【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(cè)最常見的一種故障，在換流器中兩個換流閥換相結(jié)束后，剛退出運(yùn)行的閥在反向電壓作用的一段時間內(nèi)，未能恢復(fù)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(dǎo)通，導(dǎo)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(fù)正常運(yùn)行。實(shí)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(diào)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(jié)束，閥 3 關(guān)斷。 然而閥 4 開始導(dǎo)通，因?yàn)殚y 1 依然導(dǎo)通，故形成 a 相的上下兩個橋臂同時導(dǎo)通，致使逆變器的直流側(cè)發(fā)生短路。還規(guī)定從閥關(guān)斷到閥上 電壓由負(fù)變正的過零點(diǎn)之間的時間用 ? 表示，它稱為逆變器的關(guān)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(dǎo)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(shè)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(diǎn)線方式； 將兩端中 性點(diǎn)用導(dǎo)線連接起來，在任一側(cè)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(yùn)行時，電流經(jīng)大地或海水構(gòu)成回路。 （ 7）以大地或者海水作為回路時會對沿途的金屬構(gòu)件、金屬管道等產(chǎn)生腐蝕。 （ 4） HVDC 輸電系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對輸送功率大小和方向的快速控制和調(diào)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(jìn)行控制， HVDC 輸電系統(tǒng)通過控制晶閘管換流器可快速實(shí)現(xiàn)有功功率調(diào)節(jié)和實(shí)現(xiàn)潮流翻轉(zhuǎn)；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(cè)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(yùn)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(yùn)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(cè)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(dǎo)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(yàn)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(jī)（ SVM）對故障進(jìn)行分類， SVM 算法的核函數(shù)及相關(guān)參數(shù)的選取較為復(fù)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(shí)現(xiàn)只采集逆變側(cè)故障直流電流 信號來實(shí)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(jié)合三相交流故障電壓信號才能實(shí)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(fù)雜度。 供用電網(wǎng)絡(luò)中的諧波擴(kuò)散分析和諧波狀態(tài)估計，浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)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(yīng)用研究項(xiàng)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(xiàng)目， ( 一 )。 2021 年 12 月 26 日，由我國自主設(shè)計和建設(shè)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(yùn)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(diǎn)接地的高壓直流輸電系統(tǒng)。中國規(guī)劃建設(shè)177。進(jìn)入 21 世紀(jì)，傳統(tǒng)的直流輸電系統(tǒng)作為成熟 昆明理工大學(xué) 設(shè)計（論文）專用紙 第 5 頁 的技術(shù)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(yùn)行中的問題也日益突現(xiàn)，其中的換相失敗就會導(dǎo)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(cè)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(xué) 設(shè)計（論文）專用紙 第 4 頁 低、運(yùn)行靈活多變、不受電力系統(tǒng)同步運(yùn)行穩(wěn)定性的限制。目前，直流輸電因其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的獨(dú)特優(yōu)勢，在遠(yuǎn)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(fù)荷送電工程中得到應(yīng)用， HVDC 輸電技術(shù)經(jīng)歷了階躍式的發(fā)展，上世紀(jì) 80 年代，由于聯(lián)網(wǎng)需要，建設(shè)了 14 項(xiàng)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(fù)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(yùn)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(cè)交流系統(tǒng)發(fā)生三相故障和單相故障、逆變側(cè)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(guān)電氣量的變化及其控制器的響應(yīng)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(chǔ)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(jìn)行 特高壓直流輸電 系統(tǒng)正常運(yùn)行及瞬時故障和穩(wěn)態(tài)變化的仿真驗(yàn)證 。換相失敗故障的準(zhǔn)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(jì) 80 年代以后，大功率電力電子技術(shù)及微機(jī)控制技術(shù)等高科技的發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)了直流輸電技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。 世界范圍內(nèi)，高壓直流輸電技術(shù)從上世紀(jì) 50 年代在電力系統(tǒng)中開始應(yīng)用， 1954年 HVDC 輸電首次商業(yè)性成功地應(yīng)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(fù)荷的分布極不均衡，這決定了我國需要采用高電壓、遠(yuǎn)距離 、大容量輸電線路進(jìn)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(shí)現(xiàn)對輸送功率大小和方向的快速控制和調(diào)節(jié)，直流聯(lián)網(wǎng)的輸送功率可按規(guī)定和需求進(jìn)行控制， HVDC 輸電系統(tǒng)通過控制晶閘管換流器可快速實(shí)現(xiàn)有功功率調(diào)節(jié)和實(shí)現(xiàn)潮流翻轉(zhuǎn)；因此 HVDC 輸電系統(tǒng)在高電壓、遠(yuǎn)距離、大容量輸電工程中得到 了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。從 1987 年首條直流輸電線路投運(yùn)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(yùn)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(shè)計，輸送容量為 5000MW；云廣177。 1987 年底我國投運(yùn)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(yùn)，大大促進(jìn)了我國 HVDC 水平的提高。包括與 HVDC 相關(guān)技術(shù)的改進(jìn)，如自動可調(diào)交流濾波器 與有源直流濾波器，戶外閥技術(shù)、串聯(lián)電容器的換流器技術(shù) (CCC)、深埋接地極技術(shù)及多端直流技術(shù)等以及 HVDC 先進(jìn)控制技術(shù)等方面的研究； 輸電與聯(lián)網(wǎng)中的多直流落點(diǎn)問題及其對策，國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，批準(zhǔn) 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(xué) 設(shè)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(gòu)成及特點(diǎn) HVDC 構(gòu)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(shí)現(xiàn)交流電與直流電的相互轉(zhuǎn)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(dān)負(fù)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(yán)格的要求，要求晶閘管元件具有耐壓高、載流能力大等特點(diǎn)，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(nèi)，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(guān)設(shè)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(shè)備的更換。 （ 3）換流設(shè)備在運(yùn)行中產(chǎn)生大量的諧波污染，諧波污染會在直流側(cè)和交流側(cè)產(chǎn)生諧波電壓和諧波電流，使發(fā)電機(jī)和電容器組設(shè)備發(fā)熱、導(dǎo)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(yán)重影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，為防止諧波污染需加裝濾波裝置。在遠(yuǎn)距離傳輸方面直流輸電比交流輸電具有更好的經(jīng)濟(jì)性。這種方 式避免了電流從地中或海水中流過，又把某一導(dǎo)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(jī)理 昆明理工大學(xué) 設(shè)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(hù)的影響打下基礎(chǔ)。 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(dǎo)致功率反向，因此對于逆變側(cè)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(guān)斷。 由于整流器閥在 電流關(guān)斷后的較長時間內(nèi)處于反向電壓下，所以僅當(dāng)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(fù)正常運(yùn)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(xué) 設(shè)計（論文）專用紙 第 21 頁 換相失敗的原因不是因?yàn)殚y的任何誤操作，而是因?yàn)殚y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(dāng)發(fā)生 昆明理工大學(xué) 設(shè)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(nèi)，閥 5 承受反向電壓，因此觸發(fā)不能使其導(dǎo)通，閥 1仍導(dǎo)通。 aUb 昆明理工大學(xué) 設(shè)計（論文）專用紙