多馈入交直流混联电网换相失败时空关联机理与策略研究

As the strongest interaction between AC and DC systems, commutation failure (CF) threatens the safe and stable operation of the multi-infeed hybrid AC/DC power grid. The study on this subeject has great theoretical value and realistic significance. This project performs a comprehensive study from several aspects of commutation failures, including the mechanism, resolve citerion, index, protection, preventive and protective strategies.The temporal and spatial profiles between DC commutation failures and AC faults are fistly put forword, which proviod a novel approach to analyze commutation failure. Then a resolve citerion is made, which is decoupling approach to AC and DC system, and independent of precision DC modeling and particular emulation. According to competition relationship bwteem AC and DC, a index about interaction between AC and DC systems is put. In order to improve the dynamic performance of HVDC systems the studies concentrating on the protection and preventive and protective strategies for commutation failures are carried out in this project. The research results will lay a theoretical foundation and provide references for the safe and stable operation of the multi-infeed hybrid AC/DC power grid.

作为交直流相互作用最严重的形式，直流换相失败是影响多馈入交直流混联电网安全稳定和充分发挥直流输电的巨大潜力的关键，对其进行深入研究具有重要的理论价值和现实意义。 在深入分析多馈入交直流混合电网换相失败的特点后，本项目首次揭示了直流换相失败与交流故障之间的时空关联机理，为多馈入交直流混联电网换相失败研究提供了一条全新的解析分析思路。在此基础上构建不依赖直流精确建模和详细仿真分析的交直流系统解耦的换相失败解析判据、基于竞争的交直流相互作用指标体系，为换相失败的判别提供了一种简洁、高效且工程实用性较强的方法。项目从多视角多维度对换相失败展开研究，给出涵盖设计、运行、维护不同层次直流系统换相失败解析、评估、预测及恢复对策的完整解决方案，为提升我国直流工程的安全可靠性与运行分析水平提供理论与技术支撑。

交直流互联系统中，换相失败是交直流动态相互作用的一种重要形式，并且是引起交直流互联系统稳定运行问题的根源。本项目从多视角多维度对换相失败展开研究，给出涵盖设计、运行、维护不同层次直流系统换相失败解析、评估、预测及恢复对策的完整解决方案。项目主要成果如下：.1.由阀换相过程的物理本质入手，从换相电压时间面积的角度出发，指出换相电压幅值、换相电压相角、故障合闸时刻以及控制系统作用是造成高压直流输电系统换相失败时间离散性的主要因素。分析了复杂电网中影响直流换相失败的主要因素，研究了故障点从直流逆变站外推到交流电网时直流系统换相失败与交流故障之间复杂的时空关联特性。.2.针对目前换相失败判据仅考虑换流母线电压降落的不足，提出了同时计及换流母线电压幅值跌落和相位偏移的换相失败判据，并与PSCAD/EMTDC数值仿真结果进行对比，验证了所提换相失败判据的准确性和有效性。在此基础上，提出了引起直流换相失败的交流系统故障范围评估方法，对引起南方电网直流输电系统换相失败的受端交流系统故障范围进行了评估。.3.从直流输电的工作原理入手，从直流换流阀的转换状态、控制系统的调控以及运行方式多样性三方面指出了造成直流故障的复杂与多样性特征的本质。通过与实际工程相一致的直流模型对不同故障下高压直流输电系统保护动作行为进行仿真研究，对直流的故障特征以及直流保护所表现出来的不确定性的动作规律进行归纳和总结，结合故障分析指出直流保护两侧动作的差异性、故障的边界动作特性、保护的时间离散性、不同故障程度以及不同运行工况下保护的灵敏性，从整体上明确了直流保护在不同故障类型、位置、时刻、程度以及运行工况下的所具有的动作行为特性与相关规律。.4.提出了一种适用于MIDC的基于低压限流功能（voltage dependent current order limiter，VDCOL）和逆变侧熄弧角优化来避免逆变侧发生连续的换相失败，缓解功率恢复期间直流输电系统对交流系统的无功需求。研究结果表明，该恢复策略可明显改善MIDC系统的恢复性能。