交直流混合运行系统中的换相失败研究

随着全国联网工作的深入开展,近年来越来越多的高压直流输电工程投入运行。长距离大功率的直流输电促使人们重点关注交直流混合运行的系统安全性。换相失败是高压直流输电系统的一种故障,其发生的主要原因是逆变侧交流系统故障引起换相电压下降。某些情况下换相失败可能自行恢复,但连续换相失败可能引起直流输电系统闭锁,甚至危及整个系统稳定,造成更大危害。交直流混合运行系统中,电压崩溃和控制引发的电压振荡都会造成逆变器永久换相失败。研究高压直流输电系统的换相失败,并提前采取措施避免整个系统灾难性后果,有着非常重要的现实意义。 本文归纳了换相失败发生的微观机理和过程,研究了晶闸管反向恢复过程。用分段函数描述了晶闸管在换相过程中和反向恢复过程中的电流变化。 直流输电系统换相失败主要是由于交流系统发生故障或扰动使得换相电压降低引起的。交流系统强度由短路比刻划。直流电流的上升、换流变压器漏电抗较大、关断角或越前触发角整定值过小也会导致换相失败的发生。其他因素,如换相电压过零点漂移、交流频谱特性等对换相失败也有影响。本文用天广直流输电系统做了实例分析。 本文选出了适用于换相失败故障小波变换的小波函数。小波函数的正交性、支集、正则度、消失矩和对称性等特性均会对换相失败信号的小波变换产生一定影响,但主要的影响因素是消失矩的大小。对比分析了天广直流输电系统正常电压信号和实际故障录波的换相失败信号的小波变换结果,表明db10小波是最适合的小波函数。 本文提出了一种新型的基于小波香侬熵的换相失败模式识别方法。该方法仅利用逆变侧交流母线电压作为输入信号。首先将交流电压信号进行小波分解,得到不同尺度的细节系数和相似系数。计算细节系数的模极大值进行故障时间定位。从细节系数和相似系数提取特征矢量表征换相失败故障,并对比正常信号将其标准化。该方法采用特征矢量间的欧氏距离作为聚类度量。距离最小的两个矢量认为归属同一聚类,据此完成故障类型识别。对提出的算法编制了程序,并采用MATLAB/SIMULINK提供的12脉冲高压直流输电系统模拟故障信号,证明所提出的故障识别方法结论准确,可靠性高。 本文对定电流控制和定功率控制进行了比较,研究了高肇直流输电系统的直流控制策略。采用NETOMAC程序对系统稳定情况进行了详细模拟。结果显示控制系统各环节参数选择恰当时,两种控制模式下电网的稳定水平相当。模拟计算结果还表明直流调制可以提高系统稳定性。