多饋入高壓直流輸電系統(tǒng)的換相分析

任麗佳

摘 要：針對多饋式高壓直流輸電系統(tǒng)中換相失敗的現(xiàn)象，分析了幾種換相失敗的原因，主要包括電壓幅值降低和電壓在過零點發(fā)生漂移等。接著，引入了交流系統(tǒng)強度和故障水平仿真分析換相失敗的情況。

關鍵詞：多饋式高壓直流系統(tǒng)；換相失?。贿^零點漂移；交流系統(tǒng)強度

中圖分類號：TM721.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.08.077

簡言之，換流失敗就是在換流設備中，如果換流閥在導通時被退出，但是，反向電壓不能及時起到阻斷的作用，或者在反向電壓阻斷的過程中換相沒有完成，在換向閥變成正向的時候，被換相的閥使得導通的換向閥退出。目前，高壓直流輸電作為一種主要的輸電方式，在高壓直流輸電系統(tǒng)中出現(xiàn)換相失敗的情況將會造成惡劣的情況。在換相失敗時，系統(tǒng)中的功率傳輸會暫時停止，電壓的幅值會降低，而直流的電流將會增大，這會直接導致系統(tǒng)中的功率損耗增加，進而使得用電設備發(fā)熱，縮短使用壽命。更為嚴重的是，這種高壓輸電系統(tǒng)中出現(xiàn)了換相失敗的情況，會直接導致系統(tǒng)中出現(xiàn)較嚴重的擾動現(xiàn)象，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成一定影響。據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，在換相失敗的過程中，大部分情況都是發(fā)生在逆變側(cè)。因此，本文將集中研究直流系統(tǒng)與逆變側(cè)交流系統(tǒng)之間的關系。

多饋入高壓直流輸電系統(tǒng)中存在一種異常換相失敗的情況，它與單饋入的換相失敗現(xiàn)象相比更加復雜。相關文獻中分析了其中一種情況，并將其歸結(jié)于電壓過零點漂移。但是，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，這其中還有其他原因。為此，本文將在多種交流系統(tǒng)強度下進行深入研究。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，電壓的幅值變化直流對換相失敗有直接影響。

1 換相失敗的基本原理

換流閥電壓的變化是導致?lián)Q流失敗最主要的原因，在這種情況下，會出現(xiàn)電壓幅值降低和電壓過零點漂移的情況。電壓幅值降低所導致的換相失敗原理如圖1所示。在圖1中，α為觸發(fā)角，γ為熄弧角，μ為換相角，它們之間滿足α+γ+μ=π的關系；S1為換相的面積，當故障發(fā)生時，在條件沒有發(fā)生變化的情況下，會導致?lián)Q相時間變長，換相角μ變成μ?，熄弧角γ變成γ?。

2 多饋入系統(tǒng)常規(guī)換相失敗現(xiàn)象

與直流系統(tǒng)不同，多饋式高壓直流輸電系統(tǒng)中存在耦合現(xiàn)象。當發(fā)生換相失敗的情況時，可能會導致其他系統(tǒng)中的換相失敗，這里以2個直流系統(tǒng)為例，具體如圖3所示。假設母線Ⅰ發(fā)生故障，導致?lián)Q相器Ⅰ發(fā)生故障，那么，通過耦合的作用，這種故障可能會對換相器Ⅱ產(chǎn)生影響，在換相器Ⅰ的影響下，此時換相器Ⅱ也可能會發(fā)生故障。這種并發(fā)換相失敗與故障水平、故障情況和交流系統(tǒng)的強度有直接關系。

從圖中可以看出，換相失敗不僅與本地有關，還與遠端是否發(fā)生故障有關。隨著本地故障水平的提高，遠端發(fā)生換相失敗的可能性在0.1～0.15之間，呈現(xiàn)增加的趨勢，隨后在0.2～0.25之間呈現(xiàn)出減小的趨勢，最后又開始增加。這說明，遠端發(fā)生換相故障失敗的情況與本地故障水平有密切的關系。

局部故障水平就是換相器的連接母線上遇到故障時的水平。由于感性故障比容性和電阻性引起的故障更嚴重，并且它更容易引起換相失敗，因此，本文主要分析感性故障。當交流系統(tǒng)中的強度發(fā)生變化時，也會導致?lián)Q相失敗。這里用nESCR來表示交流系統(tǒng)的強度，即：

（5）

式（5）中：PSCL為交流系統(tǒng)的短路容量；Qf為換流站上的電容器和濾波器無功功率總和；Pdc為直流系統(tǒng)的額定功率。

換相是否成功與交流系統(tǒng)的強度有很大的關系，為了進一步研究，改變交流系統(tǒng)2的電氣強度，在這里采用6種交流系統(tǒng)的強度來對比。在每種情況下仿真時，要分別對61種故障水平進行仿真，并且每種都仿真101次。圖5是這6種情況下的仿真情況，從圖中可以看出，當故障水平小于等于0.1時，換相失敗的可能性相差不大；當故障水平大于0.1時，隨著故障水平的提高，系統(tǒng)發(fā)生換相失敗的可能性逐漸增加，在0.48之后必定會失敗。

對于多饋入高壓直流輸電系統(tǒng)來說，系統(tǒng)中耦合關系的改變也會影響換相。為了進一步分析這個問題，分別取耦合阻抗值為7/8，6/8，5/8，4/8，3/8，2/8，1/8，取交流強度為2.5，仿真結(jié)果如圖6所示。從圖6中可以看出，藍色曲線是沒有改變耦合阻抗時的情況，耦合阻抗分別為3/8，2/8，1/8這幾個曲線的情況非常接近，而且更容易發(fā)生故障，在0.1左右的時候失敗的可能性接近于1.

3 結(jié)論

本文主要針對多饋入高壓輸電系統(tǒng)中的換相失敗情況進行了詳細的研究和分析，通過分析可知，電壓幅值降低和電壓過零點漂移都會導致系統(tǒng)換流失敗。最后通過改變交流系統(tǒng)強度和耦合阻抗來分析系統(tǒng)，得出影響換流失敗的原因。

〔編輯：白潔〕