【正文】 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??；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。 (1)關(guān)斷角 ? 過(guò)?。? (2)受端交流電壓下降較多； (3)直流電流增 大； (4)觸發(fā)超前角 ? 過(guò)??； (5)交流系統(tǒng)不對(duì)稱故障引起的線電壓過(guò)零點(diǎn)相對(duì)移動(dòng)； (6) 交流系統(tǒng)的頻譜特性。 其中換相角 ? 決定于多個(gè)因素，可表示為： ?????? ?? ????c os2a rc os U XI cd （ 39） 式 (29)中， dI 為直流電流； cX 為換相電抗； ?U 為逆變站閥側(cè)的交流線電壓的有效 值； ? 為觸發(fā)超前角。 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。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。在 BC4 時(shí)間間隔內(nèi)，逆變器的直流電壓反向約 ?180 ，在這過(guò)程中，即使分別對(duì)閥 5，閥 6 發(fā)出觸發(fā)脈沖，但由于這兩個(gè)閥都處在反向電壓作用下，所以都不能開(kāi)通，而閥 1 和閥 2 則靠直流電抗器的作用一直開(kāi)通著。下面將對(duì)連續(xù)換相失敗的過(guò)程進(jìn)行分析。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。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。直流輸電系統(tǒng)中大部分換相失敗都發(fā)生在逆變器，換相失敗是逆變器最常見(jiàn)的故障。只有當(dāng)閥 4 向閥 6 換相后，直流電路才消失，逆變器直流電壓開(kāi)始恢復(fù)正常。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。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 ?? 。逆變器的直 流電壓和它的電流方向相反，叫做反壓或背壓，就像直流電機(jī)那樣。 當(dāng)存在一個(gè)觸發(fā)角 u? 使得 ?? coscos ? =0。 ? = ?? ? ??????? ?ldUIX22c osa rc os （ 34） 逆變器狀 態(tài)運(yùn)行 如果不計(jì)換相角 ? ,co s00d39。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)。 039。0d dUU ? （ 32 ） 當(dāng) ? = ?0 時(shí)，時(shí)，而當(dāng)時(shí)，時(shí)， ????????????? 1 8 0。 lUU ? (31) 式 (31)中， lU 為閥側(cè)繞組空載線電壓有效值。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 。 HVDC 換相過(guò)程 本節(jié)以 6 脈動(dòng)換流器為例來(lái)說(shuō)明整流器和逆變器的換相過(guò)程， 6 脈動(dòng)換流器接線如圖 31 所示。 D、 “ 背靠背 ” （ back to back）換流方式 。 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。正常運(yùn)行時(shí)， 接地點(diǎn)之間沒(méi)有電流通過(guò)。 缺點(diǎn)：當(dāng)負(fù)荷電流在流過(guò)導(dǎo)線時(shí)，要產(chǎn)生不小的電壓降。 通常采用正極接地的方式較多。 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。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。 （ 4）換流設(shè)備過(guò)載能力小，高壓直流輸電系統(tǒng)中換流起的設(shè)計(jì)運(yùn)行持續(xù)過(guò)負(fù)載能力和短時(shí)過(guò)負(fù)載能力都較小，高壓直流輸電系統(tǒng)如果需要具備更大的過(guò)負(fù)載能力就必須在設(shè)備選型時(shí)預(yù)先考慮，從而會(huì)增大投資； （ 5）目前，高壓直流斷路器發(fā)展技術(shù)不夠成熟，限制了多端直流輸電系統(tǒng)的發(fā)展；由于高壓直流輸電系統(tǒng)中直流電流不像交流電流那樣有過(guò)零點(diǎn)，因此高壓直流輸電系統(tǒng)中直流電流中直流電流比較難以熄弧，通常是采用閉鎖換流器的觸發(fā)控制脈沖，從而使電流降為零，起到開(kāi)關(guān)的功能，在多端輸電系統(tǒng)中不如交流輸電方便。 （ 6）線路故障時(shí)的自防護(hù)能力強(qiáng)，對(duì)于 占線路故障 80%~90%的單相（或單極）接地而言，直流輸電比之交流輸電具有響應(yīng)快、恢復(fù)時(shí)間短、不受穩(wěn)定制約、可通過(guò)多次自動(dòng)再啟動(dòng)和降壓運(yùn)行來(lái)消除故障并恢復(fù)正常運(yùn)行等多方面的優(yōu)點(diǎn)。高壓直流輸電系統(tǒng)的定電流控制。 （ 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。 換流變壓器的作用是聯(lián)系交流系統(tǒng)與質(zhì)量系統(tǒng)的紐帶，它利用兩側(cè)繞組的磁耦合來(lái)傳輸功率，實(shí)現(xiàn)了交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)的隔離與電絕緣，避免了交流系統(tǒng)中性點(diǎn)接地故障和直流系統(tǒng)的接地故障造成的元件損壞?！氨晨勘?。 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 。 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)。比較了各種故障方式下的高壓直流輸電換相失敗。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。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)。 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 )。 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 )。 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。 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。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。 800kV 特高壓直流工程是落實(shí)國(guó)家“西電東送。目前已建成的177。 500kV 葛南直流輸電工程，輸送功率達(dá) 1200MW。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。全世界共有約 100 多項(xiàng)直流輸電工程投入了運(yùn)行，電壓等級(jí)達(dá)到了177。因此 ,深入研究換相失敗發(fā)生的機(jī)理和先進(jìn)的診斷技術(shù)，對(duì)保障直流系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。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(guò)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。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)。 隨著電網(wǎng)高壓直流輸電系統(tǒng)的大量接入，電網(wǎng)具有多直流饋入、交直流混合運(yùn)行、含特高壓直流等特點(diǎn)，高壓直流輸電系統(tǒng)的工作機(jī)理、系統(tǒng)運(yùn)行方式、故障電氣特征等與傳統(tǒng)交流系統(tǒng)有比較大差異，有一系列亟待解決的理論和工程難題。 昆明理工大學(xué) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 3 頁(yè) 同時(shí)，由于通過(guò)直流線路互聯(lián)的兩端交流系統(tǒng)可以有各自的頻率，輸送功率也可保持恒定 (恒功率、恒電流等 )，對(duì)送端而言，整流站相當(dāng)于交流系統(tǒng)的一個(gè)負(fù)荷，對(duì)受端而言，逆變站則相當(dāng)于交流系統(tǒng)的一個(gè)電源，互相之間的干擾和影響小，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單方便。特別是隨著晶閘管閥的出現(xiàn)，高壓直流輸電應(yīng)用越來(lái)越廣。 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。比較明顯的是，背靠背非同步聯(lián)網(wǎng)和多端直流輸電工程以及采用新型半導(dǎo)體器件的輕型直流輸電工程，近年來(lái)發(fā)展得很快。仿真表明，在不同的 HVDC 系統(tǒng)故障情況下，暫態(tài)信號(hào)小波尺度能量和尺度熵的分布都具有一定的規(guī)律性，可分別作為判斷系統(tǒng)故障的有效依據(jù)，提出的判據(jù)能準(zhǔn)確地對(duì)換相失敗故障做出診斷。 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。 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。其次，本文對(duì) HVDC 輸電系統(tǒng)換相失敗進(jìn)行故障分析，分析研究了換相失敗的發(fā)生機(jī)理及換相失敗的影響因素，介紹了換相失敗的危害 ，提出了換相失敗的預(yù)防控制措施。 關(guān)鍵詞： HVDC 系統(tǒng)；換相失??；小波變換；尺度能量；尺度熵；故障診斷 昆明理工大學(xué) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 目錄 前言 .........................................................................................................................................1 第一章 緒 論 ...........................................................................................................................2 .............................................................................................2 選題背景及意義 ..........................................................................................................3 HVDC 換相失敗研究現(xiàn)狀 .............................................................................................4 HVDC 現(xiàn)狀分析 .................................................................................................4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ...............................................................................................6 HVDC 換相失敗故障診斷現(xiàn)狀 ..................................................