电网中避免换相失败和防止过电压的专利分析

电网中避免换相失败和防止过电压的专利分析

程艳婷

国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心 广东广州 510555

摘要

换相失败指换流阀在电压反向时未恢复阻断能力而继续保持导通的线性，其多发生在逆变侧。换相失败只要由逆变侧故障、交流侧故障、阀换相电压下降、直流电流增大、熄弧角设置较小等因素引起，换相失败的检测主要有熄弧角判据和最小电压降判据方法。多馈入直流系统故障后可能致使故障附近的某个换流器或多个换流器同时发生换相失败，利用换相失败免疫因子可衡量直流系统的换相安全水平，为了提高多直流落点地区的电压稳定性可通过装设动态无功补偿装置、采用有效的控制策略以及设计合适的直流系统拓扑结构，改善换相失败问题。现有技术中，为了稳定控制电压，防止出现过电压，也采用了一系列的技术手段。

关键词 电网 换相失败 过电压

0 引言

全球互联互通的电网，分布地域广且规模庞大，电网形态也将发生巨大变化。运行方式灵活多变，受外部环境、极端灾害天气等影响，电网运行特性及其复杂。电网的安全控制与保护涉及电网每一个节点，同时又互相影响，需要对保护控制装备设计、多装置间配合及定值整定原则等方面进行统一，形成全球互联电网安全控制与保护的系列标准。现有技术中为了避免和防止换相失败，主要是在算法和硬件上来对系统进行改善。为了稳定控制电压，防止出现过电压，也采用了一系列的技术手段。

1 避免换相失败

在算法上，比如以最小熄弧角为换相失败判断标准，利用临界故障阻抗边界，经简单计算，快速准确地判断故障时引起直流系统换相失败的交流系统区域，简化了换相失败的判定过程的同时提高了判断方法的准确性，如前文CN103812129 A文献中公开的内容。再比如综合各交流节点免疫指标的均值以及均衡程度定义整体免疫指标，进而通过PAM聚类算法以及定义的整体免疫指标对电网整体免疫水平进行分析评价，如前文CN108521138 A文献中公开的内容。

在硬件上，比如使用一种混合直流输电换流器，不需要或需要较少的无功补 偿装置，在直流系统逆变侧所接的交流电网有扰动或故障时提供一定的直流电压 和逆变提供一定的交流电压支撑来防止换相失败，在直流故障时防止逆变侧交流 系统向直流系统注入故障电流。同时具有损耗较低、通过跨接的旁通开关能够接入无源交流系统和具备功率反送功能。比如使用的混合直流输电系统中结合LCC和MMC的各自优点并克服各自缺点：利用MMC的有功无功独立调节能力来调节交流电压，从而增加LCC的最大传输有功功率能力并减小其换相失败的可能；再比如将逆变侧换流站中的部分逆变侧LCC替换成逆变侧VSC，使逆变侧换流站由逆变侧LCC和逆变侧VSC混合构成，逆变侧换流站综合了逆变侧LCC和逆变侧VSC的优点，因此，在直流输电系统远距离大功率输电过程中，能够明显降低逆变侧换流站对交流系统的依赖，降低了逆变侧换流站换相失败的风险。如前文CN104578130 A、CN104967141 A、CN105140949 A、CN205489555U文献公开的内容。

2 防止过电压

现有技术中，为了稳定控制电压，防止出现过电压，主要采用的技术手段有：比如将直流输电系统分为主站模式和从站模式，以无偏差接管为主选方法， 有偏差接管为备选方法，保证直流电压主控站故障后，剩余换流站可以继续稳定运行，提高系统可靠性；或者在整个恢复过程中不需要进行站间通讯，不需要断路器配合，换流站在直流短路故障结束后能够快速、稳定的恢复直流电压。再比如，根据获取单元获取直流（DC）电压确定状态量的相关模拟，并判断混合直流电力传输系统中是否发生故障，有效处理混合直流输电系统中逆变侧逆变换流站所连接的交流电网发生故障时所引起的直流过压问题，可以在故障期间有效的保持直流侧电压在可控范围内。再比如，充分利用混合双馈入直流系统中VSC-HVDC系统对交流母线电压的支撑能力，针对LCC-HVDC因故障闭锁后导致系统无功功率过剩的工况，通过接收检测环节的使能信号，调节VSC内环电流的参考值，使VSC换流器在LCC-HVDC发生闭锁故障时，能够通过适当降低d轴参考电流幅值以降低VSC-HVDC输出的有功功率，提高q轴电流参考值以增强VSC-HVDC对交流母线电压的支撑能力。通过本发明所提出的无功电压紧急控制方法，最大程度发挥VSC-HVDC无功功率调节能力，可有效抑制混合双馈入直流系统中LCC-HVDC发生闭锁故障时系统的暂态过电压现象。如前文CN102969733 A、CN105406499 A、CN106953347 A、CN107276109 A、CN204668938U文献公开的内容。

3 结束语

随着高压直流工程的推进，电网安全运行受到了新的考验。特高压直流跨区送电工程运行可能发生换相失败或闭锁故障，故障期间将会造成送端换流站近区暂态电压升高或者降低，容易引起大规模脱网事故。电网方面的专利申请为电力系统的安全运行水平和消纳能力打下了良好的基础。

参考文献：

[1] 贾伟主编. 电网运行与管理技术问答[M]. 2007

[2] 刘振亚. 全球能源互联网标准体系研究 2018[M]. 2018

[3] 国网甘肃省电力公司电力科学研究院编. 电研印象 忆·甲子辉煌[M]. 2019 作者简介：程艳婷（1986）女，汉族，籍贯河南焦作，职称中级职称，主要研究方向是电连接器专利审查