含多类FACTS装置的高压直流输电系统换相失败机理及其抑制方法研究

With the increasing penetration level of various FACTS devices in HVDC receiving-end power grid, the existing commutation failure analysis models, assessment indicators, occurrence mechanism and suppression methods are no longer fully applicable, which needs to be solved urgently. This project will focus on the scientific problems related to the commutation failure of HVDC with multi-class FACTS devices, and further study the scientific contents of three aspects: 1) Transient modeling of HVDC system with multi-class FACTS devices; 2) Commutation failure mechanism and quantitative evaluation methods of HVDC considering the effect of multi-class FACTS devices; 3) Commutation failure suppression strategies of HVDC considering the effect of multi-class FACTS devices. It is hoped that the fault characteristics, fault evolution propagation law and commutation failure mechanism under the effect of multi-class FACTS devices can be revealed. The innovative results such as the quantitative evaluation method and efficient suppression strategies of commutation failure with considering the effect of multi-class FACTS devices are obtained. This project will not only promote the basic theoretical research on HVDC commutation failure, but also provide a solid theoretical basis and technical support for large-scale development of renewable energy and stable operation of HVDC system.

随着各类FACTS装置在高压直流输电受端电网中渗透水平的不断提高，现有换相失败分析模型、评估指标、发生机理及其抑制方法不再完全适用，亟需解决。本项目围绕含多类FACTS装置的高压直流输电系统换相失败问题，深入研究三个方面的内容：1）含多类FACTS装置的高压直流输电系统暂态建模；2）计及多类FACTS装置影响的换相失败发生机理及其定量评估方法；3）计及多类FACTS装置影响的高压直流输电换相失败抑制方法。期望揭示受多类FACTS装置影响的受端电网故障特征、故障演化传播规律和系统换相失败发生机理；取得计及多类FACTS装置影响的换相失败定量评估方法和高效抑制策略等创新性成果。课题将推动高压直流输电换相失败问题的基础理论研究，为我国大规模新能源开发利用与高压直流输电系统的安全稳定运行提供坚实的理论基础与技术支撑。

随着各类FACTS装置在高压直流输电受端电网中渗透水平的不断提高，现有换相失败分析模型、评估指标、发生机理及其抑制方法不再完全适用。为此，项目组搭建了含多类FACTS装置的高压直流输电系统电磁暂态模型，并通过电磁暂态仿真分析揭示了直流输电系统多控制器交互耦合作用、送端交流系统故障等因素导致的换相失败发生机理；然后，据此提出了基于虚拟换相过程的高压直流输电换相失败定量评估方法，经仿真验证所提方法能够在故障暂态过程中更为准确、快速地计算关断角大小，从而更好地评估换相失败是否发生。最后，在上述研究基础上，提出了基于改进型定关断角控制的换相失败抑制方法，通过动态修改定关断角控制器的上下限值，使得在恢复期间加速控制模式的切换，解决了多控制器交互影响导致换相失败发生的问题；提出了考虑送、受端交流系统故障的综合改进控制策略，有效降低外部交流系统故障引发直流换相失败的风险；提出了基于角型级联H桥型储能变换器换相失败抑制方法，可对高压直流输电系统的受端母线电压提供更有效的支撑作用，从而有效降低换相失败发生概率；提出了LCC-HVDC与STATCOM相互协调的换相失败抑制策略，LCC预测控制实行提前触发控制，STATCOM则根据LCC的提前触发量迅速补偿相应的无功，可削弱LCC提前触发产生的负面作用；最后在实验室已有平台基础上，搭建了含多类FACTS装置的高压直流输电系统低压物理模拟试验平台，并对所提换相失败防治方法进行了动模实验验证。上述成果可为解决高压直流输电换相失败频发的难题提供解决方案，为我国大规模新能源开发利用与高压直流输电系统的安全稳定运行提供了坚实的理论基础与技术支撑。