PDF《背靠背换流站换相失败仿真分析》

2 Id XC UV +c o s β ? è ? ? ? ÷ (

1 ) 式中: Id 为直流电流;

XC 为换相电抗,若假设换流器交流母线装有完善的滤波装置使得交流电压不畸变, 则XC 即为折算到阀侧的换流变压器短路阻抗;

UV 为换流变压器交流系统侧电压直接折算到阀侧的电压, 不包括换流变压器的压降;

β 为越前触发角. 当逆变侧交流系统发生不对称故障时,交流线电压的过零点将会移动,设过零点的相位偏移为φ,则: γ=a r cc o s

2 Id XC UV +c o s β ? è ? ? ? ÷ -φ (

2 ) 若过零点前移, γ 会变小,所以逆变侧更易发生换相失败. γ 和β 之间的关系为 γ= β-μ (

3 ) 式中: μ 为换相角. 实际运行时,由于串联联接的晶闸管之间的电压不平衡、器件特性的变化以及安全裕度等因素的影 响, γ 角的整定值通常要比晶闸管实际需要的关断角γm i n 大一些. 一般γ 角的整定值为1

8 ° 左右,如果是按 恒电压运行的逆变器, γ 角的整定值可取得再大一些,为2

2 ° 左右. 由直流输电的控制器决定的越前触发角β 与触发滞后角α 的关系为 β=1

8 0 °-α (

4 ) 换相角μ 决定于多个因素,交流系统对称时其计算式为 μ= β-a r cc o s

2 Id XC UV +c o s β ? è ? ? ? ÷ (

5 ) 从(

5 ) 式可以看出, μ 的值由4个变量决定,其中: β, Id, UV 是系统运行时的状态量,在运行时是可变的;

XC 是装置的特征参数,可以认为在系统运行时是恒定的. 交流系统故障将导致逆变侧交流母线电压下降,故障发生地点与逆变站间的电气距离、系统运行方式 等决定电压下降的幅度. 阀侧电压下降将使μ 增大,电压下降是瞬时性的,此时直流输电系统控制器还来 不及将β 增大,即β 的值还是原来的初始值,由(

3 ) 式知, γ 的值将减小,故障瞬间γ 将从原来的初始值1

8 ° 跌至换相失败的临界值γm i n以下,而发生换相失败.

2 换相失败过程分析 图1为换流器逆变状态等值电路. 如果越前触发角β 过小,则逆变侧换相未结束就会出现换相失败过程. 假设图1中阀1向阀3换相失 败,该过程中电压和电流波形见图2. 图1 换流器逆变状态等值电路 图2 逆变侧换相失败过程 在阀1向阀3换相的过程中,通过阀1的电流逐渐减小,而通过阀3的电流逐渐增大. 如果阀1中的电 流在换相电压过零点之前未能减小到零,则它不能关断. 当Ub a 过零点之后,正向电压又将作用于阀1,此2西南大学学报( 自然科学版) h t t p : / / x b b j b . s w u . e d u . c n 第3 8卷 时阀3中的电流会倒换相到阀1,倒换相结束后,阀3关断,而阀1将会继续导通,这就造成一次换相失败. 还有一种能导致换相失败的情况. 从阀1向阀3的换相过程中,如果触发阀3时越前角不够大,或者换 相角过大,致使换相结束后,阀1的关断角比关断所需要的角度( 时间) 小,则在阀1元件中还会存有剩余 载流子. 当正向电压作用时,即便不加触发阀1也会再次导通,阀3已取得的电流又将倒换相到阀1. 倒换 相完成以后,阀3关断,仍会由阀1和阀2导通逆变桥,这也是一次换相失败. 逆变器直流电流在故障过程中之所以保持不变,是因为假定了直流电抗器具有无限大的电感值. 事实 上,考虑到直流电抗器的电感值不可能为无限大的值、线路上有电容、整流器定电流调节装置的时延问题 等因素,直流电流是逐渐增大的. 流经逆变器的直流电流在一次换相失败之后将变大,故有可能造成下一 次的换相也会失败,比如在阀3换相失败后,接着又发生阀2对阀4的换相失败. 图3 等值电路