多馈入直流系统换相失败评估理论与柔性控制技术基础研究

AC fault support capability of HVDC (High voltage direct current) have significant influence on the safe operation of system with multiple DC infeed, and there are some problems in HVDC in the case of AC fault, such as poor controllability of commutation, active and reactive power. The basic theories and key technologies related to HVDC controllability in the case of AC fault, such as synchronous phase locked loop and phase control of converter, commutation failure suppression, active power transfer capability, reactive power quantitative control, and protection coordination in AC fault recovery process, will be studied in this project considering HVDC self-performance and space-time characteristic of system with multiple DC infeed. After the success of the project, the continuous commutation failure during AC faults in the HVDC multi-infeed system can be avoided, the active power transmission capacity during AC fault can be enhanced, the decoupling and quantitative control can be realized for active and reactive power during AC fault recovery, and the AC fault support capability of HVDC will be significantly promoted. The key outputs will provide the core technical support for the safe operation of the huge AC/DC hybrid power system in China.

围绕我国亟待提升驾驭交直流复杂大电网安全能力的重大需求，立足多馈入直流系统换相失败带来的电力系统新安全约束，提出了提升直流抵御换相失败能力和减少换相失败对电网安全稳定影响的新思路：通过对直流换相失败时空离散性和交直竞争特性的充分挖掘，改善直流对交流故障“刚性响应”特性以提升直流抵御换相失败的能力；通过改善底层锁相触发控制鲁棒性，构建全新的分相柔性协调控制策略，提升换相失败后续有功输出能力、故障恢复时无功独立可控性和可自平衡能力减少对电网安全稳定的影响。本项目从机理模型、指标方法、底层触发控制、多控制协调、保护优化等全时空应对策略方面展开全面系统地研究，建立交直流混联电网换相失败时空离散、交直竞争的特性边界评估分析体系和层内自治、层间协调的多时间尺度柔性控制技术体系，提出涵盖设计、运行、维护不同层面的换相失败准确判断、全面评估、精准预防、可靠保护和高效恢复的完整解决方案。

本项目围绕我国亟待提升驾驭交直流复杂大电网安全能力的重大需求，立足多馈入直流系统换相失败带来的电力系统新安全约束，提出了提升直流抵御换相失败能力和减少换相失败对电网安全稳定影响的新思路。项目主要成果如下：.1. 从阀换相过程的物理本质入手，分析了换流器正常换相与换相失败的暂态过程；梳理了换流器区的故障类型及其电气特征，明确了影响模态切换的主要因素是故障类型、故障时刻、直流运行方式。通过对换流器故障动态分析，建立了综合考虑故障发生时刻、故障类型以及工作状态切换的换流器故障分析模型。.2. 针对基于差流幅值特征信息的直流保护对区外交流故障响应的不足和瓶颈，利用阀侧电流信息来表征区外交流故障换流阀本身的运行状态，从而对直流保护进行优化。从换流阀的换相过程和导通过程出发，构建一种全新的换相异常保护方法以及阀状态检测方法。基于阀状态和阀电流的耦合关系，提出一种实时阀电流计算方法。.3.针对现有同步锁相在电网故障时锁相环精度差、动态响应慢等问题，研究交流电压三相不平衡、畸变、相位突变、频率变化等对锁相环稳定性和动态性能的影响，提出了基于电压基波正序分量、相位频率解耦、交流故障快速检测等新型锁相环，准确获取换相电压参考相位，实现对换流器触发相位的精准控制。.4.针对交流故障时的高压直流换相失败预测与控制策略进行研究，从控制环节及电气量变化两方面入手对现有交流故障穿越技术进行全新改进，显著提升换相失败控制的准确性和可靠性。同时对交流故障恢复过程中换流器无功功率控制策略进行研究，实现故障恢复阶段直流无功“自平衡”，改善交直流系统暂态电压。.5.针对直流输电系统多时间尺度下多个控制系统间层内自治、层间协调，对不同控制策略下的直流模型进行小干扰稳定分析，得到换流站控制器参数以及交流系统短路比对系统稳定性影响。对多直流馈入系统，研究以交流母线电压和/或换流站无功为控制目标的控制策略，提高多直流馈入系统的暂态电压稳定性。