陸韶琦，王世佳，侯玉強(qiáng)，劉福鎖, 徐政

(1. 浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院， 杭州市 310027；2. 南瑞集團(tuán)公司(國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院)， 南京市 211106)

基于復(fù)合移相控制的直流輸電系統(tǒng)換相失敗響應(yīng)優(yōu)化研究

陸韶琦1，王世佳1，侯玉強(qiáng)2，劉福鎖2, 徐政1

(1. 浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院， 杭州市 310027；2. 南瑞集團(tuán)公司(國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院)， 南京市 211106)

目前國(guó)內(nèi)直流輸電工程采用的控制策略主要有基于ABB技術(shù)路線的控制策略和基于SIEMENS技術(shù)路線的控制策略。該文對(duì)兩類控制策略針對(duì)換相失敗的應(yīng)對(duì)方式進(jìn)行了分析對(duì)比，指出基于SIEMENS路線的策略雖然有利于提高穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)關(guān)斷角的控制精度,但相對(duì)于基于ABB路線的控制策略換相失敗持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，主要原因?yàn)槟孀儌?cè)交流故障下前者仍采用比例積分控制器(proportional and integral ,PI)對(duì)觸發(fā)角進(jìn)行調(diào)節(jié)，響應(yīng)速度較慢?；谏鲜龇治觯瑢?duì)基于SIEMENS路線的控制策略提出了附加復(fù)合移相控制策略，具體包括基于直流電流上升率檢測(cè)的移相控制策略和基于交流電壓不平衡度與幅值檢測(cè)的移相控制策略，并給出控制器的詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)。仿真結(jié)果顯示，相對(duì)于原始控制策略，投入復(fù)合移相控制策略有助于預(yù)防換相失敗或縮短換相失敗時(shí)間，加速功率恢復(fù)，提升直流系統(tǒng)故障下響應(yīng)特性。

直流輸電；換相失?。粡?fù)合移相控制；直流電流；交流電壓

0 引 言

高壓直流輸電在我國(guó)遠(yuǎn)距離大容量輸電和異步聯(lián)網(wǎng)方面都有重要應(yīng)用。然而，高壓直流輸電系統(tǒng)在逆變側(cè)交流故障下容易發(fā)生換相失敗，從而導(dǎo)致直流電壓降低，直流電流升高，輸送功率跌落，并對(duì)換流閥的使用壽命產(chǎn)生不利影響；若恢復(fù)過(guò)程中控制失當(dāng)，發(fā)生連續(xù)換相失敗，則會(huì)進(jìn)一步加劇對(duì)受端交流電網(wǎng)的沖擊[1-4]。近年來(lái)，隨著我國(guó)高壓直流輸電工程電壓等級(jí)和輸送功率的不斷提高，換相失敗對(duì)交流系統(tǒng)的不利影響日益顯著[5-6]。

逆變側(cè)控制策略對(duì)直流輸電抵御換相失敗及換相失敗后的恢復(fù)能力有重要影響。目前國(guó)內(nèi)外直流輸電控制策略主要有基于ABB技術(shù)路線的控制策略[7](以下稱為控制策略A)和基于SIEMENS技術(shù)路線的控制策略[8](以下稱為控制策略B)，CIGRE提出的直流輸電標(biāo)準(zhǔn)模型則很大程度參考了控制策略B[9-10]，因此可視為一類策略?？刂撇呗訟采用預(yù)測(cè)型關(guān)斷角控制原理，并巧妙地將定關(guān)斷角控制、定電壓控制和后備定電流控制嵌套在一起；控制策略B采用實(shí)測(cè)型關(guān)斷角控制原理，并通過(guò)比較器取最大的方式對(duì)定關(guān)斷角控制、定電壓控制和后備定電流控制進(jìn)行切換選擇。針對(duì)上述2種控制策略，文獻(xiàn)[11]著重研究了2種策略的控制方式；文獻(xiàn)[12]進(jìn)一步對(duì)2種策略抵御換相失敗的能力進(jìn)行了對(duì)比分析；文獻(xiàn)[13]則同時(shí)對(duì)2種策略換相失敗的抵御能力和恢復(fù)特性進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比研究。

在直流輸電基本控制結(jié)構(gòu)之外，能夠進(jìn)一步優(yōu)化直流換相失敗響應(yīng)特性的附加控制亦得到了關(guān)注，附加控制的主要思路為通過(guò)檢測(cè)換相失敗預(yù)測(cè)指標(biāo)以實(shí)現(xiàn)提前觸發(fā)。文獻(xiàn)[14]基于交流電壓檢測(cè)提出了一種換相失敗預(yù)測(cè)控制算法(commutation failure prevention, CFPREV)，但CFPREV中交流電壓不對(duì)稱檢測(cè)主要基于零序電壓分量，但零序阻抗通常較大，且兩相間短路故障時(shí)不產(chǎn)生零序，均可能導(dǎo)致電壓不對(duì)稱，檢測(cè)靈敏度降低；文獻(xiàn)[15]利用正余弦分量檢測(cè)對(duì)CFPREV算法進(jìn)行了優(yōu)化；文獻(xiàn)[16-17]提出了一種電流指令速動(dòng)的逆變側(cè)交流故障控制方法，這類方法需要對(duì)整流站電流指令值進(jìn)行調(diào)整，但考慮到實(shí)際工程整流站定電流控制器的動(dòng)作時(shí)間與兩端換流站間的通信延時(shí)和行波過(guò)程，時(shí)間滯后將達(dá)到若干毫秒量級(jí)，因此其實(shí)際效果仍有待檢驗(yàn)。

本文在分析總結(jié)控制策略A、B各自優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出一種復(fù)合移相控制方法。該方法包含2步輔助移相環(huán)節(jié)：基于直流電流上升率檢測(cè)的快速移相控制環(huán)節(jié)(用于遠(yuǎn)區(qū)交流故障下提升換相失敗抵御能力)；基于交流電壓不對(duì)稱度和幅值檢測(cè)的移相控制環(huán)節(jié)(用于提升換相失敗恢復(fù)能力，防止連續(xù)換相失敗發(fā)生)。該控制策略基于電壓正負(fù)序分解，不存在特殊故障靈敏度下降的問(wèn)題；所有控制動(dòng)作的發(fā)生均在逆變站完成，亦不需考慮通信延時(shí)和行波延時(shí)。仿真結(jié)果顯示所提出的復(fù)合移相控制方法有助于提高直流輸電系統(tǒng)換相失敗抵御能力和恢復(fù)能力，優(yōu)化逆變側(cè)交流故障響應(yīng)特性。

1 主要控制策略換相失敗的應(yīng)對(duì)方式

1.1 基于ABB技術(shù)路線的控制策略(策略A)

控制策略A采用預(yù)測(cè)型定關(guān)斷角控制，即根據(jù)設(shè)定的關(guān)斷角指令值直接計(jì)算逆變器觸發(fā)角αI,原理如下所示：

(1)

式中：γref為關(guān)斷角指令值；dX為換相電抗的等效阻抗；Iord為經(jīng)過(guò)低壓限流環(huán)節(jié)(voltage dependent current order limiter, VDCOL)后的直流電流指令值；Udi0為理想空載直流電壓；Id為經(jīng)過(guò)低通濾波后的直流電流測(cè)量值；K(Iord-Id)為引入的修正項(xiàng)(K>0)，以使逆變器Ud-Id特性為正斜率，改善定關(guān)斷角控制的動(dòng)態(tài)特性，防止直流穩(wěn)定工作點(diǎn)漂移[7]。

然而逆變側(cè)發(fā)生交流故障后，Id迅速增大，VDCOL控制使Iord減小，上述修正項(xiàng)的引入將進(jìn)一步導(dǎo)致αI增大，換相失敗不可避免。為此引入換相失敗預(yù)測(cè)控制CFPREV[14]，即檢測(cè)到逆變站換流母線交流電壓的擾動(dòng)超過(guò)閾值時(shí)，強(qiáng)制減小觸發(fā)角，增大換相裕度，以期避免換相失敗或連續(xù)換相失敗發(fā)生。

式(1) 依賴直流輸電的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型，若變壓器漏抗等參數(shù)不準(zhǔn)確，開環(huán)控制在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)就會(huì)帶來(lái)誤差，即預(yù)期關(guān)斷角與實(shí)際關(guān)斷角不一致。但故障期間關(guān)斷角測(cè)量困難，該策略摒棄了對(duì)實(shí)際關(guān)斷角的實(shí)測(cè)而具有更快的換相失敗恢復(fù)能力，因而其換相失敗預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)是具有借鑒意義的。

1.2 基于SIEMENS技術(shù)路線的控制策略(策略B)

控制策略B采用實(shí)測(cè)型定關(guān)斷角控制，其控制邏輯如圖1所示。穩(wěn)態(tài)下，定電壓控制使能，關(guān)斷角被維持在略大于參考值γref的水平。

圖1 基于SIEMENS路線的控制策略Fig.1 Control strategy based on SIEMENS technical route

逆變側(cè)交流故障發(fā)生后，關(guān)斷角迅速減小，定關(guān)斷角控制器使能，其輸出的偏差信號(hào)Δγ經(jīng)過(guò)PI環(huán)節(jié)后使觸發(fā)角α1減小，以嘗試避免換相失敗。然而，觸發(fā)角α1的下降速率取決于PI控制器的調(diào)節(jié)速度。以CIGRE模型公布的典型參數(shù)Kp=0.750 6/Ti= 0.054 4 s/γref=18°(0.314rad)為例，故障發(fā)生后Δγ最大值為0.314 rad，則α1從140°降低到90°至少需要 110 ms，而在這段時(shí)間內(nèi)換相失敗通常已經(jīng)發(fā)生；即使將Ti減小至0.010 s，所需時(shí)間仍至少為 20 ms，依然大于換相失敗發(fā)生通常所需的時(shí)間。

與控制策略A中對(duì)觸發(fā)角強(qiáng)制移相相比，控制策略B在故障下仍然利用PI對(duì)觸發(fā)角進(jìn)行調(diào)節(jié)，其速度較為緩慢；文獻(xiàn)[13]對(duì)2種控制策略的仿真對(duì)比支持了上述結(jié)論，顯示采用控制策略B換相失敗的持續(xù)時(shí)間通常大于采用控制策略A的。因此策略B在交流系統(tǒng)故障下的恢復(fù)能力還具有改進(jìn)空間。

2 復(fù)合移相控制策略

本節(jié)針對(duì)1.2節(jié)中所分析的控制策略B在應(yīng)對(duì)換相失敗方面的不足，提出了復(fù)合移相控制策略。該策略針對(duì)逆變側(cè)交流故障的不同階段，包含如下2種子策略：基于直流電流的移相控制策略和基于交流電壓的移相控制策略。

2.1 基于直流電流的移相控制策略

考慮到故障發(fā)生的最初階段，直流電流相比交流電壓變化更為靈敏，更易于檢測(cè)，設(shè)計(jì)如圖2所示的基于直流電流的移相控制器，其目的在于遠(yuǎn)區(qū)交流故障下通過(guò)所設(shè)計(jì)控制器的快速動(dòng)作規(guī)避換相失敗，或在換相失敗發(fā)生的情況下縮短換相失敗的時(shí)長(zhǎng)，控制器關(guān)鍵參數(shù)見表1。

圖2 基于直流電流的移相控制器Fig.2 Phase-shifting control based on DC current

在該控制器中，直流電流測(cè)量值經(jīng)標(biāo)幺化后作為控制器輸入量，并同時(shí)對(duì)直流電流的上升速率和幅值進(jìn)行判斷。其中對(duì)幅值進(jìn)行判斷能夠規(guī)避故障恢復(fù)期間控制器誤動(dòng)作。由于該控制器的適用場(chǎng)景考慮為遠(yuǎn)區(qū)交流故障，故直接對(duì)觸發(fā)越前角移相30°(Δβ1)，即K=0.524。同時(shí)對(duì)控制器設(shè)置適當(dāng)?shù)膯?dòng)/退出延時(shí)和上升/下降速率限制。

2.2 基于交流電壓的移相控制策略

考慮到交流故障中后期，交流電壓已明顯跌落；同時(shí)考慮到故障清除后恢復(fù)初期，交流電壓諧波畸變明顯，容易導(dǎo)致晶閘管觸發(fā)異常。因此在上述2種交流系統(tǒng)條件下，有必要在逆變側(cè)定關(guān)斷角控制的基礎(chǔ)上，根據(jù)交流電壓條件對(duì)觸發(fā)角進(jìn)行輔助移相，所設(shè)計(jì)的控制器如圖3所示，關(guān)鍵控制器參數(shù)見表1。

圖3 基于交流電壓的移相控制Fig.3 Phase-shifting control based on AC voltage

基于交流電壓的移相控制策略包括使能環(huán)節(jié)和移相角計(jì)算環(huán)節(jié)，其核心均在于交流電壓的幅值計(jì)算和不平衡度計(jì)算。幅值計(jì)算的原理如下：

(2)

傳統(tǒng)基于ABB技術(shù)路線的控制策略中CFPREV環(huán)節(jié)主要基于零序分量進(jìn)行檢測(cè)，該方法雖簡(jiǎn)單但無(wú)法反應(yīng)兩相相間短路故障，而負(fù)序分量在任一種故障形態(tài)下都會(huì)出現(xiàn)。本文采用基于正負(fù)序分解的不平衡度計(jì)算方法，在各類交流故障下均有較好的靈敏度。忽略高次諧波，換流站交流母線電壓可表示為

(3)

式中A=ω0t+φ+、B=ω0t+φ-和C=ω0t+φ0，分別為正序、負(fù)序和零序電壓U+、U-、U0在t時(shí)刻在a相的相位，φ+、φ-和φ0為對(duì)應(yīng)的初相位。對(duì)式(3)進(jìn)行abc-αβ坐標(biāo)變換，結(jié)果如下：

(4)

對(duì)式(4)延遲1/4周波，即分別用A-π/2和B-π/2替換A和B，得到：

(5)

利用式(4)和式(5)，可得正、負(fù)序電壓幅值為

(6)

則交流電壓不對(duì)稱度為U-/U+。

考慮到GB/T 15543—2008《電能質(zhì)量：三相電壓不平衡》[18]中規(guī)定系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)負(fù)序電壓不對(duì)稱度不超過(guò)2%，短時(shí)不超過(guò)4%，因此使能環(huán)節(jié)的條件之一(即表1中參數(shù)C3)為負(fù)序電壓不對(duì)稱度大于5%，以躲過(guò)正常情況下負(fù)序電壓的變動(dòng)。

根據(jù)直流輸電準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型，可以近似推導(dǎo)C4的解析式為

(7)

移相角度計(jì)算環(huán)節(jié)的輸入按式(8)進(jìn)行計(jì)算，考慮到極端情況下交流電壓的不對(duì)稱度一般不超過(guò)50%(對(duì)應(yīng)于兩相間金屬性短路)，交流電壓極端情況下跌落至0(對(duì)應(yīng)于三相金屬性短路)，使2個(gè)條件權(quán)重一致時(shí)，只需將交流電壓值與閾值之差減半即可合并考慮。

(8)

uI使能并經(jīng)過(guò)慣性環(huán)節(jié)后形成控制器的移相角度，其中增益G0取1.15，即所述控制器在極端情況下至多強(qiáng)制移相30°，該控制器同樣設(shè)置了適當(dāng)?shù)膯?dòng)/退出延時(shí)。

2.3 考慮復(fù)合移相控制后的觸發(fā)角計(jì)算

考慮復(fù)合移相控制后逆變側(cè)觸發(fā)角計(jì)算如圖4所示。其在原始控制策略B輸出的觸發(fā)越前角β的基礎(chǔ)上，減去基于直流電流的移相控制策略輸出的移相角Δβ1和基于交流電壓的移相控制輸出的移相角Δβ2，并經(jīng)過(guò)限幅作為逆變器的觸發(fā)角α1。

圖4 考慮復(fù)合移相控制后的觸發(fā)角計(jì)算Fig.4 Trigger angle calculation considering compound phase-shifting control

3 算例分析

基于電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD/EMTDC，搭建如表2所示的包含±800 kV兩端高壓直流輸電系統(tǒng)的等值模型。其中整流站和逆變站均采用雙十二脈動(dòng)換流器。模型的常規(guī)控制系統(tǒng)采用控制策略B，與實(shí)際控制系統(tǒng)保持相同特性，復(fù)合移相控制的搭建方法已在第2節(jié)詳細(xì)說(shuō)明。本節(jié)首先對(duì)復(fù)合移相控制策略的應(yīng)用效果進(jìn)行基于仿真的統(tǒng)計(jì)分析，接著對(duì)所述控制策略在近區(qū)交流故障和遠(yuǎn)區(qū)交流故障下的響應(yīng)特性進(jìn)行仿真分析。

表2 仿真系統(tǒng)參數(shù)
Table 2 Simulation system parameters

3.1 復(fù)合移相控制策略應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)分析

本節(jié)基于所搭建的高壓直流輸電系統(tǒng)模型，額定情況下在逆變側(cè)交流母線施加不同故障形式和不同故障嚴(yán)重程度的短路故障，在系統(tǒng)故障響應(yīng)過(guò)程中對(duì)換相失敗持續(xù)時(shí)間和直流功率恢復(fù)時(shí)間2項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)[19]。

(1)換相失敗持續(xù)時(shí)間。實(shí)際工程中晶閘管恢復(fù)正向阻斷能力的時(shí)間通常為400 μs，對(duì)應(yīng)關(guān)斷角為7.2°。本節(jié)為便于仿真統(tǒng)計(jì)，換相失敗持續(xù)時(shí)間記為從關(guān)斷角小于7.2°到關(guān)斷角恢復(fù)至7.2°以上并穩(wěn)定維持20 ms所經(jīng)歷的時(shí)間。

(2)直流功率恢復(fù)時(shí)間。從故障結(jié)束開始，到直流功率穩(wěn)定恢復(fù)至故障前的90%所經(jīng)歷的時(shí)間。

可在換流站網(wǎng)側(cè)交流母線上加入故障支路來(lái)模擬換流站受交流系統(tǒng)中故障的影響。該故障支路可以為感性與容性，感性支路主要表示某處架空線的接地故障，而容性支路表示濾波器的零電壓投入[20]?？紤]到感性支路導(dǎo)致的換相失敗對(duì)故障發(fā)生時(shí)刻最不敏感且最易引發(fā)換相失敗[21]，本節(jié)所施加的故障支路均為感性，接地電阻為0.01 Ω，故障持續(xù)時(shí)間0.1 s。因換相失敗特性取決于故障發(fā)生時(shí)刻，本文在工頻周期內(nèi)每隔4 ms施加一次故障，統(tǒng)計(jì)換相失敗持續(xù)時(shí)間和功率恢復(fù)時(shí)間如圖5、6所示。所實(shí)施的故障形式為A相接地短路故障與三相短路故障，故障電感分別為 50，37.5，25，12.5， 0.1 mH，分別記作故障I，故障II，故障III，故障IV，故障V，用于模擬不同嚴(yán)重程度的故障。

圖5 A相接地故障換相失敗持續(xù)時(shí)間與功率恢復(fù)時(shí)間統(tǒng)計(jì)Fig.5 Duration of commutation failure and power recovery time when A-phase to ground fault occurs

圖6 三相短路故障換相失敗持續(xù)時(shí)間與功率恢復(fù)時(shí)間統(tǒng)計(jì)Fig.6 Duration of commutation failure and power recovery time when three-phase to ground fault occurs

為更直觀地表現(xiàn)所提復(fù)合移相策略的效果，將以上相同故障形式和接地電感而故障時(shí)間不同的換相失敗持續(xù)時(shí)間和功率恢復(fù)時(shí)間平均值作為該故障下的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，對(duì)比如圖7所示。

圖7 換相失敗持續(xù)時(shí)間與功率恢復(fù)時(shí)間對(duì)比Fig.7 Comparison of commutation failure duration and recovery time

對(duì)于單相故障，通過(guò)附加移相可以有效減小換相失敗持續(xù)時(shí)間。當(dāng)故障嚴(yán)重程度強(qiáng)時(shí)，換相失敗持續(xù)時(shí)間明顯縮短；對(duì)于輕微故障，移相控制有助于故障清除后系統(tǒng)的功率恢復(fù)。對(duì)于三相故障，投入復(fù)合移相控制可在平均意義上縮短換相失敗持續(xù)時(shí)間，并加快系統(tǒng)功率恢復(fù)；但促進(jìn)效果相對(duì)于發(fā)生單相故障不明顯，原因在于三相故障時(shí)三相電壓均已跌落，依靠電網(wǎng)電壓換相的換流閥依靠移相提前觸發(fā)產(chǎn)生的效果有限。

3.2 遠(yuǎn)區(qū)交流故障響應(yīng)特性

本節(jié)在3.1節(jié)基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)遠(yuǎn)區(qū)交流故障下系統(tǒng)投入復(fù)合移相控制策略與否的響應(yīng)特性進(jìn)行仿真對(duì)比。所選取的故障為A相接地故障(故障III)，仿真結(jié)果如圖8所示。

仿真結(jié)果對(duì)比顯示，投入復(fù)合移相控制策略后，直流系統(tǒng)對(duì)于故障的響應(yīng)顯著優(yōu)于僅采用原始控制策略時(shí)的響應(yīng)。具體而言，故障發(fā)生后短時(shí)間內(nèi)基于直流電流的移相控制優(yōu)先動(dòng)作，使觸發(fā)角在極短時(shí)間內(nèi)達(dá)到限幅低值，縮短了換相失敗持續(xù)時(shí)間；基于直流電流的移相控制退出后，基于交流電壓的移相控制繼續(xù)對(duì)觸發(fā)角進(jìn)行適度移相，有利于故障期間直流功率的維持及故障清除后直流系統(tǒng)的快速恢復(fù)。

圖8 遠(yuǎn)區(qū)交流故障仿真對(duì)比Fig.8 Simulation comparison of weak AC fault

3.3 近區(qū)交流故障響應(yīng)特性

本節(jié)在3.1節(jié)基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)近區(qū)交流故障下系統(tǒng)投入復(fù)合移相控制策略與否的響應(yīng)特性進(jìn)行仿真對(duì)比。所選取的故障為三相短路(故障IV)，仿真結(jié)果如圖9所示。

仿真結(jié)果對(duì)比顯示，投入復(fù)合移相控制后，直流系統(tǒng)對(duì)于故障Ⅳ的響應(yīng)優(yōu)于僅采用原始控制策略的響應(yīng)。具體而言，由于三相故障較為嚴(yán)重，故障發(fā)生后短時(shí)間內(nèi)即使基于直流電流的移相控制快速動(dòng)作亦無(wú)法避免換相失敗發(fā)生；換相失敗自然結(jié)束后，相對(duì)于僅采用原始控制策略，基于交流電壓的移相控制可使直流系統(tǒng)立即獲得更大的關(guān)斷角裕度，并隨著移相控制的平穩(wěn)退出，系統(tǒng)的關(guān)斷角能夠更快地恢復(fù)至穩(wěn)態(tài)值，表現(xiàn)為直流功率恢復(fù)更為迅速。

圖9 近區(qū)交流故障仿真對(duì)比Fig.9 Simulation comparison of severe AC fault

4 結(jié) 論

(1)控制策略A引入換相失敗預(yù)測(cè)控制，在檢測(cè)到逆變站換流母線交流電壓的擾動(dòng)超過(guò)閾值時(shí)，強(qiáng)制減小觸發(fā)角，響應(yīng)速度較快；控制策略B在故障下仍然利用PI控制對(duì)觸發(fā)角進(jìn)行調(diào)節(jié)，響應(yīng)速度相對(duì)較慢，因而換相失敗持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。

(2)在控制策略B的基礎(chǔ)上配備基于直流電流和交流電壓的復(fù)合移相控制有助于優(yōu)化其在逆變側(cè)交流故障條件下的響應(yīng)特性。具體而言，基于直流電流的移相控制檢測(cè)直流電流上升率，有助于預(yù)防換相失敗或縮短換相失敗持續(xù)時(shí)間；基于交流電壓的移相控制檢測(cè)交流電壓不對(duì)稱度和幅值，有助于提升故障清除后直流系統(tǒng)的恢復(fù)特性。

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(編輯 張小飛)

HVDC Commutation Failure Response Optimization Based on Compound Phase-Shifting Control

LU Shaoqi1，WANG Shijia1，HOU Yuqiang2，LIU Fusuo2，XU Zheng1

(1. College of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China；2. NRAI Group Corporation (State Grid Electric Power Research Institute), Nanjing 211106, China)

At present, the main control strategies for the domestic HVDC projects are ABB strategy and SIEMENS strategy. This paper analyzes the difference of these two strategies on dealing with commutation failure. It is pointed out that commutation failure with SIEMENS strategy lasts longer than that with ABB strategy, for the reason that SIEMENS strategy still relies on PI (proportional and integral) regulation during inverter AC fault period and its response speed is quite slow compared to the decreasing rate of extinction angle; whereas this regulation has its advantages that it improves the accuracy of extinction angle in steady operation. Then a compound phase-shifting control is proposed based on the SIEMENS strategy, including the phase-shifting control strategy considering the rising rate of DC current as wells as the phase-shifting control strategy considering both unbalance and magnitude of AC voltage. Finally, we present the detailed parameters of the proposed controller. The simulation results show that the application of the compound phase-shifting control contributes to preventing commutation failure or shortening its duration, as well as improving power recovery and system response during fault period, compared with original control strategy.

DC transmission; commutation failure; compound phase-shifting control; DC current; AC voltage

國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目(特高壓直流連續(xù)換相失敗、再啟動(dòng)工況下安全穩(wěn)定控制技術(shù)研究)

TM 72

A

1000-7229(2017)07-0123-08

10.3969/j.issn.1000-7229.2017.07.015

2017-02-18

陸韶琦(1992)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)安全穩(wěn)定分析與控制；

王世佳(1991)，男，博士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)次同步振蕩、柔性直流輸電系統(tǒng)；

侯玉強(qiáng)(1983)，男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定與控制；

劉福鎖(1981)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)安全穩(wěn)定分析與控制；

徐政(1962)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，本文通信作者，主要研究方向?yàn)榇笠?guī)模交直流電力系統(tǒng)分析、直流輸電與柔性交流輸電、電力諧波與電能質(zhì)量、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)技術(shù)。