周博昊，李鳳婷，尹純亞

（新疆大學(xué)電氣工程學(xué)院,新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市830047）

0 引言

換相失敗是依靠電網(wǎng)電壓換相的高壓直流輸電技術(shù)最常見的故障類型之一［1-3］。若引發(fā)首次換相失敗的交流系統(tǒng)故障未能及時(shí)清除或控制處理不當(dāng),恢復(fù)階段直流系統(tǒng)可能出現(xiàn)后續(xù)換相失敗,易造成局部故障向全局轉(zhuǎn)變,威脅混聯(lián)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行［4-5］。隨著特高壓直流工程的不斷建設(shè)、直流容量的不斷提升,會(huì)造成故障概率、故障容量的不斷增加；另一方面,隨著新能源裝機(jī)容量的不斷提高,交流系統(tǒng)的抗干擾能力和調(diào)節(jié)能力持續(xù)下降,作為混聯(lián)系統(tǒng)安全穩(wěn)定的“攻”“守”雙方此消彼長(zhǎng),會(huì)造成后續(xù)換相失敗的影響日益嚴(yán)峻。因此,開展換相失敗機(jī)理、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及抑制策略的研究具有重要的理論和工程價(jià)值。

針對(duì)后續(xù)換相失敗,國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要從影響因素和抑制策略兩方面展開了研究。文獻(xiàn)［6］指出不對(duì)稱故障下,直流電壓、電流中存在較大幅值的二次諧波分量。在此基礎(chǔ)上,文獻(xiàn)［7］通過分析不對(duì)稱故障下?lián)Q相過程,發(fā)現(xiàn)二次諧波分量會(huì)導(dǎo)致超前觸發(fā)角的波動(dòng)進(jìn)而引起后續(xù)換相失敗的發(fā)生,但無法解釋對(duì)稱故障下后續(xù)換相失敗發(fā)生機(jī)理。文獻(xiàn)［8-9］分別指出電流偏差控制中斜坡函數(shù)斜率參數(shù)與恢復(fù)過程各控制器交互不當(dāng)會(huì)引起后續(xù)換相失敗的發(fā)生。文獻(xiàn)［10］在此基礎(chǔ)上,通過研究恢復(fù)過程系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)狀態(tài),分析了直流電流恢復(fù)引發(fā)后續(xù)換相失敗的原因,并改進(jìn)低壓限流環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)后續(xù)換相失敗有效抑制。文獻(xiàn)［11］研究了鎖相環(huán)暫態(tài)跟蹤性能對(duì)后續(xù)換相失敗的影響,并構(gòu)造前置濾波環(huán)節(jié),增強(qiáng)抗干擾能力。文獻(xiàn)［12-13］分別研究了無功消耗與交流系統(tǒng)單相跳閘對(duì)后續(xù)換相失敗的影響,但是故障后立刻調(diào)整逆變器觸發(fā)方式的工程可行性仍有待研究。文獻(xiàn)［14］指出故障發(fā)生后,保護(hù)裝置的拒動(dòng)或誤動(dòng)、重合閘于故障上,會(huì)引起等效換相電感的改變,也可能誘發(fā)換相失敗。現(xiàn)有研究中往往從以下幾個(gè)方面提出換相失敗抑制方法:通過提前觸發(fā)方式［15-17］、采用多種限流策略［18-19］、采用逆變側(cè)交流系統(tǒng)無功補(bǔ)償方法［20-21］、基于全控型器件進(jìn)行逆變站結(jié)構(gòu)改造［22-23］以及優(yōu)化交流系統(tǒng)保護(hù)策略［24-25］?，F(xiàn)有針對(duì)后續(xù)換相失敗機(jī)理的分析研究仍不夠全面和深入,所提出的影響因素往往僅涉及電氣量、控制策略、器件暫態(tài)性能和保護(hù)動(dòng)作中的某一方面；仍缺乏可定量有效評(píng)估后續(xù)換相失敗風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)；針對(duì)后續(xù)換相失敗抑制策略的研究以控制策略優(yōu)化為主,但是所提抑制策略往往較難兼顧系統(tǒng)快速平穩(wěn)恢復(fù)和后續(xù)換相失敗的有效抑制。

為明確后續(xù)換相失敗機(jī)理并進(jìn)行有效風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與抑制,本文基于逆變器換相過程數(shù)學(xué)模型,剖析后續(xù)換相失敗階段各影響因素對(duì)換相電壓時(shí)間面積需求量和提供量的影響,討論了后續(xù)換相失敗的直接、間接影響因素,明確后續(xù)換相失敗機(jī)理；在此基礎(chǔ)上,提出了后續(xù)換相失敗風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)（SCFRI）用于定量評(píng)估系統(tǒng)后續(xù)換相失敗風(fēng)險(xiǎn)；結(jié)合所提SCFRI,從附加控制和限流策略兩方面,分別提出了基于SCFRI的附加控制策略和基于SCFRI的協(xié)調(diào)限流策略。最后通過CIGRE直流標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試模型驗(yàn)證了所提后續(xù)換相失敗機(jī)理的正確性、SCFRI的合理性與抑制策略的有效性。

1 后續(xù)換相失敗機(jī)理與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

1.1 后續(xù)換相失敗機(jī)理

相比首次換相失敗,后續(xù)換相失敗的機(jī)理更為復(fù)雜,不僅受到系統(tǒng)電氣量變化的影響,同時(shí)恢復(fù)階段控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)及系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備暫態(tài)響應(yīng)特性等均會(huì)影響后續(xù)換相失敗發(fā)生與否。

以閥1、2導(dǎo)通到閥2、3導(dǎo)通過程為例,此過程閥1向閥3換相,其等效電路見附錄A圖A1。

大容量變壓器、線路及濾波器的感抗分量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電阻,故忽略電阻的影響,并認(rèn)為各相換相電感大小相等,根據(jù)基爾霍夫電壓及電流定律有:

根據(jù)式（1）,穩(wěn)態(tài)時(shí)所需換相電壓時(shí)間面積為:

式中:μ為換相角；α為觸發(fā)角。

若考慮換相期間直流電流的變化ΔId,所需換相電壓時(shí)間面積（本文簡(jiǎn)稱換相面積）修改為:

根據(jù)式（1）,給定觸發(fā)角α情況下,為保證成功換相,逆變器的最大換相面積提供量為:

式中:γmin為固有最小關(guān)斷角,反映了晶閘管元件中載流子復(fù)合開關(guān)建立PN結(jié)阻擋層以恢復(fù)正向阻斷能力所必需的時(shí)間,一般認(rèn)為約400μs（本文γmin取7.2°）。當(dāng)Sμ,need大于Sμ,pro時(shí),實(shí)際換相電壓下能夠提供的最大換相面積仍不滿足換相過程所需換相面積,會(huì)導(dǎo)致實(shí)際的關(guān)斷角γ小于γmin時(shí),則會(huì)出現(xiàn)以下情況之一:①換相結(jié)束后,剛退出導(dǎo)通的閥在反向電壓作用期間,不能恢復(fù)阻斷能力；②2個(gè)橋臂的換相過程一直未能結(jié)束。在這2種情況下,會(huì)出現(xiàn)預(yù)期開通的閥向預(yù)定關(guān)斷的橋臂倒換相而未能開通,預(yù)期關(guān)斷的閥未能關(guān)斷,這種異常工況被稱為換相失敗。

因此若不發(fā)生換相失敗,需滿足Sμ,pro≥Sμ,need,根據(jù)式（3）和式（4）有

由式（5）可知,三相對(duì)稱故障下,若忽略電壓偏移及諧波引起的換相電壓畸變等因素,影響換相的主要因素有:直流電流及其換相期間變化量、換相電感、換相電壓、觸發(fā)角。其中,根據(jù)式（3）,直流電流及其換相期間變化量、換相電感直接影響換相過程所需換相面積。根據(jù)式（4）換相電壓和觸發(fā)角分別決定了換相電壓波形和換相起始時(shí)刻,影響最大換相面積提供量。由于這部分因素直接影響換相過程,本文將其定義為直接影響因素,實(shí)際工程中還存在其他影響因素,由于該類影響因素對(duì)換相過程的影響是通過影響上述直接影響因素而間接實(shí)現(xiàn)的,本文將其定義為后續(xù)換相失敗的間接影響因素。直接、間接影響因素的影響機(jī)理詳見附錄A。

1.2 后續(xù)換相風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

相比首次換相失敗,后續(xù)換相失敗更突顯量變引起質(zhì)變的特點(diǎn),在直流連鎖故障演變過程中,有效評(píng)估后續(xù)換相失敗發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)是快速、有效切斷連鎖故障鏈的基礎(chǔ)。

根據(jù)式（5）,不發(fā)生后續(xù)換相失敗情況下,觸發(fā)角、換相電壓、直流電流及其變化量需滿足:

其中,參數(shù)A、B、C計(jì)算公式如下:

式中:Xc為換相電抗；αi為逆變器觸發(fā)角。

根據(jù)式（6）、式（7）可知,后續(xù)換相失敗是否發(fā)生與換相電壓、直流電流及其變化量、觸發(fā)角之間是否匹配有著直接關(guān)系。

定義后續(xù)換相失敗風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)（subsequent commutation failure risk index,SCFRI）的值為SCFRI,計(jì)算如下:

根據(jù)式（3）、式（4）,換相面積提供量與需求量之差ΔS的計(jì)算式為:

對(duì)比式（8）、式（9）并結(jié)合式（7）可知:

其中系數(shù)K計(jì)算公式如下:

逆 變 器 正 常 工 作 狀 態(tài) 下,觸 發(fā) 角αi∈［90°,180°］,為保證成功換相,逆變器控制系統(tǒng)會(huì)對(duì)超前觸發(fā)角βi進(jìn)行限幅限制（例如:CIGRE標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)中,限制超前觸發(fā)角βi≥0.52）,通常逆變器觸發(fā)角一般被限制不超過150°。根據(jù)式（11）,系數(shù)K大于0,SCFRI與ΔS呈現(xiàn)正相關(guān)函數(shù)關(guān)系:當(dāng)SCFRI增大時(shí),ΔS增大,逆變器換相裕度提高,發(fā)生后續(xù)換相失敗風(fēng)險(xiǎn)降低；當(dāng)SCFRI減小時(shí),ΔS減小,逆變器換相裕度降低,發(fā)生后續(xù)換相失敗風(fēng)險(xiǎn)提高。因此,SCFRI既可定性判別是否發(fā)生后續(xù)換相失敗,又可定量評(píng)估后續(xù)換相失敗風(fēng)險(xiǎn)程度。當(dāng)系統(tǒng)的SCFRI＞0時(shí),SCFRI越小,表征系統(tǒng)換相安全裕度越小,后續(xù)換相失敗風(fēng)險(xiǎn)越高。換相期間直流電流變化量ΔId預(yù)測(cè)原理、驗(yàn)證及工程應(yīng)用相關(guān)討論見附錄A第A3章。

2 基于SCFRI的后續(xù)換相失敗抑制策略

2.1 基于SCFRI的附加控制策略

SCFRI可定量表征后續(xù)換相失敗風(fēng)險(xiǎn),基于此通過設(shè)計(jì)附加控制策略,根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)程度自適應(yīng)調(diào)節(jié)逆變器觸發(fā)角指令值,實(shí)現(xiàn)后續(xù)換相失敗的有效抑制。逆變器觸發(fā)角被限制在90°以上,因此可采用三角形代替換相電壓時(shí)間面積的右半正弦曲線,附加控制策略原理見附錄A圖A2。定義圖A2中角度θ并計(jì)算可得:

式中:ULf為逆變側(cè)交流系統(tǒng)線電壓峰值。提前觸發(fā)Δα角度情況下,換相面積增加量表示為圖A2中直角梯形面積,其上、下底邊x、y分別為:

根據(jù)式（12）至式（14）可知,通過提前觸發(fā)Δα角度情況下,額外獲得的換相面積增量為:

式（15）表征了提前觸發(fā)控制量與增加的換相面積的函數(shù)關(guān)系,可作為提前觸發(fā)控制的依據(jù)。由于采用直角三角形模擬右半正弦曲線,因此實(shí)際換相面積增量要大于根據(jù)式（15）得到的計(jì)算值,依據(jù)式（15）設(shè)計(jì)的提前觸發(fā)控制更為保守,不會(huì)出現(xiàn)提前觸發(fā)不足無法有效抑制后續(xù)換相失敗的問題。

若希望直流系統(tǒng)經(jīng)歷首次換相失敗后,在系統(tǒng)的恢復(fù)階段SCFRI維持在安全范圍內(nèi)（設(shè)定為SCFRI0附近,為附加控制器中的控制目標(biāo)）,根據(jù)式（10）、式（11）、式（15）,則基于SCFRI的附加控制量為:

式中:D=(180°?αi)ULf/90°。

SCFRI與換相面積提供量與需求量的差值存在函數(shù)關(guān)系,SCFRI可以定量顯示系統(tǒng)換相面積的盈余或缺失情況。在首次換相失敗后,直流系統(tǒng)進(jìn)入恢復(fù)階段,換相面積盈余量逐漸減少,但是現(xiàn)有控制系統(tǒng)中無考慮換相面積盈余量的控制器,因此在恢復(fù)階段末期,存在較大后續(xù)換相失敗風(fēng)險(xiǎn)。為避免此情況發(fā)生,保證恢復(fù)階段系統(tǒng)的后續(xù)換相失敗風(fēng)險(xiǎn)維持在較低水平,通過附加控制方式,自適應(yīng)調(diào)節(jié)換相面積提供量跟隨換相面積需求量的變化,始終維持二者相匹配并保持一定的安全裕度,將系統(tǒng)的SCFRI維持在安全范圍內(nèi)?；赟CFRI的附加控制策略的啟動(dòng)邏輯如圖1（a）所示,在CIGRE HVDC系統(tǒng)中加入所提出的附加控制策略后逆變器框圖如圖1（b）所示。

圖1 基于SCFRI的附加控制策略Fig.1 Additional control strategy based on SCFRI

圖1中:ΔId為換相期間直流電流變化量預(yù)測(cè)值；α為觸發(fā)角實(shí)測(cè)值；Udi為逆變側(cè)直流電壓；Idi為逆變側(cè)直流電流；γiD為YD聯(lián)結(jié)換流變所在六脈動(dòng)逆變器關(guān)斷角實(shí)測(cè)值,γiY為YY聯(lián)結(jié)換流變所在六脈動(dòng)關(guān)斷角實(shí)測(cè)值；Id,order為上層直流電流指令值,Idr為逆變器傳輸給整流器的直流電流指令值；βi,CC為逆變器定電流控制給出超前觸發(fā)角指令值,βi,CEA為逆變器定關(guān)斷角控制給出超前觸發(fā)角指令值；αi,eventually為加入基于SCFRI的附加控制策略后逆變器觸發(fā)角最終指令值。

MAF為滑動(dòng)平均濾波器；VDCOL為逆變器中低壓限流控制器；CEC為逆變器中電流偏差控制器；CC為逆變器中定電流控制器；CEA為逆變器中定關(guān)斷角控制器；藍(lán)色虛線框?yàn)榛赟CFRI的附加控制器,其啟動(dòng)模塊內(nèi)邏輯如圖1（a）所示；SCFRI0需依據(jù)實(shí)際工程情況進(jìn)行設(shè)定。

2.2 基于SCFRI的協(xié)調(diào)限流策略

附加控制可以快速動(dòng)作,有效抑制換相失敗的發(fā)生,但實(shí)際工程中存在2個(gè)主要缺點(diǎn):一是調(diào)節(jié)范圍受限；二是會(huì)增加電氣應(yīng)力,減少設(shè)備使用壽命。因此,為盡可能避免這種缺點(diǎn),增強(qiáng)基于SCFRI的后續(xù)換相失敗抑制策略的抑制效果,現(xiàn)輔以基于SCFRI的限流策略,有效限制換相面積需求量。

為維持與附加控制策略相同的控制目標(biāo),根據(jù)式（8）,逆變側(cè)定電流控制器電流指令值計(jì)算式為:

為充分發(fā)揮整流、逆變兩側(cè)的限流功能,結(jié)合CIGRE標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)中的電流裕度,根據(jù)式（17）,整流側(cè)定電流控制器指令值為:

為更好地與附加控制策略相配合,協(xié)調(diào)限流策略啟動(dòng)邏輯保持相同。在CIGRE HVDC系統(tǒng)中加入所提出的協(xié)調(diào)限流策略后的逆變器控制框圖如圖2所示。

由圖2可見,依據(jù)式（18）計(jì)算相關(guān)參數(shù),并與低壓限流指令值、上層電流指令值取最小值傳遞至整流器,通過整流側(cè)定電流控制器實(shí)現(xiàn)整流側(cè)電流限制；同時(shí)將整流側(cè)電流指令值減去設(shè)定的電流裕度0.1 p.u.,得到逆變器定電流控制指令值,最終實(shí)現(xiàn)了基于SCFRI的協(xié)調(diào)限流控制,通過限制兩側(cè)電流指令值,限制逆變器換相面積需求量的增加,配合附加控制策略,同時(shí)提高換相面積提供量并有效限制換相面積需求量,最大程度抑制后續(xù)換相失敗。

圖2 基于SCFRI的協(xié)調(diào)限流策略Fig.2 Coordinated current limiting strategy based on SCFRI

3 仿真驗(yàn)證與分析

3.1 仿真模型的搭建

在PSCAD/EMTDC電磁暫態(tài)仿真軟件中,搭建CIGRE標(biāo)準(zhǔn)直流測(cè)試模型,其結(jié)構(gòu)和內(nèi)部參數(shù)如附錄B所示,晶閘管關(guān)斷時(shí)間設(shè)置為400μs,仿真步長(zhǎng)設(shè)置為50μs。

3.2 SCFRI指標(biāo)測(cè)試與分析

設(shè)置逆變側(cè)交流系統(tǒng)1.3 s時(shí)發(fā)生三相接地故障,故障電阻為90Ω,故障持續(xù)時(shí)間參考文獻(xiàn)設(shè)置為0.2 s［25］。逆變器關(guān)斷角、逆變器觸發(fā)角指令值、直流電流、逆變側(cè)換流母線電壓有效值及SCFRI如圖3所示。

圖3（e）中紅色虛線為SCFRI=0。穩(wěn)態(tài)時(shí),SCFRI大于0,在經(jīng)歷首次換相失敗后,直流系統(tǒng)進(jìn)入恢復(fù)階段,在恢復(fù)末期SCFRI持續(xù)降低,1.49 s降至約9.5,此時(shí)系統(tǒng)已經(jīng)存在較大的后續(xù)換相失敗風(fēng)險(xiǎn)。但由于該階段電流偏差控制與定關(guān)斷角控制調(diào)節(jié)效果相互抵消,導(dǎo)致控制系統(tǒng)在此階段并未對(duì)觸發(fā)角進(jìn)行有效調(diào)節(jié)［9］,同時(shí)1.5 s故障清除造成了直流系統(tǒng)的二次沖擊,后續(xù)換相失敗的直接影響因素均發(fā)生較大程度突變。在低SCFRI的情況下,系統(tǒng)SCFRI進(jìn)一步惡化并發(fā)生后續(xù)換相失敗。

測(cè)試結(jié)果表明,SCFRI可以較好地顯示直流系統(tǒng)后續(xù)換相失敗的風(fēng)險(xiǎn),可以對(duì)后續(xù)換相失敗風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量評(píng)估。單相電阻性、電感性故障和三相電感性故障下SCFRI的測(cè)試結(jié)果見附錄C。

3.3 基于SCFRI的后續(xù)換相失敗抑制策略驗(yàn)證

3.3.1 基于SCFRI的附加控制策略效果驗(yàn)證

圖3 三相電阻性接地故障時(shí)SCFRI測(cè)試Fig.3 SCFRI test with three-phase resistive grounding fault

設(shè)置逆變側(cè)交流系統(tǒng)1.3 s時(shí)發(fā)生三相接地故障,故障電阻為90Ω,故障持續(xù)時(shí)間為0.2 s。僅采用基于SCFRI的附加控制策略,設(shè)定SCFRI0=50。原系統(tǒng)與改進(jìn)后系統(tǒng)的逆變器關(guān)斷角、逆變器觸發(fā)角指令值、直流電流、逆變側(cè)換流母線電壓有效值、系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β始癝CFRI如圖4所示。

測(cè)試結(jié)果表明,三相電阻性接地故障下,提出的基于SCFRI的附加控制策略可以較好地抑制后續(xù)換相失敗的發(fā)生。故障初期（1.35～1.4 s）自適應(yīng)提高了觸發(fā)角指令值,改進(jìn)后系統(tǒng)直流電流恢復(fù)速度更快,但同時(shí)增加了逆變器無功功率消耗,導(dǎo)致逆變側(cè)交流電壓恢復(fù)變緩?；謴?fù)階段（1.4～1.5 s）基于SCFRI的附加控制策略將系統(tǒng)的SCFRI值維持在50左右,逆變器關(guān)斷角被限制在15°附近,恢復(fù)末期系統(tǒng)SCFRI值較高,后續(xù)換相失敗風(fēng)險(xiǎn)較低。雖然1.5 s時(shí)故障清除不可避免地造成了二次沖擊,但此時(shí)系統(tǒng)SCFRI值較高,因此并未發(fā)生后續(xù)換相失敗。單相電阻性、三相電感性及單相電感性接地故障下,基于SCFRI的附加控制策略的效果驗(yàn)證與分析詳見附錄D。

圖4 三相電阻性接地故障時(shí)基于SCFRI的附加策略效果Fig.4 Effect of additional control strategy based on SCFRI with three-phase resistive grounding fault

3.3.2 基于SCFRI的協(xié)調(diào)限流策略效果驗(yàn)證

設(shè)置逆變側(cè)交流系統(tǒng)1.3 s時(shí)發(fā)生三相接地故障,故障電阻為90Ω,故障持續(xù)時(shí)間為0.2 s。僅采用基于SCFRI的協(xié)調(diào)限流策略,設(shè)定SCFRI0=50。原系統(tǒng)與改進(jìn)后系統(tǒng)的逆變器關(guān)斷角、整流側(cè)直流電流指令值、直流電流、逆變側(cè)換流母線電壓有效值、系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β始癝CFRI分別如圖5所示。

測(cè)試結(jié)果表明,三相電阻性接地故障時(shí),基于SCFRI的協(xié)調(diào)限流策略可以較好地抑制后續(xù)換相失敗的發(fā)生。使用協(xié)調(diào)限流策略后,系統(tǒng)在首次換相失敗后的恢復(fù)階段末期主動(dòng)調(diào)節(jié)了電流指令值,限制了系統(tǒng)的直流電流,保障了恢復(fù)末期系統(tǒng)具有較高的SCFRI,有效抑制了后續(xù)換相失敗。恢復(fù)末期由于協(xié)調(diào)限流策略限制了兩側(cè)直流電流指令值,逆變器無功消耗得到緩解,逆變側(cè)交流系統(tǒng)的電壓恢復(fù)效果相比附加控制更好。由于協(xié)調(diào)限流策略的調(diào)節(jié)手段是限制直流電流指令值,控制速度不如附加控制策略,因此SCFRI存在更明顯的波動(dòng)。單相電阻性、三相電感性及單相電感性接地故障下,基于SCFRI的協(xié)調(diào)限流策略驗(yàn)證詳見附錄E。

3.3.3 基于SCFRI的后續(xù)換相失敗抑制策略驗(yàn)證

設(shè)置逆變側(cè)交流系統(tǒng)1.3 s時(shí)發(fā)生三相接地故障,故障電阻為90Ω,故障持續(xù)時(shí)間為0.2 s。同時(shí)加入基于SCFRI的附加控制策略和協(xié)調(diào)限流策略,兩策略中均設(shè)定SCFRI0=50。同時(shí)使用2種策略的抑制策略效果如圖6所示。

對(duì)比圖4至圖6可知,同時(shí)使用2種策略可以兼?zhèn)鋬烧叩膬?yōu)勢(shì)。改進(jìn)后的系統(tǒng)在恢復(fù)初期直流電流的恢復(fù)速度更快,在恢復(fù)末期有效地限制了直流電流；改進(jìn)后系統(tǒng)在恢復(fù)階段的關(guān)斷角水平相比單獨(dú)使用2種策略都要高（同時(shí)使用最低關(guān)斷角在10°以上,而單獨(dú)使用均在10°以下）,因此2種策略同時(shí)使用可以相互補(bǔ)強(qiáng),具備更好的后續(xù)換相失敗抑制效果。

同時(shí)使用2種策略可以中和兩者的缺陷。同時(shí)采用2種策略后,系統(tǒng)SCFRI水平雖仍存在波動(dòng),但相比僅采用協(xié)調(diào)限流控制策略而言,已有較好改善效果；同時(shí)采用2種策略交流系統(tǒng)電壓恢復(fù)相比僅采用附加控制策略而言,同樣具有更好的表現(xiàn)。

綜上,2種策略可以起到很好的配合作用。首次換相失敗后,系統(tǒng)進(jìn)入恢復(fù)階段,恢復(fù)初期附加控制策略占主導(dǎo)地位,幫助系統(tǒng)快速地恢復(fù)。進(jìn)入恢復(fù)末期,繼續(xù)快速恢復(fù)會(huì)帶來較大的后續(xù)換相失敗風(fēng)險(xiǎn),此時(shí)協(xié)調(diào)限流策略占主導(dǎo)作用,有效限制直流電流,幫助交流系統(tǒng)電壓有效恢復(fù),二者相互配合,共同維持系統(tǒng)的SCFRI保持在較高水平,保證恢復(fù)階段關(guān)斷角始終處于安全范圍,兼顧了系統(tǒng)的初期快速恢復(fù)和末期后續(xù)換相失敗有效抑制。三相電阻性故障情況下?lián)Q流變壓器閥側(cè)電流仿真結(jié)果見附錄F,所提出指標(biāo)、抑制策略的仿真測(cè)試結(jié)果見附錄G。

圖5 三相電阻性接地故障下基于SCFRI的協(xié)調(diào)限流策略Fig.5 Effect of coordinated current limiting strategy based on SCFRI with three-phase resistive grounding fault

圖6 基于SCFRI的后續(xù)換相失敗抑制策略效果Fig.6 Effect of subsequent commutation failure mitigation strategy based on SCFRI

4 結(jié)語

本文分析了后續(xù)換相失敗的機(jī)理,提出SCFRI的概念和基于SCFRI的后續(xù)換相失敗抑制策略,有如下結(jié)論。

1）后續(xù)換相失敗的直接影響因素:直接改變換相過程中所需換相面積與交流系統(tǒng)能提供的實(shí)際換相面積,影響關(guān)斷角大小。后續(xù)換相失敗的間接影響因素:通過影響直接影響因素,間接影響關(guān)斷角大小。

2）所提出的SCFRI可以有效定量評(píng)估系統(tǒng)后續(xù)換相失敗風(fēng)險(xiǎn)。基于SCFRI的2種后續(xù)換相失敗抑制策略均可以有效抑制后續(xù)換相失敗的發(fā)生,同時(shí)使用時(shí)抑制效果更好。

3）非對(duì)稱故障下電壓相位偏移及諧波造成的電壓畸變等對(duì)SCFRI及相關(guān)抑制策略的影響與改進(jìn),以及通信延時(shí)對(duì)協(xié)調(diào)限流措施的影響有待進(jìn)一步深入研究。