摘要
随着我国“强直弱交”格局的逐步深化，高压直流输电系统发生换相失败进而危及电网安全的问题不容忽视。交流侧系统发生故障是导致直流系统发生换相失败的重要原因之一。深入研究交流故障检测技术，提高故障检测的快速性和准确性，及时根据不同故障类型及严重程度采取相应的控制保护措施，可有效提高直流换流站的故障穿越及故障支撑能力。 本文首先介绍了高压直流输电系统极控制级中各控制环节的基本原理，接着将目前主流的高压直流输电系统交流故障检测技术及选相技术进行了分析，并通过仿真测试对比了各检测方法的效果。 交流不对称故障下，换相电压的相位偏移会引起实际触发角偏移，当实际触发角大于指令值时，很可能导致换相裕度不足而引发换相失败。针对此问题，本文计算了交流单相短路接地故障下的最大换相电压相位偏移量，提出了基于换相电压相位补偿的后续换相失败抑制方法。该方法可以快速检测单相故障发生相，计算出锁相环输出相位与偏移量最大的换相电压相位之间的差值，并取最大相位误差量对锁相环输出的同步相位进行修正。在PSCAD/EMTDC中基于CIGREHVDC高压直流标准测试模型与贵广Ⅱ回直流输电工程模型进行了仿真测试，结果表明所提的方法在逆变侧弱系统及强系统中均能有效提高发生单相故障后的后续换相失败抵御能力。 交流对称故障时，换流站与交流系统之间可能出现大幅无功功率波动，不利于系统的恢复，甚至导致高压直流输电系统发生后续换相失败。因此，本文分析了三相故障下逆变站无功功率随直流电流与关断角变化的趋势，对准稳态下关断角、直流电流及无功功率的可运行范围进行了解析，并提出了一种基于逆变站动态无功控制的后续换相失败抑制方法。该方法通过对整流侧低压限流单元参数进行整定，并且在逆变侧根据测得的交流母线电压及直流电流实时计算关断角指令，对三相故障下逆变站的无功功率进行控制。仿真验证结果表明所提方法能够有效提升系统的故障支撑能力，降低系统发生后续换相失败的概率。 最后对上述研究工作进行总结，对高压直流的故障检测及换相失败抑制方法研究工作提出了展望。
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