逆变器换相失败发生机理及其抑制方法研究

送端交流系统故障引发逆变侧换相失败机理分析及抑制策略史映萍;尹纯亚;李凤婷;韩璐;刘江山;张雨乐
【期刊名称】《电力系统保护与控制》
【年(卷),期】2024(52)10
【摘要】针对送端交流系统故障恢复期间引发逆变侧换相失败的问题,首先,基于交直流系统无功功率交互作用机理及关断角表达式深入剖析了逆变侧的运行特性,阐明了不同故障严重程度下直流电流上升速度与幅值变化规律,得出直流电流在轻微故障下过大的幅值及严重故障下过快的上升速度是导致换相失败的主要原因。

其次,定量计算了不同故障严重程度下的整流器无功消耗量指令值,建立了整流器无功消耗量与直流电流、直流电压的数学关系,据此提出一种基于整流器无功功率控制的换相失败抑制策略。

最后,基于PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了理论分析的准确性以及所提抑制策略的有效性。

【总页数】10页(P54-63)
【作者】史映萍;尹纯亚;李凤婷;韩璐;刘江山;张雨乐
【作者单位】新疆大学电气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM7
【相关文献】
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逆变侧控制策略对换相失败影响的研究
1 换相失败影响
随着新能源发电系统的发展，如风力发电、太阳能发电等新能源
不断涌入网络，调整对网络负荷及功率仿真的复杂性和灵活性日益增长，而新能源中的反向变压器在PV和风电发电系统中经常涉及换相操作。

它的失败不仅会影响发电系统的可靠性和安全性，而且还会影响
反向变压器的正常运行，重新启动换相需要一定的时间，换相失败还
会对有效负荷的变动造成严重的影响，严重时可能会造成短路。

2 逆变侧控制策略
逆变侧控制策略是改善换相失败影响的一种有效方法。

由于换相
失败在普通换相过程中运用最普遍的反向变压器控制策略时很容易发生，而且可能导致负荷变动的异常，因此使用逆变侧控制的主要目的
是通过优化具体的换相策略来改善换相过程中的反向变压器工作性能，以保证正常的换相过程顺利完成并减少变动过程中负载变动量。

3 研究目标
为此，本文旨在探讨逆变侧控制策略对换相失败影响的研究：首先，介绍基于模拟和仿真的反向逆变技术对换相操作中变压器故障和
暂态条件的改善；其次，研究不同的换相策略结果用于换相操作，从
而有效改善换相失败的风险；最后，基于仿真的结果比较不同控制策
略对换相操作改善效果。

4 研究结论
逆变侧控制策略可以有效改善换相失败中变压器损害的风险，从而有效改善反向变压器换相稳定性和换相危险性，最大限度保证反向变压器的正常运行和可靠性。

通过实验和仿真，可以看出逆变侧控制策略对换相失败的影响是显著的，可以有效地提高换相稳定性，并降低换相失败的风险，对网络的可靠性和安全性起到了重要的作用。

换相失败研讨pptxx年xx月xx日contents •换相失败的介绍•换相失败的判断和处理•换相失败的防范措施•换相失败的安全管理措施•结论与展望目录01换相失败的介绍换相失败是指直流电路中，三相或两相负荷电流产生的磁场由于相互作用而使电动机的旋转磁场暂时失去平衡状态，导致电动机旋转方向改变的现象。

换相失败多发生在采用滑环电动机的直流可逆系统中，是直流电动机的一种常见故障。

换相失败的定义换相失败的常见原因机械负载不平衡或机械传动卡死。

转子和定子气隙不均匀或磁通不平衡。

电动机本身故障（电枢短路、断路或接地等）。

电源缺相或绕组接反。

电源电压过低或不平衡。

影响电动机的运行和生产工艺，使生产设备被迫停机或损坏。

引起电网电压波动，影响其他用电设备的正常运行。

产生强烈的电磁干扰信号，对通信设备和电子设备造成干扰。

换相失败的影响02换相失败的判断和处理换相失败的判断换相失败常导致电流出现异常波动，如过载、过流或断流。

电流异常电压异常相位异常机械故障换相失败可能导致电压波动，如过压或欠压。

换相失败可能导致相位波动，如不同步或失步。

换相失败可能伴随机械故障，如电机振动或噪声。

换相失败的处理方法调整与换相相关的控制参数，如触发延迟角或换相重叠角。

调整控制参数检查电机接线是否正确，如相位和旋转方向。

检查电机接线检查机械负载是否过重或存在不平衡，调整负载分布。

检查机械负载若换相失败持续存在，考虑更换电机或驱动器。

更换电机或驱动器处理换相失败时，应确保操作安全，避免直接接触电机和驱动器。

注意安全在处理换相失败时，应记录异常信息以供参考和分析。

记录异常信息处理换相失败时，应了解问题原因并采取针对性措施，避免盲目操作。

避免盲目操作若换相失败情况复杂或严重，应及时联系专业维护人员进行排查和处理。

及时联系维护人员处理换相失败的注意事项03换相失败的防范措施严格按照操作规程进行换相在电力系统中，换相操作具有严格的操作规程和安全要求，操作人员必须认真学习并熟练掌握。

逆变失败及其抑制办法◆逆变失败的概念。

◆逆变失败的原因。

◆安全工作条件与最小逆变角。

◆什么是逆变失败？☞逆变运行时，一旦发生换相失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，由于逆变电路的内阻很小，形成很大的短路电流，这种情况称为逆变失败，或称为逆变颠覆。

◆逆变失败的原因☞触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常配脉冲如脉冲丢失脉冲延时等致使晶闸管不能正常换相。

☞晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。

发生故障该断时不断或该通时不通☞交流电源缺相或突然消失。

☞换相的裕量角不足，引起换相失败。

有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）◆考虑变压器漏抗引起重叠角对逆变电路换相的影响☞以VT 3和VT 1的换相过程来分析，在β>γ时，经过换相过程后程后，a 相电压u a 仍高于c 相电压u c ，所以换相结束时，能使VT 3承受反压而关断。

☞当β<γ时，换相尚未结束，电路的工作状态到达自然换相点p 点之后，u c 将高于u a ，晶闸管VT 1承受反压而重新关断，使得应该关断的VT 3不能关断却继续导通，且c 相电压随着时间的推迟愈来愈高电动势迟愈来愈高，电动势顺向串联导致逆变失败。

☞逆变角β不能太小。

◆确定最小逆变角的依据'minθγδβ++=βmin ☞逆变时允许采用的最小逆变角β应等于1. δ为晶闸管的关断时间t q 折合的电角度,约4°~5°2. 为换相重叠角，根据换相重叠表格计算γ为换相重叠角根据换相重叠表格计算3. θ'为安全裕量角(针对脉冲不对称)约取为10°。

◆设计逆变电路时minββ≥本节要点一、逆变失败的含义和原因二、最小逆变角的限制。

高压直流输电换相失败原因及对策摘要：换相失败在高压直流输电系统中时常发生，短时间内的换相失败不会造成严重后果，但长时间多次换相失败将导致直流系统停运。

造成换相失败的常见原因主要有:(1)交流侧系统异常，比如电压跌落、电压波形畸变等;(2)换流阀触发脉冲丢失;(3)直流电压、电流异常。

关键字：高压直流输电；换相失败；原因及对策1换相失败基本原理换相失败是直流系统常见的故障之一，一般单次换相失败仅会导致短暂的功率中断，其对系统影响不严重，只有发生连续换相失败可能引起直流闭锁。

换相失败一般都发生在逆变站，当逆变侧换流器两个桥臂之间换相结束后，刚退出导通的阀在承受反向电压的时间内，如果换流阀载流子未能完成复合并恢复正向阻断能力，或在反向电压持续期间未能完成换相，此时当阀两侧电压变为正向后，预定退出的阀将发生误导通，从而引起换相失败。

换相失败的特征是:(1)关断角小于换流阀恢复阻断能力的时间(大功率晶闸管约0.4ms);(2)6脉动逆变器的直流电压在一定时间下降到零;(3)直流电流短时增大;(4)交流侧短时开路，电流减小;(5)基波分量进入直流系统。

2换相失败保护原理保护功能测量换流变阀侧Y绕组和D绕组的电流以及直流电流IDP和IDNC。

一个6脉动桥换相失败的明显特征是交流相电流降低，而直流电流升高。

换相失败可能是由一种或多种故障，如控制脉冲发送错误、交流系统故障等引起的。

阀的误触发或触发脉冲丢失会导致其中一个6脉动桥的连续换相失败;交流系统干扰会导致两个6脉动换流桥的连续换相失败。

对于一个6脉动阀组的持续换相失败和12脉动阀组的持续换相失败，保护分别经过不同的延时跳闸。

换相失败动作后果:单桥换向失败动作后果为请求控制系统切换;X闭锁;极隔离;跳交流断路器;起动断路器失灵保护;锁定交流断路器;启动故障录波。

双桥换相失败动作后果为请求控制系统切换;Y闭锁;极隔离;跳交流断路器;起动断路器失灵保护;锁定交流断路器;启动故障录波。