【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 輸送距離 54km。在 1989 年投運(yùn)了177。 500kV 葛南直流輸電工程，輸送功率達(dá) 1200MW。隨著“西電東送”戰(zhàn)略的實(shí)施， HVDC 在中國(guó)有了廣泛 的應(yīng)用和發(fā)展。中國(guó)規(guī)劃建設(shè)177。 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。目前已建成的177。 800kV 云南 — 廣東特高壓直流輸電工程是我國(guó)第一條177。 800kV 直流輸電線路，同時(shí)也是世界上第一條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(jì)，輸送容量為 5000MW；云廣177。 800kV 特高壓直流工程是落實(shí)國(guó)家“西電東送。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 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)。 世界范圍內(nèi)， 1882 年德國(guó)建成第一條額定電壓等級(jí) 的高壓直流線路，雖然該工程由于功耗太大無(wú)實(shí)用價(jià)值，但它開創(chuàng)了利用直流輸送電能的歷史， 1954 年第一條商業(yè)化 運(yùn)作的高壓直流輸電線路成功應(yīng)用在瑞典大陸和哥特蘭島之間，該系統(tǒng)采用汞弧閥，額定輸送功率為 20MW、線路為 90km 的水下電纜， 1972 年加拿大投產(chǎn)了伊爾河直流輸電工程，形成新布朗斯威克省到魁北克省之間的背靠背聯(lián)絡(luò)線，該系統(tǒng)首次采用晶閘管換流器，額定功率 320MW，電壓等級(jí)為 270kV，隨著晶閘管的制造水平的不斷提高和成本的不斷下降， HVDC 工程的發(fā)展速度變得迅速，工程規(guī)模也越來(lái)越大。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。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。 HVDC 在我國(guó)起步相對(duì)較晚，但發(fā)展很快。 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。 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 的 HVDC 工程。 2021 年 12 月電壓等級(jí) 800kV，輸送容量 5000MW 的云廣直流輸電工程成功實(shí)現(xiàn)單極投產(chǎn)，標(biāo)志著我國(guó)在世界電力領(lǐng)域成功邁上了一個(gè)重要的制高點(diǎn)。 2021 年 12 月 26 日，由我國(guó)自主設(shè)計(jì)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 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。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 基于直流輸電技術(shù)應(yīng)用的前景和實(shí)際，直流輸電技術(shù)在我國(guó)已得到了較廣泛的研究應(yīng)用。 在高校中，浙江大學(xué)、重慶大學(xué)、華南理工大學(xué)、華北電力大學(xué)等單位也開展了卓有成效的研究工作，其中浙江大學(xué)開展的最早也最深入。 近 年來(lái)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。包括與 HVDC 相關(guān)技術(shù)的改進(jìn)，如自動(dòng)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(wèn)題及其對(duì)策，國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，批準(zhǔn) 號(hào)50277034( 一 )。 含多個(gè)換流站的電力網(wǎng)中的交直流系統(tǒng)相互作用特性研究，國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，批準(zhǔn)號(hào) 59707005( 一 )。 昆明理工大學(xué) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 7 頁(yè) 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 )。 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 )。 溪落渡、向家壩水電站純直流輸電方案重大技術(shù)問(wèn)題研究，國(guó)家電力公司戰(zhàn)略規(guī)劃部委托項(xiàng)目， ( 一 )。 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 )。 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 )。 三峽直流輸電對(duì)華東電網(wǎng)次同步振蕩的影響研究，華東電力試驗(yàn)研究院委托項(xiàng)目( 一 )等； HVDC 換相失敗故障診斷現(xiàn)狀 換相失敗（ Commutation Failure）是 HVDC 系統(tǒng)中最常見的故障之一，對(duì)換相失敗進(jìn) 行快速準(zhǔn)確的診斷是保證 HVDC 系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要前提，國(guó)內(nèi)外對(duì)高壓直流輸電換相失敗故障診斷已有一些相關(guān)研究。 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。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)。采用小波分析方法與統(tǒng)計(jì)學(xué)理論相結(jié)合，通過(guò)計(jì)算故障信號(hào)的小波能量來(lái)提取暫態(tài)故障特征，但該方法沒有充分利用小波能量的各個(gè)尺度下的信息，進(jìn)行換相失敗故障診斷時(shí)仍需要綜合考慮系統(tǒng)直流電流和交流電壓信號(hào)才能區(qū)分各種故障。采用小波奇異值分解來(lái)提取故障信號(hào)特征，采用支持向量機(jī)（ SVM）對(duì)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(duì)故障診斷影響較大；此外，該故障診斷方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)只采集逆變側(cè)故障直流電流 信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)換相失敗故障診斷，對(duì)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(hào)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。 昆明理工大學(xué) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 8 頁(yè) 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(guò)程，本論文進(jìn)行了重點(diǎn)、深入的研究。通過(guò) PSCAD 建模仿真，詳細(xì)分析了換相失敗故障的特點(diǎn)，并由此研究了換流站逆變側(cè)直流和交流各種故障的仿真。 具體研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面： 一、 介紹 HVDC 輸電系統(tǒng)的基本構(gòu)成及 特點(diǎn)，分析 HVDC 輸電系統(tǒng)的換相過(guò) 程，總結(jié)影響 HVDC 輸電系統(tǒng)發(fā)生換相失敗的各種相關(guān)原因。分析發(fā)生換相失敗的危害及其預(yù)防措施。 二、 搭建基于 PSCAD/EMTDC 的換相失敗仿真模型，通過(guò) PSCAD/EMTDC 仿真軟件分析換相失敗發(fā)生過(guò)程。比較了各種故障方式下的高壓直流輸電換相失敗。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。 （ 2）通過(guò)仿真對(duì)比驗(yàn)證了所建仿真模型的正確性。在新建的 HVDC 系統(tǒng)中進(jìn)行仿真計(jì)算，比較分析了標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)與所建系統(tǒng)，從而驗(yàn)證了所建仿真模型的準(zhǔn)確性。 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)。 四、 針對(duì)以下多種故障類型，仿真計(jì)算了 HVDC的換相失敗。 （ 1） 交流系統(tǒng)故障類型 A、單相直接接地短路故障 B、單相經(jīng)電阻接地短路故障 C、相間短路故障 D、三相直接接地短路故障 E、三相經(jīng)電阻接地短路故障 （ 2）直流系統(tǒng)故障 A、橋臂 短路故障 B、單橋短路故障 五、 針對(duì)上述各種仿真結(jié)果，對(duì) HVDC的換相失敗展開討論。 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。 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 。換流方式等。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。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?！氨晨勘?。換流方式是將整流站和逆變站建在一起的直流輸電系統(tǒng)，該方式?jīng)]有直流輸電線路，適用于不同頻率或者相同額定頻率非同步運(yùn)行的兩個(gè)交流系統(tǒng)之間的互聯(lián)。 ~ ~ 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(yè) 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(wú)無(wú) 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(guò)過(guò) 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(guò)過(guò) 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(guò)過(guò) 電電 壓壓 等等 功功 能能 ， 無(wú)無(wú) 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(wú)無(wú) 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 。 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(duì)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(gè)元件組成一個(gè)組件 ，組件中除了若干個(gè)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。 換流變壓器的作用是聯(lián)系交流系統(tǒng)與質(zhì)量系統(tǒng)