投運至今，已有數(shù)十條線路相繼投產(chǎn)。 1972 年，將加拿大魁北克和新布輪茲維克非同步連接起來的伊爾河背靠背直 流輸電工程首次全部采用了晶閘管閥，從此以后，新建的直流輸電工程都全部采用了晶閘管換流閥，直流輸電系統(tǒng)得到巨大發(fā)展。在 1989 年投運了177。 800kV 直流輸電工程；它始于云南省祿豐縣（楚雄換流站），落于廣東珠江三角洲東部的增城市（穗東換流站），架空線路為雙極設計，輸送容量為 5000MW；云廣177。 1987 年底我國投運了自行建成的舟山 100kV 海底電纜直流輸電工程，隨后葛洲壩 上海 500kV!1200MW 的大功率直流輸電投運，大大促進了我國 HVDC 水平的提高。包括與 HVDC 相關技術的改進，如自動可調交流濾波器 與有源直流濾波器，戶外閥技術、串聯(lián)電容器的換流器技術 (CCC)、深埋接地極技術及多端直流技術等以及 HVDC 先進控制技術等方面的研究； 輸電與聯(lián)網(wǎng)中的多直流落點問題及其對策，國家自然科學基金項目，批準 號50277034( 一 )。 HVDC 輸電系統(tǒng)換相失敗的過程同時伴隨著直流電流和直流電壓的突變，僅僅通過時域或頻域分析方法難以識別出引發(fā)換相失敗的故障原因。 二、 搭建基于 PSCAD/EMTDC 的換相失敗仿真模型，通過 PSCAD/EMTDC 仿真軟件分析換相失敗發(fā)生過程。 昆明理工大學 設計（論文）專用紙 第 9 頁 第二章 高壓直流輸電基本原理 HVDC 的構成及特點 HVDC 構成 HVDC 系統(tǒng)基本原理如圖 21 所示，包括兩個換流站（整流站和逆變站）和直流輸電線路，換流站中主要裝有換流器，實現(xiàn)交流電與直流電的相互轉換。 換流裝置是直流輸電系統(tǒng)的核心，一般由晶閘管組成，擔負著整流與逆變的功能；高壓直流輸電系統(tǒng)中對晶閘管元件有著嚴格的要求，要求晶閘管元件具有耐壓高、載流能力大等特點，為了節(jié)省占地空間，通常將若干個元件組成一個組件 ，組件中除了若干個串聯(lián)的可控硅元件外，還包括循環(huán)冷卻系統(tǒng)、散熱器、均勻阻尼電路、元件觸發(fā)控制電路等。 （ 3）直流輸 電的接入不會增加交流系統(tǒng)的短路容量，直流輸電系統(tǒng)不傳送短路功率，系統(tǒng)定電流控制可快速把短路電流限制在額定電流之內，這種隔離作用是系統(tǒng)不會增減短路容量，從而避免更換更大容量的開關設備；而交流輸電系統(tǒng)線路連接兩個交流系統(tǒng)時，系統(tǒng)容量的增加會增大系統(tǒng)短路電流，有可能超過原有的斷路器的短路容量，引發(fā)設備的更換。 （ 3）換流設備在運行中產(chǎn)生大量的諧波污染，諧波污染會在直流側和交流側產(chǎn)生諧波電壓和諧波電流，使發(fā)電機和電容器組設備發(fā)熱、導致?lián)Q流器控制裝置工作不穩(wěn)定、造成通信系統(tǒng)干擾，嚴重影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，為防止諧波污染需加裝濾波裝置。在遠距離傳輸方面直流輸電比交流輸電具有更好的經(jīng)濟性。這種方 式避免了電流從地中或海水中流過，又把某一導線的電壓限位到 0。葛上直流就是采用這種方式。 第三章 分析線路 故障和換相失敗的機理 昆明理工大學 設計（論文）專用紙 第 14 頁 本章介紹了高壓直流系統(tǒng)中換流器的換相過程以及換相失敗故障，包括引起換相失敗故障的具體原因，隨后介紹了換流器的控制模式，為后面分析換相失敗故障對交流系統(tǒng)保護的影響打下基礎。 6 脈動整流器的理想空載直流電壓可用式 (31)表示。39。 換相角 ? 可用式（ 34）表示。 U d 的反向即導致功率反向，因此對于逆變側來說，其必須有交流電壓支持逆變器換相。在 baU 改變方向前（即 ?180 時刻），閥 1 的電流在 baU 未能減少到零，所以不能完成關斷。 由于整流器閥在 電流關斷后的較長時間內處于反向電壓下，所以僅當觸發(fā)電路發(fā)生故障時，整流器才會發(fā)生換相失敗。如果閥 1 和閥 3 再次換相時不再次發(fā)生換相失敗的故障，就能自動恢復正常運行。與整流器提供的直流電壓同向，所以在直流回路和變壓器繞組中，故障電流都很快的增大。這種故障稱為兩次不連續(xù)換相失敗。 換相失敗的原因 昆明理工大學 設計（論文）專用紙 第 21 頁 換相失敗的原因不是因為閥的任何誤操作，而是因為閥的外電路條件引起的，由上式 (39)、式 (310)、式 (311)和式 (312)可以看出，引起換相失敗的原因主要有 。 換相失敗的危害 一次換相失敗對 HVDC 系統(tǒng)影響不大，且在大多情況下是可以自愈的，但當發(fā)生 昆明理工大學 設計（論文）專用紙 。 于是有， ?????? ?? ???c os2a rc os U XI cd （ 310） 式 (310)中參數(shù)意義與式 (39)中的相同，式 (310)只適用于交流電壓是對稱的。此外，由于交流電壓被加到直流回路上，有可能在線路電容與電感元件之間造成基波頻率的諧振過電壓。例如在閥 3換相失敗后，接著又發(fā)生閥 2 對閥 4 的換相失敗，那么在閥 4 向閥 2 倒換相完成后，直流電流流經(jīng)閥 1，閥 2，和變壓器 a, c 兩相繞組。在 C1~C2 間隔內，閥 5 承受反向電壓，因此觸發(fā)不能使其導通，閥 1仍導通。 aUb 昆明理工大學 設計（論文）專用紙