【正文】 的 HVDC 工程。小波 分析分析方法能有效地提取直流電流和直流電壓故障信號(hào)的暫態(tài)特征，在非平穩(wěn)信號(hào)的處理方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。 圖 21 高壓直流輸電系統(tǒng)示意圖 目前 HVDC 直流輸電大多采用兩端輸電系統(tǒng)接線方式分單極接線方式、雙極接線方式、“背靠背 。高壓直流輸電系統(tǒng)的定電流控制。 具體如圖 21所示，工作原理：有交流電力系統(tǒng) I 送出交流功率給整流站的交流木锨，經(jīng)換流變壓器 1，送到整流器，把交流功率轉(zhuǎn)換成直流功率，然后由直流線路把直流功率輸送給逆變站內(nèi)的逆變器，逆變器姜直流功率變換成交流功率，再經(jīng)換流變壓器 2送入受端的交流電力系統(tǒng)Ⅱ。 B、 雙極兩線中性點(diǎn)單端接地方式； 這種運(yùn)行方式在整流側(cè)或逆變側(cè)中性點(diǎn)單端接地。 lUU ? (31) 式 (31)中， lU 為閥側(cè)繞組空載線電壓有效值。 ? = ?? ? ??????? ?ldUIX22c osa rc os （ 34） 逆變器狀 態(tài)運(yùn)行 如果不計(jì)換相角 ? ,co s00d39。當(dāng) baU 過(guò)零點(diǎn)之后，閥 1 的電流將會(huì)增加，此時(shí)閥 3 向閥 1 倒換相，閥 3 電流將會(huì)減小，最終為零，因而閥 3 關(guān)斷。故障過(guò)程中逆變器反電壓下降歷時(shí)大約 ?240 ，上 述過(guò)程為一次換相失敗。 換相失敗定義及原因 換相失敗的定義 高壓直流輸電系統(tǒng)包括換流器、直流輸電線路和換流站的交流部分，其中任何一部分發(fā)生故障 ，都會(huì)影響整個(gè)直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行，換相失敗是逆變器最常見(jiàn)的故障，在每一個(gè)單橋中，當(dāng)處于同一半橋中的兩個(gè)橋臂之間的換相結(jié)束后，剛退出運(yùn)行的閥在反向電壓作用的一段時(shí)間內(nèi)，如果未能恢復(fù)正向阻斷能力，或者在反向電壓期間換相過(guò)程一直未能進(jìn)行完畢，在閥電壓轉(zhuǎn)變?yōu)檎驎r(shí)，該閥將會(huì)不觸發(fā)而再次導(dǎo)通，與剛觸發(fā)導(dǎo)通的閥發(fā)生反換相，這個(gè)過(guò)程就是換相失敗。換流母線電壓的下降、超前觸發(fā)角的減小以及直流電流和換相電抗的增大都會(huì)使關(guān)斷角減小，容易導(dǎo)致?lián)Q相失?。煌ㄟ^(guò)調(diào)整換流變壓器分接頭可以避免靜態(tài)時(shí)關(guān)斷角過(guò)小，使逆變器的關(guān)斷角保持在一定的范圍內(nèi)，從而減少換相失敗的發(fā)生機(jī)會(huì)；當(dāng)逆變側(cè)交流系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)， 交流線電壓的過(guò)零點(diǎn)將會(huì)移動(dòng)，當(dāng)過(guò)零點(diǎn)前移時(shí)，關(guān)斷角會(huì)變小，容易發(fā)生換相失敗；等間隔觸發(fā)脈沖控制方式不直接依賴于同步電壓，能獨(dú)立地產(chǎn)生等相位間隔觸發(fā)信號(hào)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，與分相觸發(fā)脈沖控制方式相比，它能減少換相失敗的發(fā)生；交流系統(tǒng)的頻譜影響故障后換相電壓的波形，從而影響逆變器的換相。在兩次連續(xù)換相失敗中， 除了有較大的故障電流外，由于閥 1 和閥 2 連續(xù)導(dǎo)通長(zhǎng)達(dá)基波的一個(gè)周期左右，直流電流流經(jīng)換流變壓器，將造成換流變壓器的直流偏磁。如果沒(méi)有故障控制，仍按原來(lái)次序觸發(fā)的話，則在 P4 時(shí)刻閥 2 和閥 4 開(kāi)始換相，這時(shí)由于閥 1 和閥 4 同時(shí)導(dǎo)通，造成了直流側(cè)短路。圖 34 中，i1和 i3分別為閥 1和閥 3中的電流， )co s(co s2 tI s ?? ? 是換相電流曲線， abba UUU ?? 。這一角度 ? 稱為換相角，是換流器運(yùn)行中的一個(gè)重要參數(shù)。到 c 2 時(shí)刻， c 相電壓最低，此時(shí)閥 V2 導(dǎo)通而 V6 截止，輸出電壓為 caac ee ??e 。正常運(yùn)行時(shí)， 接地點(diǎn)之間沒(méi)有電流通過(guò)。高壓直流輸電系統(tǒng)主要應(yīng)用于遠(yuǎn)距離大容量輸電系統(tǒng)、海底電纜輸電系統(tǒng)、不同頻率的兩個(gè)交流系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)等場(chǎng)合。 （ 2） 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(gè)交流系統(tǒng)，由于直流線路沒(méi)有電抗，從而沒(méi)有穩(wěn)定極限問(wèn)題，使得直流輸電不受輸電距離的限制；高壓直流輸電系統(tǒng)本身具有調(diào)制功能，換流站采用的是快速可控的功率器件 晶閘管，可方便、快捷、靈活、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)有功潮流的增減和雙向傳送，向交流系統(tǒng)提供功率，頻率及電壓支持。 三、分析研究樣本訓(xùn)練及換相失敗故障診斷具體方法與步驟，分析高壓直流輸電系統(tǒng)換相失敗故障診斷啟動(dòng)判據(jù)。 三峽一廣東直流輸電工程直流系統(tǒng)對(duì)通信干擾的評(píng)估，北京網(wǎng)聯(lián)直流輸電工程有限責(zé)任咨詢公司委托項(xiàng)目， ( 一 )。到目前為此，全世界共有上百項(xiàng)直流輸電工程投入運(yùn)行，其中大部分電壓等級(jí)超過(guò) 400kV，最高電壓等級(jí)達(dá) 800kv。隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的進(jìn)步，將進(jìn)一步推動(dòng)高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展。到目前為止，全世界已成功投運(yùn) HVDC 工程達(dá)上百項(xiàng)，隨著電力需求的不斷增長(zhǎng)，將會(huì)有越來(lái)越多的 HVDC 工程投運(yùn)。 由于水平有限，查閱參考資料又有許多局限性，論文中存在缺點(diǎn)和錯(cuò)誤在所難免，請(qǐng)批評(píng)指正。 昆明理工大學(xué) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 摘 要 高壓直流輸電（ HVDC）技術(shù)因其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在遠(yuǎn)距離大容量輸電和大區(qū)域聯(lián)網(wǎng)方面取得了十分廣泛的應(yīng)用。 昆明理工大學(xué) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 2 頁(yè) 第一章 緒 論 高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展 目前，直流輸電因其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在遠(yuǎn)距離大容量輸電和大區(qū)聯(lián)網(wǎng)兩方面已得到了十分廣泛的應(yīng)用。我國(guó)發(fā)電用水能和煤炭資源的分布與用電負(fù)荷的分布極不均衡，資源較豐富的多為西部地區(qū)，而負(fù)荷中心在東部沿海地區(qū)，決定了能源和 電力跨區(qū)大規(guī)模流動(dòng)的必然性。我國(guó)從 20 世紀(jì) 50 年 代開(kāi)始從事高壓直流輸電技術(shù)研究， 60 年代在中國(guó)電力科學(xué)研究院建成國(guó)內(nèi)第一個(gè)晶閘管閥模擬裝置，并與 1977 年改造成一條 31kV 直流輸電實(shí)驗(yàn)線路，供 HVDC 系統(tǒng)研究。目前， 中國(guó)、美國(guó)、加拿大、巴西、新西蘭、法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、俄羅斯、丹麥、意大利、挪威、瑞典、芬蘭、日本、印度、菲律賓、泰國(guó)、南非等國(guó)家都已建成或正在建設(shè) HVDC 工程，還有不少國(guó)家也 昆明理工大學(xué) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 6 頁(yè) 在規(guī)劃 HVDC 工程。 西電東送與全國(guó)聯(lián)網(wǎng)中的重大技術(shù)問(wèn)題研究，中國(guó)電力咨詢集團(tuán)公司委托項(xiàng)目( 一 )。 四、 針對(duì)以下多種故障類型，仿真計(jì)算了 HVDC的換相失敗。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或受到擾動(dòng)時(shí)，可根據(jù)系統(tǒng)要求快速做出反應(yīng)，有利于提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。 高壓直流輸電原理與分類 高壓直流輸電 簡(jiǎn)單講就是利用換流站將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再以直流電的形式進(jìn)行傳 輸?shù)囊环N電流傳輸方式。 由于兩側(cè)變壓器的阻抗和換流器控制角的不平衡，總有不平衡 電流流過(guò) 。在 c3 時(shí)刻后， b 相電壓最高，閥 V1 向 V3 換相，輸出電壓為 cbbc eee ?? 。此時(shí)換流器輸出的直流電壓由式 (33)表示。 閥 1 向閥 3 換相的時(shí)候，當(dāng)閥 3 被觸發(fā)導(dǎo)通以后換相開(kāi)始。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。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(guò)電壓。 換相失敗的危害 一次換相失敗對(duì) 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(jì)（論文）專用紙 。這種故障稱為兩次不連續(xù)換相失敗。如果閥 1 和閥 3 再次換相時(shí)不再次發(fā)生換相失敗的故障，就能自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。在 baU 改變方向前（即 ?180 時(shí)刻），閥 1 的電流在 baU 未能減少到零，所以不能完成關(guān)斷。 換相角 ? 可用式（ 34）表示。 6 脈動(dòng)整流器的理想空載直流電壓可用式 (31)表示。葛上直流就是采用這種方式。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。 （ 3）直流輸 電的接入不會(huì)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(huì)增減短路容量，從而避免更換更大容量的開(kāi)關(guān)設(shè)備；而交流輸電系統(tǒng)線路連接兩個(gè)交流系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)容量的增加會(huì)增大系統(tǒng)短路電流，有可能超過(guò)原有的斷路器的短路容量，引發(fā)設(shè)備的更換。 昆明理工大學(xué) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 9 頁(yè) 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(gè)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。 HVDC 輸電系統(tǒng)換相失敗的過(guò)程同時(shí)伴隨著直流電流和直流電壓的突變，僅僅通過(guò)時(shí)域或頻域分析方法難以識(shí)別出引發(fā)換相失敗的故障原因。 1987 年底我國(guó)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(guó) HVDC 水平的提高。在 1989 年投運(yùn)了177。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)。 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(kāi)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(guò) 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。換相失敗故障的準(zhǔn)確快速診斷是對(duì)換相失敗采取有效控制措施的前提。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(shí)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。 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(jì)（論文）專用紙 第 4 頁(yè) 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。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(jì)（論文）專用紙 第 5 頁(yè) 的技術(shù)在包括中國(guó)、印度、馬來(lái)西亞、阿拉伯地區(qū)、澳洲等國(guó)家和地區(qū)得到快速發(fā)展。 800kV 特高壓直流輸電工程采用雙 12 脈動(dòng)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)。 供用電網(wǎng)絡(luò)中的諧波擴(kuò)散分析和諧波狀態(tài)估計(jì)，浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目( 一 )等； 近年來(lái)我國(guó)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(wàn)千瓦系統(tǒng)電氣計(jì)算穩(wěn)定水平校核，國(guó)家電力公司戰(zhàn)略規(guī)劃部委托項(xiàng)目， ( 一 )。 （ 2）通過(guò)仿真對(duì)比驗(yàn)證了所建仿真模型的正確性。 平波電抗器可以在直流線路發(fā)生短路時(shí)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(shí)起 到保持電流連續(xù)的作用，在正常運(yùn)行時(shí)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(dòng)分量、小電流時(shí)保持電流的連續(xù)性、直流短路時(shí)抑制電流的上升速度。 （ 7）以大地或者海水作為回路時(shí)會(huì)對(duì)沿途的金屬構(gòu)件、金屬管道等產(chǎn)生腐蝕。 這種方式大多用于無(wú)法采用大地或海水作為回路，以及雙極方式的過(guò)度方案 。 整流器不可控時(shí)的換相過(guò)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(jì) , ae ， be ， ce 為工頻正弦電壓。00d ??? ddd UUU 換流閥不具備導(dǎo)通條件。還規(guī)定從閥關(guān)斷到閥上 電壓由負(fù)變正的過(guò)零點(diǎn)之間的時(shí)間用 ? 表示，它稱為逆變器的關(guān)斷角。到 A 時(shí)刻，倒 換相結(jié)束，閥 3 關(guān)斷。如果在下一個(gè)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。使直流諧波加劇，同時(shí)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(jiàn)的一種故障，在換流器中兩個(gè)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(shí)間內(nèi)，未能恢復(fù)阻斷能力，在閥電壓變?yōu)檎龝r(shí)，該閥在沒(méi)有觸發(fā)脈沖的情況下，也會(huì)重新導(dǎo)通，導(dǎo)致?lián)Q相失敗。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(shí)等原因，直流電流有個(gè)增大的過(guò)程。 然而閥 4 開(kāi)始導(dǎo)通，因?yàn)殚y 1 依然導(dǎo)通，故形成 a 相的上下兩個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，致使逆變器的直流側(cè)發(fā)生短路。計(jì)及換相角 ? 后，輸出的直流電壓如式 (35)所示。計(jì)