第45卷第7期 2017年7月
华南理工大学学报（自然科学版）
Journal of South China University of Technology
(Natural Science Edition)
Vol.45 No. 7
July 2017
文章编号：l〇〇〇-565X(2017)07-0033-08
考虑时空离散性的高压直流输电系统换相失败
评估方法+
蔡泽祥杨欢欢余超耘李晓华
(华南理工大学电力学院，广东广州510640)
摘要：直流输电系统换相失败的特性随交流故障合闸角和故障位置的不同而不同，目前只考虑换流母线电压幅值跌落的直流系统换相失败判别方法准确性不高.文中研究了 换相失败的时空离散性，分析了故障合闸角对换相失败的影响过程，指出最不利于换相的 故障时刻，并且揭示了故障位置对换相失败的影响主要源于故障点与直流逆变母线之间 电气距离和相位的差异.基于对换相失败时空离散性的分析，提出了同时计及电压幅值与 相位变化的熄弧角判据和以此为基础的换相失败评估方法.以南方电网三节点AC/D C系统为背景，通过与PSCAD/EMTDC、BPA仿真结果的对比验证了该评估方法的有效性和实 用性.
关键词：高压直流输电；换相；时空离散性；电压幅值;相位变化；總狐角；评估方法
中图分类号：TM711 doi：10. 3969/j.issn.1000-565X.2017.07. 005
近年来，我国电网发生了多起交流故障引发直流换相失败、甚至多回直流同时换相失败的事故[16]，严重情况下甚至导致直流闭锁.直流闭锁 造成的功率扰动可能给受端交流系统带来稳定性 问题[7]，构成电网安全稳定运行的新约束.因此，有必要对换相失败的机理和评估建立系统的认识[8—10].
换相失败的准确判别是换相失败评估的基础. 目前，换相失败的判别方法主要有两种.一种是基于 PSCAD/EMTDC等电磁暂态仿真软件对换相过程进 行详细建模，通过监测阀电流来判别直流是否换相 失败;该方法较为精确，但耗时长，特别对于大规模 的系统，效率极低.另一种是在BPA等机电暂态仿 真软件中通过换流母线电压幅值或熄弧角进行判 别[1146].工程上就常以故障后换流母线电压幅值跌 至稳态值的80%作为换相失败的判据.至于熄弧角判据，由于其计算方程只考虑了电压幅值的跌落，因而与电压判据本质上是一致的.
根据大量的现场故障录波和仿真实验，造成同 一直流换相失败的交流故障无论在时间、空间或类 型上都具有离散性，而且在不同故障条件下，直流发 生换相失败的临界换流母线电压幅值水平存在差 异[1719].这说明，只考虑电压幅值因素的换相失败 判据不够准确.出现上述情况的原因是，交流故障的 时空条件差异导致换流母线电压幅值与相位的变化 情况均不相同，而电压的幅值与相位共同影响着熄 弧角的大小.因此，换相失败的判别需要同时计及电 压幅值与相位变化两个因素.
本研究针对换相失败的时空离散性展开研究，分析了不同故障合闸角和故障位置导致直流换相失 败特性存在差异的机理，揭示了换相失败时空离散 性的产生机理;在此基础上，提出一种适用于交直流
收稿日期：2016-08-02
*基金项目：国家自然科学基金资助项目（51377059)
Foundation item：Supported by the National Natural Science Foundation of China(51377059)
作者简介：蔡泽祥（I960-)，男，教授，博士生导师，主要从事电力系统保护、控制与自动化研究.E-mail:epzxcai@ scut. edu. cn