高壓直流輸電換相失敗響應(yīng)策略與預(yù)測(cè)控制技術(shù)路線分析

王海軍，黃義隆，周 全

(中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司檢修試驗(yàn)中心，廣東 廣州 510663)

0 引言

熄弧角控制是高壓直流輸電工程逆變側(cè)的一種主要控制策略，該控制器的主要目的是將熄弧角控制在設(shè)定范圍內(nèi)，防止由于熄弧角過小造成換相失敗。目前國內(nèi)已投運(yùn)的大容量高壓直流輸電工程熄弧角控制大致可以分為SIEMENS和ABB兩種技術(shù)路線，SIEMENS技術(shù)路線采用實(shí)測(cè)型熄弧角控制，ABB技術(shù)路線采用預(yù)測(cè)型熄弧角控制。南方電網(wǎng)公司所轄的高肇、興安、楚穗、普僑等直流采用了SIEMENS技術(shù)路線，國家電網(wǎng)公司所轄的呼遼、德寶、向上等直流采用了ABB技術(shù)路線。兩種技術(shù)路線在世界范圍內(nèi)都得到成功和廣泛的應(yīng)用，工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明這兩種技術(shù)均能有效降低熄弧角減小造成的換相失敗。但是，當(dāng)多回直流落點(diǎn)在同一局域電網(wǎng)時(shí)，交流系統(tǒng)故障時(shí)，仍可能導(dǎo)致多回直流同時(shí)換相失敗[1-10]。

國內(nèi)對(duì)換相失敗的原因及影響因素的研究較為深入，但對(duì)預(yù)防換相失敗的研究仍較少[11-19]。文獻(xiàn)[17]提出了一種利用多饋入交互作用因子快速判斷直流系統(tǒng)換相失敗的方法。文獻(xiàn)[18]針對(duì)單相接地故障的特點(diǎn)，通過判斷交流電壓計(jì)算得到理想的觸發(fā)角，從而預(yù)防換相失敗。ABB和SIEMENS換相失敗響應(yīng)策略之間一個(gè)重要區(qū)別是ABB采用了換相失敗預(yù)測(cè)控制功能（CFPREV）。文獻(xiàn)[19]在CFPREV的基礎(chǔ)上提出了一種基于sin-cos分量檢測(cè)交流電壓以預(yù)防換相失敗的方法，在一定程度上提高了CFPREV功能啟動(dòng)的靈敏性，但對(duì)CFPREV功能在預(yù)防換相失敗方面的作用、效果以及受影響因素等的認(rèn)識(shí)還不夠深入。

本文從熄弧角控制原理出發(fā)，對(duì)比了實(shí)測(cè)型和預(yù)測(cè)型熄弧角控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)。針對(duì)不同的熄弧角控制方式，SIEMENS和ABB所采取的換相失敗策略也各不相同，本文從控制系統(tǒng)響應(yīng)和保護(hù)系統(tǒng)響應(yīng)兩方面進(jìn)行梳理分析。

本文對(duì)換相失敗預(yù)測(cè)控制功能進(jìn)行深入分析，利用實(shí)時(shí)數(shù)字仿真平臺(tái)（Real Time Digital Simulator，RTDS）模擬了不同電壓跌落程度和電壓畸變程度的交流系統(tǒng)故障，著重研究了換相失敗預(yù)測(cè)控制功能在這些故障下的響應(yīng)特性。

1 實(shí)測(cè)型和預(yù)測(cè)型熄弧角控制原理及優(yōu)缺點(diǎn)

由換流閥換相原理可知，熄弧角是衡量逆變站是否發(fā)生換相失敗最直接的狀態(tài)量。如果實(shí)際熄弧角γ小于晶閘管恢復(fù)阻斷能力需要的最小熄弧角γmin，就會(huì)發(fā)生換相失敗。目前高壓直流輸電所用晶閘管的去離子恢復(fù)時(shí)間一般為400 μs左右，考慮到串聯(lián)元件的不一致、器件特性的變化、交流系統(tǒng)三相電壓的不對(duì)稱性、換相回路各相阻抗的不一致和安全裕度的需要等，工程中通常取熄弧角的設(shè)定值為15°～21.5°。熄弧角可以用式（1）表示。

由式（1）可知，換相電壓U下降、超前觸發(fā)角β減小、直流電流Id增大及換相電壓過零點(diǎn)前移都會(huì)使熄弧角減小，可能導(dǎo)致?lián)Q相失敗。

熄弧角控制是通過比較熄弧角測(cè)量值與熄弧角設(shè)定值之間的差，通過PI調(diào)節(jié)器產(chǎn)生用于調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖的觸發(fā)角，最終確保直流系統(tǒng)的實(shí)際熄弧角在設(shè)定范圍內(nèi)。

1.1 實(shí)測(cè)型熄弧角控制

實(shí)測(cè)型熄弧角控制是指用于控制的熄弧角測(cè)量值是采用實(shí)測(cè)方式得到的。晶閘管電壓監(jiān)測(cè)板（TVM）檢測(cè)晶閘管上電壓的負(fù)向過零，利用回檢光纖將相關(guān)信號(hào)送至閥基電子設(shè)備（VBE），VBE基于此產(chǎn)生閥電流過零點(diǎn)信號(hào)?？刂葡到y(tǒng)通過比較來自VBE系統(tǒng)的EOC信號(hào)與鎖相的電壓過零信號(hào)得到熄弧角。最后，通過取所有換流閥熄弧角的最小值得到整個(gè)直流系統(tǒng)的熄弧角測(cè)量值。

實(shí)測(cè)型熄弧角控制的優(yōu)點(diǎn)：根據(jù)實(shí)際波形測(cè)量的熄弧角進(jìn)行控制，角度測(cè)量準(zhǔn)確，控制精度較高，魯棒性較好。

實(shí)測(cè)型熄弧角控制的缺點(diǎn)：熄弧角測(cè)量值依賴于每個(gè)換流閥的電流過零信號(hào)，任意一個(gè)測(cè)量的電流過零信號(hào)出現(xiàn)誤差都可能會(huì)影響最終產(chǎn)生的熄弧角測(cè)量值；電流過零信號(hào)采用脈沖信號(hào)，容易受到干擾；當(dāng)直流電流增大很快，電壓下降很快或者兩者同時(shí)發(fā)生，熄弧角可能突然減小很多或者繼續(xù)很快地減小，使控制器來不急調(diào)節(jié)就發(fā)生換相失敗。

1.2 預(yù)測(cè)型熄弧角控制

預(yù)測(cè)型熄弧角控制是指用于控制的熄弧角是通過直流電流、換流變二次側(cè)電壓、換相電抗等模擬量計(jì)算得到的。由于當(dāng)逆變側(cè)運(yùn)行在定熄弧角控制時(shí)，系統(tǒng)在低頻下具有負(fù)阻特性，這不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此，ABB技術(shù)路線通常采用逆變側(cè)最大觸發(fā)角控制（Amax）對(duì)熄弧角控制特性進(jìn)行修正，使之在暫態(tài)情況下具有正斜率。最大觸發(fā)角控制的原理是：

（1）首先將0γ設(shè)定為參考值，計(jì)算出越前觸發(fā)角β，相關(guān)公式為

（2）然后用Amax=180°?β得到最大觸發(fā)角Amax，由于整流側(cè)和逆變側(cè)存在電流裕度，逆變側(cè)的電流控制器的PI調(diào)節(jié)器輸入一直不為零，所以其輸出將一直試圖增大觸發(fā)角直至被允許的最大值。因此將上述計(jì)算得到的Amax作為電流控制器的最大限制值就可以實(shí)現(xiàn)最大觸發(fā)角控制。

穩(wěn)態(tài)情況下，由于Id等于電流指令I(lǐng)o，式（2）所確定的β可使逆變側(cè)運(yùn)行在定γ狀態(tài)。暫態(tài)情況下，Io保持不變，Id因擾動(dòng)而變大時(shí)，Amax控制將減小β角使得逆變側(cè)電壓增大，直流電流Id變小，從而回到穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)；反之，Id因擾動(dòng)變小時(shí)，Amax控制將增大β角使得逆變側(cè)電壓減小，直流電流Id增大。

基于ABB技術(shù)路線的熄弧角測(cè)量值主要通過以下幾個(gè)步驟獲得：

（1） 首先計(jì)算換相角μ，根據(jù)換流閥觸發(fā)時(shí)間、Uac、Id0、dx等量得到換流閥換相的結(jié)束時(shí)間，相關(guān)公式為

（2）利用鎖相環(huán)的電壓過零時(shí)刻與換流閥換相結(jié)束時(shí)間之間的差得到熄弧角，相關(guān)功能示意圖如圖1所示。

圖1 預(yù)測(cè)型熄弧角計(jì)算示意圖Fig.1 Sketch of the calculation of predictive extinction angle

預(yù)測(cè)型熄弧角控制的優(yōu)點(diǎn)：能夠根據(jù)觸發(fā)脈沖發(fā)出之前系統(tǒng)的運(yùn)行情況計(jì)算得到熄弧角進(jìn)行控制，響應(yīng)速度較快。

預(yù)測(cè)型熄弧角控制的缺點(diǎn)：熄弧角不是通過測(cè)量得到，在故障情況下計(jì)算出的角度與實(shí)際熄弧角相差較大；在脈沖發(fā)出之后，無法預(yù)計(jì)到換相期間運(yùn)行情況的繼續(xù)變化，如換相期間直流電流繼續(xù)增加，則換相角可能比預(yù)期的大，使實(shí)際熄弧角小于最小值。

2 換相失敗響應(yīng)策略

實(shí)際工程中應(yīng)用的預(yù)測(cè)型和實(shí)測(cè)型熄弧角控制，都采用了多種措施以防止和控制換相失敗的發(fā)展，但無論是預(yù)測(cè)型還是實(shí)測(cè)型都不可能完全避免換相失敗[20]。

2.1 SIEMENS換相失敗響應(yīng)策略

2.1.1 控制系統(tǒng)響應(yīng)情況

換相失敗發(fā)生后，逆變側(cè)極控系統(tǒng)會(huì)通過減少換流器觸發(fā)角的方式來提高換相裕度。與此同時(shí)，當(dāng)直流系統(tǒng)電壓下降到某一閥值時(shí)，極控系統(tǒng)中的低壓限流單元（VDCL）起作用，降低直流電流參考值，以便盡快恢復(fù)正常換相。為避免由于控制系統(tǒng)丟脈沖造成換相失敗，極控在換相失敗后一段時(shí)間會(huì)啟動(dòng)系統(tǒng)切換。

1）極控系統(tǒng)切換

在200 ms內(nèi)連續(xù)檢測(cè)到換流器發(fā)生換相失敗，為了避免因控制系統(tǒng)設(shè)備故障而造成直流停運(yùn)，極控系統(tǒng)和VBE系統(tǒng)會(huì)由值班系統(tǒng)切換到備用系統(tǒng)。ABB技術(shù)中將此功能作為保護(hù)的出口方式。

2）熄弧角控制策略

換相失敗后，實(shí)測(cè)的熄弧角會(huì)變成零，熄弧角控制起作用，快速將觸發(fā)角移動(dòng)到上限以提高換相裕度；整流側(cè)VDCL動(dòng)作快速降低直流電流。

3）低壓限流控制（VDCL）

低壓限流控制功能（VDCL）是換流器觸發(fā)控制的一個(gè)重要功能，該功能會(huì)在換相失敗、交流系統(tǒng)故障、直流系統(tǒng)故障等情況下啟動(dòng)，通過降低電流設(shè)定值來減少發(fā)生連續(xù)換相失敗的幾率，避免由于逆變器長(zhǎng)時(shí)間換相失敗造成直流場(chǎng)設(shè)備諧振過電壓。

2.1.2 保護(hù)系統(tǒng)響應(yīng)情況

對(duì)于單次換相失敗，直流系統(tǒng)一般會(huì)順利恢復(fù)，不會(huì)發(fā)生閉鎖的現(xiàn)象，而長(zhǎng)時(shí)間的換相失敗會(huì)使直流保護(hù)動(dòng)作（一般來說與換相失敗時(shí)間長(zhǎng)短和交流系統(tǒng)故障恢復(fù)時(shí)間有關(guān)），導(dǎo)致直流閉鎖甚至停運(yùn)。與換相失敗相關(guān)的保護(hù)功能有50 Hz保護(hù)（81DC-50 Hz）、橋差保護(hù)（87CBY/87CBD）、閥組差動(dòng)保護(hù)（87CG）等。

2.2 ABB換相失敗響應(yīng)策略

ABB在控制策略中加入了換相失敗預(yù)測(cè)控制(CFPRED)，降低換相失敗的發(fā)生幾率?？刂破魍ㄟ^零序檢測(cè)法和交流電壓α/β轉(zhuǎn)換來檢測(cè)交流系統(tǒng)故障，增大熄弧角γ并采用逆變側(cè)最小換相裕度(AMIN)控制提高換相裕度，減少換相失敗的概率，減輕連續(xù)多次換相失敗對(duì)直流系統(tǒng)的影響，提高運(yùn)行可靠性。

2.2.1 控制系統(tǒng)響應(yīng)情況

1）換相失敗預(yù)測(cè)控制(CFPRED)

換相失敗預(yù)測(cè)控制(CFPRED)用于防止由交流故障引起的換相失敗。這部分內(nèi)容將在3.1小節(jié)中詳細(xì)討論。

2）最小換相裕度(AMIN)控制

當(dāng)極控系統(tǒng)檢測(cè)到交流系統(tǒng)故障后，將采用最小換相裕度(AMIN)控制增大換相角來提高換相裕度，將當(dāng)前時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的換相裕度值A(chǔ)MIN_CALC與最小允許的剩余電壓-時(shí)間區(qū)域的參考值A(chǔ)MINREF作比較，如果AMIN_CALC低于AMINREF，為了防止閥的換相電壓-時(shí)間區(qū)域過小，需立即發(fā)出點(diǎn)火指令。

如果換相失敗預(yù)測(cè)功能檢測(cè)到交流系統(tǒng)故障，需增大AMINREF，以防止換相失敗。如果發(fā)生了換相失敗，迅速增大AMINREF，以避免連續(xù)的換相失敗。最小換相裕度(AMIN)控制功能退出的時(shí)間常數(shù)相對(duì)較大，可以避免再次發(fā)生換相失敗。

3）低壓限流控制(VDCL)

ABB路線控制系統(tǒng)的VDCL與SIEMENS路線控制系統(tǒng)的VDCL在原理上是相同的。ABB是通過在整流側(cè)和逆變側(cè)設(shè)置帶上下限幅環(huán)節(jié)的濾波器來實(shí)現(xiàn)的，而SIEMENS是通過在整流側(cè)和逆變側(cè)設(shè)置變化曲線來實(shí)現(xiàn)的。ABB技術(shù)路線的VDCL將當(dāng)前直流電流值引入到VDCL曲線中，可以確保當(dāng)直流電壓降低時(shí)，電流限制是從當(dāng)前電流開始的，所以在某些情況下其響應(yīng)特性比基于SIEMENS技術(shù)路線的VDCL要快。SIEMENS技術(shù)路線的VDCL退出時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)在電流指令上增加一個(gè)電流變化量，以利于系統(tǒng)從故障狀態(tài)快速恢復(fù)到正常狀態(tài)。

2.2.2 保護(hù)系統(tǒng)響應(yīng)情況

為防止交流系統(tǒng)故障引發(fā)的換相失敗，ABB路線的直流保護(hù)系統(tǒng)配置了換相失敗保護(hù)（87CFP），通過交直流電流差反應(yīng)換相失敗。與換相失敗相關(guān)的保護(hù)還包括橋差動(dòng)保護(hù)（87CBY/87CBD）、閥組差動(dòng)保護(hù)（87CG）和50 Hz保護(hù)，通過增大換流閥觸發(fā)角、極控系統(tǒng)切換和閉鎖換流器等方式對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。

3 換相失敗預(yù)測(cè)控制功能研究

3.1 換相失敗預(yù)測(cè)控制原理

換相失敗預(yù)測(cè)控制(CFPRED)用于防止由交流系統(tǒng)故障引起的換相失敗。該功能包括兩部分：①基于零序檢測(cè)法檢測(cè)單相故障；②基于交流電壓α/β轉(zhuǎn)換檢測(cè)三相故障[19]。換相失敗預(yù)測(cè)控制原理如下。

1）單相故障判據(jù)：當(dāng)逆變側(cè)交流系統(tǒng)發(fā)生單相故障時(shí)，交流母線電壓出現(xiàn)零序分量，即三相電壓總和不為零。若零序分量大于設(shè)定值，則啟動(dòng)換相失敗預(yù)測(cè)控制功能。

2）三相故障判據(jù)：當(dāng)逆變側(cè)交流系統(tǒng)發(fā)生三相故障時(shí)，交流電壓通過abc-αβ變換得到在α-β平面α軸和β軸上對(duì)應(yīng)的兩個(gè)分量，三相對(duì)稱分量經(jīng)變換后在α-β平面得到一個(gè)以角速度旋轉(zhuǎn)的矢量uαβ。

當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，若uαβ與故障前該量之差大于設(shè)定值，則啟動(dòng)控制模塊，并將該差值通過變化轉(zhuǎn)換為一角度，最終從逆變站的觸發(fā)角中減去該角度。

換相失敗預(yù)測(cè)控制的輸入為交流電壓，輸出為在交流系統(tǒng)故障時(shí)對(duì)AMIN控制和AMAX控制的角度增大值。如果檢測(cè)到交流故障，將增大AMINREF，以提前點(diǎn)火，預(yù)防換相失敗的發(fā)生。該角度同時(shí)送給AMAX控制，以減小觸發(fā)角的最大限幅值。圖2為換相失敗預(yù)測(cè)控制邏輯功能圖。

圖2 換相失敗預(yù)測(cè)控制(CFPRED)邏輯功能圖Fig.2 Logic function of CFPRED

3.2 交流母線電壓跌落故障下的換相失敗預(yù)測(cè)控制響應(yīng)

在天廣直流RTDS（Real Time Digital Simulator）仿真平臺(tái)上模擬不同程度的三相、單相交流母線電壓跌落故障，逆變側(cè)交流系統(tǒng)采用直流系統(tǒng)與交流母線間電氣聯(lián)系較強(qiáng)的系統(tǒng)模型（系統(tǒng)等值阻抗為4.372 ?），直流系統(tǒng)在1 800 MW下雙極大地回線方式運(yùn)行。

表1比較了是否投入換相失敗預(yù)測(cè)控制功能下不同程度的三相交流母線電壓跌落對(duì)直流控制保護(hù)的影響。表中CFPREV表示換相失敗預(yù)測(cè)控制功能最終輸出，當(dāng)未投入換相失敗預(yù)測(cè)控制功能且檢測(cè)到系統(tǒng)發(fā)生換相失敗時(shí)，該輸出為一固定值5°。從表中可以看出三相交流母線電壓跌落至0.9 p.u.、0.8 p.u.、0.7 p.u.時(shí)，都會(huì)發(fā)生換相失敗，無論是否投入CFPREV，都不能阻止換相失敗發(fā)生；單相交流母線電壓跌落至0.9 p.u.時(shí)，不會(huì)發(fā)生換相失敗，而跌落至0.85 p.u.、0.8 p.u.時(shí)，會(huì)發(fā)生換相失敗。但投入CFPREV后，由于滿足三相故障判據(jù)，CFPREV動(dòng)作后會(huì)根據(jù)電壓的跌落程度增大CFPREV輸出，電壓跌落越嚴(yán)重，CFPREV輸出越大，最終減小逆變側(cè)觸發(fā)角，有利于直流系統(tǒng)恢復(fù)。

下面以三相交流母線電壓跌落至0.8 p.u.的試驗(yàn)為例，分析故障期間直流控制保護(hù)系統(tǒng)的響應(yīng)情況。

圖3、圖4分別是無CFPREV和投入CFPREV時(shí)三相交流電壓跌落故障下直流控制系統(tǒng)極1錄波圖。由圖可知，無CFPREV時(shí)換相失敗預(yù)測(cè)控制功能輸出為一固定值5°，投入CFPREV后增大至12.65°，逆變側(cè)觸發(fā)角減小，換相失敗引起的直流電流IdH迅速增大的情況也有所緩解，有利于換相失敗后直流系統(tǒng)的恢復(fù)。

圖中UACA、UACB、UACC分別是三相交流電壓；IACY_L1、IACY_L2、IACY_L3分別是三相閥側(cè)電流；ALPHA_ORD、ALPHA_MEAS分別是觸發(fā)角指令和測(cè)量值；IDH是極母線電流；COMM_FAILURE_IND是換相失敗信號(hào)，下同。

表1 交流母線電壓跌落對(duì)直流控制保護(hù)系統(tǒng)的影響Table 1 Effect of AC voltage falling on DC control and protection system

圖3 無CFPREV時(shí)三相交流電壓跌落故障下直流控制系統(tǒng)極1錄波圖Fig.3 Record of pole 1 under three phase AC falling fault without CFPREV

圖4 投入CFPREV時(shí)三相交流電壓跌落故障下直流控制系統(tǒng)極1錄波圖Fig.4 Record of pole 1 under three phase AC falling fault with CFPREV

3.3 交流母線電壓畸變故障下的換相失敗預(yù)測(cè)控制響應(yīng)

在天廣直流RTDS仿真平臺(tái)上通過改變小組交流濾波器開關(guān)投入時(shí)與交流電壓過零點(diǎn)的延遲角度（本文簡(jiǎn)稱延遲角），模擬不同程度的三相、兩相交流母線電壓畸變故障。逆變側(cè)交流系統(tǒng)等值阻抗對(duì)電壓畸變的程度影響較大，因此根據(jù)不同的延遲角采用不同等值阻抗的交流系統(tǒng)模型（阻抗4.372 ?、8.139 ?、12 ?，阻抗越小說明直流系統(tǒng)與交流系統(tǒng)的電氣聯(lián)系越強(qiáng)）。直流系統(tǒng)在1 400 MW下雙極大地回線方式運(yùn)行，通過手動(dòng)投入一組交流濾波器來模擬電壓畸變故障。

表2比較了不同交流系統(tǒng)阻抗時(shí)交流母線電壓畸變對(duì)直流控制保護(hù)的影響。故障類型包括交流濾波器三相和AB兩相以一定延遲角合閘兩種方式。

從表中可以看出，當(dāng)交流系統(tǒng)阻抗為4.372 ?時(shí)，由于交流系統(tǒng)較強(qiáng)，交流電壓不容易受交流濾波器投入影響，只有在三相延遲角90°合閘的最嚴(yán)重情況下才發(fā)生換相失敗；當(dāng)交流系統(tǒng)阻抗為8.139?時(shí)，交流濾波器三相和AB兩相在延遲角90°合閘的情況下會(huì)發(fā)生換相失敗，但投入CFPREV后，直流系統(tǒng)沒有發(fā)生換相失敗，說明CFPREV對(duì)預(yù)防換相失敗有一定作用。而當(dāng)交流系統(tǒng)阻抗為12 ?時(shí)，交流系統(tǒng)較弱，不管是否投入CFPREV交流濾波器在延遲角三相60°和45°合閘的情況下都會(huì)發(fā)生換相失敗。

圖5、圖6分別是同一次試驗(yàn)，極2未投入CFPREV，極1投入CFPREV下交流濾波器三相90°合閘的錄波圖。圖7是在雙極都投入CFPREV下重復(fù)該試驗(yàn)。從圖5中極2 D橋閥側(cè)電流錄波可以看出，D橋發(fā)生了換相失敗，但投入CFPREV后的極1 D橋卻沒有發(fā)生換相失敗，如圖6所示。從圖7中也可以看出，投入CFPREV后的D橋也沒有發(fā)生換相失敗，說明CFPREV能夠快速反應(yīng)投入交流濾波器引起的交流電壓畸變故障，及時(shí)減小逆變側(cè)觸發(fā)角，增大熄弧角，有效防止換相失敗。

表2 不同交流系統(tǒng)阻抗時(shí)交流母線電壓畸變對(duì)直流控制保護(hù)的影響Table 2 Effect of AC voltage distortion on DC control and protection without CFPREV and with CFPREV

圖5 系統(tǒng)阻抗為4.372 ?、未投入CFPREV下三相90°合閘極2錄波圖Fig.5 Record of pole 2 under the condition of impedance is 4.372 ?, breaker closed at 90° and without CFPREV

圖6 系統(tǒng)阻抗為4.372 ?、投入CFPREV下三相90°合閘極1錄波圖（與圖4同一次試驗(yàn)）Fig.6 Record of pole 1 under impedance is 4.372 ?, breaker closed at 90° and with CFPREV(the same test with Fig.4)

圖7 系統(tǒng)阻抗為4.372 ?、投入CFPREV下三相90°合閘極2錄波圖Fig.7 Record of pole 2 under the condition of impedance is 4.372 ?, breaker closed at 90° and with CFPREV

4 結(jié)語

本文對(duì)比了實(shí)測(cè)型、預(yù)測(cè)型熄弧角控制的優(yōu)缺點(diǎn)，并梳理了基于兩種控制模式的換相失敗響應(yīng)策略，其特點(diǎn)如下：

1）實(shí)測(cè)型的控制精度較高，魯棒性較好；預(yù)測(cè)型響應(yīng)速度較快，但控制精度不如實(shí)測(cè)型。

2）從控制系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)的響應(yīng)情況看，實(shí)測(cè)型和預(yù)測(cè)型方法在實(shí)際工程中都采用了多種措施以防止和控制換相失敗。

本文著重研究了換相失敗預(yù)測(cè)控制功能（CFPREV）在交流母線電壓跌落和電壓畸變故障下的響應(yīng)情況，研究結(jié)論如下：

1）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生較為嚴(yán)重的交流母線電壓跌落故障時(shí)，無論是否投入CFPREV功能，都未能阻止換相失敗。

2）CFPREV功能能夠快速反應(yīng)交流母線電壓跌落故障，CFPREV動(dòng)作后會(huì)根據(jù)交流電壓的跌落程度增大CFPREV輸出，減小逆變側(cè)觸發(fā)角，增大熄弧角，抑制換相失敗引起的直流電流IdH迅速增大的情況，有利于換相失敗后直流控制保護(hù)系統(tǒng)恢復(fù)。

3）當(dāng)逆變側(cè)交流系統(tǒng)較弱時(shí)，交流濾波器在電壓非過零點(diǎn)合閘引起的電壓畸變故障容易引起換相失敗。

4）當(dāng)逆變側(cè)交流系統(tǒng)較強(qiáng)或交流母線電壓畸變程度較小時(shí)，CFPREV功能在預(yù)防換相失敗上有明顯效果。

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