【正文】 當(dāng)用交流母線線電壓的有效值 LU 來表示式 (210)時(shí)，設(shè)換流變壓器的變比為 k ，則式 (310)變?yōu)椋? ?????? ?? ?? c os2a rc osLcdU XkI （ 311） 當(dāng)逆變側(cè)交流系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱故障，此時(shí)換相電壓不再對(duì)稱，設(shè)換相線電壓過零點(diǎn)前移角度為 ? 時(shí)，關(guān)斷角的計(jì)算公式變?yōu)椋? ????c os2a rc os ?????? ?? U XI cd （ 312） 式 (312)中其它參數(shù)意義與式 (39)中的相同。在前半個(gè)周期中，變壓器線 電壓。在閥 1 和閥 4 同時(shí)導(dǎo)通的時(shí)間里 (即 ?120 )，逆變器直流電壓持續(xù)為零，所以直流系統(tǒng)無功率送出。 由于閥的單向?qū)щ娦?,換流器中的電流不可能反向。0 U900。 由于沒有直流輸電線路，直流系統(tǒng)可用較低的額定電壓， 這樣整個(gè)直流系統(tǒng)的絕緣費(fèi)用可降低，有色金屬的消耗量和電能損耗的增加就減少。 單極兩線單點(diǎn)接地是將導(dǎo)線任一根在一側(cè)換流站進(jìn)行單點(diǎn)接地。 昆明理工大學(xué) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 12 頁 （ 2）換流設(shè)備需要消耗大量無功功率，高壓直流輸電系統(tǒng)中整流器和逆變器需要消耗大量 的無功功率，整流器和逆變器消耗的無功功率分別約為有功功率的 30%~50%和 40%~60%。 ~ ~ 換 流 變壓器 1 換 流 變壓器 2 Vd1 Vd2 整流器 逆變器 ＋ ＋ － － Id Id 交流電力 系統(tǒng) I 交流 電 力 系 統(tǒng)Ⅱ 換流站 1 （整流站） 換流站 2 （逆變站） 直流線路 直流輸電系統(tǒng) 昆明理工大學(xué) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 10 頁 換換 流流 站站 是是 高高 壓壓 直直 流流 輸輸 電電 系系 統(tǒng)統(tǒng) 的的 核核 心心 ， 換換 流流 站站 主主 要要 包包 括括 ：： 換換 流流 橋橋 、 換換 流流 變變 壓壓 器器 、 平平波波 電電 抗抗 器器 、 無無 功功 補(bǔ)補(bǔ) 償償 裝裝 置置 、 濾濾 波波 器器 等等 ；； 換換 流流 橋橋 主主 要要 用用 于于 實(shí)實(shí) 現(xiàn)現(xiàn) 交交 流流 與與 直直 流流 的的 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換換 ， 換換 流流變變 壓壓 器器 主主 要要 用用 于于 實(shí)實(shí) 現(xiàn)現(xiàn) 交交 流流 系系 統(tǒng)統(tǒng) 與與 直直 流流 系系 統(tǒng)統(tǒng) 之之 間間 的的 電電 壓壓 變變 換換 、 實(shí)實(shí) 現(xiàn)現(xiàn) 電電 絕絕 緣緣 與與 隔隔 離離 等等 功功 能能同同 時(shí)時(shí) 對(duì)對(duì) 交交 流流 系系 統(tǒng)統(tǒng) 入入 侵侵 直直 流流 系系 統(tǒng)統(tǒng) 的的 過過 電電 壓壓 起起 到到 一一 定定 的的 抑抑 制制 作作 用用 ， 平平 波波 電電 抗抗 器器 主主 要要 用用 于于 抑抑制制 直直 流流 過過 電電 流流 的的 上上 升升 速速 度度 ， 實(shí)實(shí) 現(xiàn)現(xiàn) 濾濾 波波 、 緩緩 沖沖 過過 電電 壓壓 等等 功功 能能 ， 無無 功功 補(bǔ)補(bǔ) 償償 裝裝 置置 主主 要要 用用 于于 提提高高 無無 功功 功功 率率 、 起起 到到 電電 壓壓 調(diào)調(diào) 節(jié)節(jié) 及及 提提 高高 電電 壓壓 穩(wěn)穩(wěn) 定定 性性 的的 作作 用用 。分析發(fā)生換相失敗的危害及其預(yù)防措施。 近 年來我國(guó)在高壓直流輸電方面從事的重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目有： 研究制定通用的 HVDC 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及 HVDC 工程設(shè)計(jì)規(guī)范； 完善 HVDC 技術(shù)的研究手段，開發(fā) HVDC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件包 ,建立 HVDC 系統(tǒng)的新型數(shù)學(xué)模型和開發(fā)接地極研究的相關(guān)軟件； 直流新技術(shù)的研究。 800kV 直流輸電線路，同時(shí)也是世界上第一條177。高壓直流輸電技術(shù)首先是被應(yīng)用到海底電纜輸電系統(tǒng)中，早期的直流輸電工程包括瑞典哥特蘭島工程（于 1954 年投運(yùn)）及意大利撒丁島工程（于 1967 年投運(yùn)），之后高壓直流輸電技術(shù)被應(yīng)用到長(zhǎng)距離、大容量輸電系統(tǒng)中，與此對(duì)應(yīng)的直流輸電工程包括美國(guó)太平洋聯(lián)絡(luò)線工程（于 1970 年投運(yùn)）及納爾遜河工程（于 1973 年投運(yùn)）等。提高交流電壓等級(jí)已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的大電網(wǎng)、大容量、遠(yuǎn)距離輸電的要求，因此在一定條件下采用高壓直流（ High Voltage Direct Current， HVDC）輸電技術(shù)將更為合理，高壓直流輸電與交流輸電系統(tǒng)相比具有線路造價(jià)低、線路有功損耗小、不受系統(tǒng)穩(wěn)定極限的限制、運(yùn)行靈活、可實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)與控制等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。 直流輸電技術(shù)從 20 世紀(jì) 50 年代在電力系統(tǒng)中得到應(yīng)用以來，至今經(jīng)歷了汞弧閥換流 和晶閘管換流時(shí)期，目前世界上已有 60 多項(xiàng)直流輸電工程投入運(yùn)行，在遠(yuǎn)距離大容量輸電、海底電纜和地下電纜輸電以及電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)工程中得到較大的發(fā)展。 將小波變換應(yīng)用于高壓直流輸電 (HVDC)系統(tǒng)換相失敗的故障診斷中，基于多尺度分析分別對(duì)不同故障情況下的直流電流進(jìn)行 分解，并利用尺度能量和尺度熵這兩種小波處理方法提取故障特征，分別定義兩個(gè)故障診斷指標(biāo)作為辨識(shí)各種故障的判據(jù)，然后針對(duì)這兩個(gè)指標(biāo)分別設(shè)置 4 個(gè)閾值以診斷直流線路故障和換相失敗故障。 在我國(guó)， HVDC 輸電技術(shù)的發(fā)展，加速了區(qū) 域電網(wǎng)互聯(lián)和全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)程，自 1987 年自舟山直流輸電工程投入運(yùn)行以來，已有葛洲壩一南橋、天生橋一廣州、三峽一常州、三峽一廣東、貴州一廣東、嶸泅直流輸電、靈寶背靠背直流輸電工程相繼投入運(yùn)行、此外三峽一上海、貴州一廣東第二回等工程正在緊張建設(shè)之中，由于我國(guó)能源分布和電力消耗的地區(qū)分布不平衡，“西電東送”成為我國(guó)電網(wǎng)規(guī)劃和發(fā)展的重要舉措，今后我國(guó)的電網(wǎng)將主要分為三大塊，即北部電網(wǎng) (北通道 )、中部電網(wǎng) (中通道 )和南部電網(wǎng) (南通道 )，而今后聯(lián)網(wǎng)主要采用高壓直流或高壓交流 (HVAC）實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，與 HVAC 輸電相比， HVDC 輸電在遠(yuǎn)距離、大功率輸電方面更具有優(yōu)勢(shì)，如果采用直流高壓 (UHVDC)技術(shù)，輸送容量還可以更大，能達(dá)到現(xiàn)有高壓交流輸送功率的 6~8倍。如果換相失敗后控制不當(dāng)，會(huì)引發(fā)連續(xù)換相失敗，最終導(dǎo)致直流功率中斷，影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 800kV 電壓等級(jí)高壓直流輸電系統(tǒng)，以將處于西部邊遠(yuǎn)地區(qū)的大規(guī)模水電經(jīng)濟(jì)地輸送到東部的負(fù)荷中心。800kV 直流系統(tǒng)和直流線路成功升壓至 800kV，這標(biāo)志著世界上輸送容量最大、送電距離最遠(yuǎn)、技術(shù)水平最先進(jìn)、電壓等級(jí)最高的 HVDC 工程全線帶電成功，此外 ,錦屏 華東 800kV 直流輸電工程也列入了十一五規(guī)劃中，隨著我國(guó)西電東送力度的加大和全國(guó)幾個(gè)大區(qū)域電網(wǎng)之間的互聯(lián)，將會(huì)有更多的直流輸電工程投入使用，預(yù)計(jì)到 2020 年左右，我國(guó)將建成世界上罕見的跨區(qū)域和遠(yuǎn)距離傳輸巨大功率的超高壓交、直流混合輸電系統(tǒng)，其運(yùn)行復(fù)雜性和難度在國(guó)際上也是少見的。 昆明理工大學(xué) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 8 頁 本文所要做的工作 本文深入分析了換相失敗發(fā)生機(jī)理，總結(jié)了現(xiàn)有換相失敗故障診斷經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)中發(fā)生的換相失敗故障的暫態(tài)過程，本論文進(jìn)行了重點(diǎn)、深入的研究。雙極接線方式有兩根不同極性的導(dǎo)線，可具有大地回路或者中性線回路，當(dāng)一極故障時(shí)，不影響其它極正常運(yùn)行。 （ 5） HVDC 輸電系統(tǒng)可方便進(jìn)行分期建設(shè)及擴(kuò)建，有利于發(fā)揮投資效益。應(yīng)注意：接地板的材料， 埋設(shè)方式和對(duì)地下埋設(shè)物的腐蝕以及對(duì)地下通訊線路， 航海羅盤的影 響等問題。 當(dāng)一極發(fā)生故障時(shí)，能用健全極繼續(xù)輸送功率，同時(shí)避免了大地和海水作為 回路， 這種運(yùn)行方式在減輕電磁干擾、防止腐蝕方面有優(yōu)點(diǎn)， 在日本被標(biāo)準(zhǔn)采用， 但經(jīng)濟(jì)上增 加了一定的投資。 ?cos039。 dd UUU ??? ?co s0d （ 35） ）（ ?? c osc os2 0d ??? dUU （ 36） 于是有， ）（ ?? c o sc o s2 0d ?? dUU （ 37） 昆明理工大學(xué) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 17 頁 式（ 37）中， ??? ?? 。到閥 5 觸發(fā)時(shí)，因?yàn)殚y 5 兩端承受反向電壓，因此閥5 不能導(dǎo)通。 由上述分析可知，一次換相失敗以后，流經(jīng)逆變器的直流電流必將增加，因而有可能造成兩次連續(xù)的換相失敗。 換相失敗的根本原因是關(guān)斷角過小引起的，它與其它因素之間的關(guān)系表為： ??? ? （ 38） 由式（ 38）可見， ? 角決定于 ? 和 ? 角。 換相失敗的特點(diǎn)及危害 換相失敗的特點(diǎn) 換相失敗具有以下特點(diǎn)： 1)換相的兩個(gè)閥發(fā)生倒換相 ,倒換相之后使己經(jīng)退出導(dǎo)通的閥又導(dǎo)通； 2)在一次換相失敗中 ,使得接在交流同一相上的一對(duì)閥同時(shí)導(dǎo)通形成了直流短路； 3)在兩次連續(xù)換相失敗故障中 ,將有工頻交流電壓加到直流線路上。過 C4 點(diǎn)以后才逐步恢復(fù)正常。 超前角偏小，換相結(jié)束后出現(xiàn)換相失敗的情況 在逆變器運(yùn)行過程中，以閥 1 對(duì)閥 3 的換相過程為例，如果閥 3 觸發(fā)時(shí)刻觸發(fā)超前角不夠大，或者換相角較大，以致?lián)Q相結(jié)束后閥 1 的關(guān)斷角小于關(guān)斷所需要的角度(時(shí)間 )，則由于閥 1 元件內(nèi)還有剩余載流子，因此在正向電壓作用下即使不加觸發(fā)也會(huì)重新開通，閥 3 已取得的電流又將倒換相到閥 1。 對(duì)于逆變器來說 ,其觸發(fā)角 ，??? ? ，稱為觸發(fā)超前角。039。 dI2du1V4V3V6V 2V5V2ai 2au 2bi 2bu2ci 2cu 0 圖 31 脈動(dòng)換流器接線 圖 31 中晶閘管換流閥有如下特：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娦?；換流閥 的導(dǎo)通條件是正極對(duì)負(fù)極為正電壓且必須加觸發(fā)脈沖；換流閥控制極無關(guān)斷能力，只有當(dāng)流經(jīng)它的電流為零時(shí)才能關(guān)斷。所以仍要考慮 適當(dāng)?shù)慕^緣強(qiáng)度。 （ 6）控制裝置復(fù)雜，雖然直流輸電系統(tǒng)可方便實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)和控制，但控制裝置復(fù)雜，需采用雙重化措施，以保證可靠性。高壓直流輸電系統(tǒng)的性能主要受到換流變壓器可靠性的影響，一旦換流變壓器出現(xiàn)故障，就需要很長(zhǎng)的停運(yùn)時(shí)間。具體為以下步驟： （ 1）在合理修正其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的基礎(chǔ)上，建立了 HVDC 輸電系統(tǒng)的詳細(xì)仿真模型，并采用 PSCAD/EMTDC 搭建了該仿真模型。 昆明理工大學(xué) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 7 頁 直流輸電系統(tǒng)的非線性控制及對(duì)交流輸電系統(tǒng)的緊急支援，國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目即 973 項(xiàng)目，批準(zhǔn)號(hào) :G1998020310( 一 )。能源戰(zhàn)略的特高壓直流示范工程；也是世界上第一個(gè)投入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的特高 壓直流輸電工程，是國(guó)家“十一五建設(shè)的重點(diǎn)工程及特高壓直流輸電自主化示范工程；云廣177。 800kV。換相失敗就是 HVDC 輸電系統(tǒng)中比較突出的問題，發(fā)生換相失敗會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)直流電流劇增、電壓下降、系統(tǒng)輸送功率減少等后果，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此對(duì)換相失敗進(jìn)行研究，判斷引起高壓直流輸電系統(tǒng)發(fā)生換相失敗的原因，保障 HVDC 系統(tǒng)運(yùn)行安全具有非常重要的意義 。 隨著高壓直流輸電技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)的控制方法和特性研究也得到了進(jìn)一步的發(fā)展，文中對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)的控制原理和特性進(jìn)行了介紹，并且基于 PSCAD/EMTDC仿真程序研究了 CIGRE直流輸電標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)在各種故障下的典型響應(yīng)特性。 首先本文介紹了 HVDC 輸電系統(tǒng)及其換相失敗故障診斷的研究現(xiàn)狀，指出目前HVDC 換相失敗故障診斷方法存在的不足。特別是隨著晶閘管閥的出現(xiàn)，高壓直流輸電應(yīng)用越來越廣。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)繼續(xù)增長(zhǎng)，還將會(huì)有大量的 HVDC 工程在建設(shè)和規(guī)劃中， 2020 年前后西部水電的大部分電力將通過特高壓直流線路向華中和華東地區(qū)輸送，其中金沙江一期的溪洛渡和向家壩水電站。 500kV 葛南直流輸電工程，輸送功率達(dá) 1200MW。 2021 年以后，我國(guó)又相繼建成了天生橋 廣州、三峽 常州、三峽 廣州、貴州 廣州、高坡 肇 慶、興仁 寶安電壓等級(jí)500kV，容量達(dá) 3000MW