谐波对多馈入直流输电系统换相失败的影响
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2017年
2月
电工技术学报
Vd.32 No. 3
第 32
卷第 3
期 TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Feb. 2017
谐波对多馈入直流输电系统换相失败的影响
王玲1 文俊1 李亚男2刘婷婷1 赵国鹏1
(1.华北电力大学电气与电子工程学院北京102206
2.国网北京经济技术研究院北京102209)
摘要从换相失败的产生机理出发，分析出谐波引起换相失败的根本原因，提出了电压时间面积
的分析方法，同时定义并计算出了 5、7、11、13次主导谐波分别导致换相失败时的换相失败临界偏移
角和临界比例系数。以实际上海多馈入直流输电系统为例，通过电网等效谐波模型及
Ward等值算法，
利用Madab
计算出背景谐波造成的直流接入点电压偏移量，给出各谐波引起换相失败的临界条件并进
行了仿真验证。最后提出了直流工程中防止谐波引起换相失败应满足的条件。所得结论对于交直流电
网的规划与运行有实际参考作用。
关键词：多馈入直流输电系统谐波干扰关断角换相失败临界比例系数Ward
等值
中图分类号：
TM712
The Harmonic Effects on Commutation Faliure of Multi-Infeed Direct Current
Transmission Systems
Wang Ling1 Wen Jun Li Yanan Liu Tingting1 Zhao Guopeng1
(1.
School
of
Electrical
and
Electronic
Engineering
North
China
Electric
Power
University
Beijing 102206
China
2.
China
State
Power
Electric
Research
Institute
Beijing 102209
China)
Abstract
The
fundamental
reason
of
the
commutation
failure
caused
by
harmonics
is
analyzed
based
on
the
mechanism
of
commutation
failure.
This
paper
presents
a
method
of
voltage
time
area,
meanwhile
defines
and
calculates
the
commutation
failure
critical
deviation
angle
and
critical
proportion
coefficient
of 5
th, 7
th, 11
th，
13
th
order
dominant
harmonic.
In
addition,
the
actual
example
of
Shanghai
power
grid
is
given,
then
through
equivalent
harmonic
model
and
Ward
equivalent
algorithm
of
power
network,
voltage
deviation
of
the
DC
access
point
caused
by
background
harmonic
and
the
critical
condition
of
commutation
failure
can
be
calculated
by
Matlab
software,
all
the
results
are
checked
by
simulation.
Finally,
conditions
of
preventing
commutation
failure
caused
by
harmonic
in
engineering
are
proposed.
The
conclusions
have
a
practical
guiding
role
on
planning
and
operation
of
AC/DC
power
grid.
Keywords
：
Multi-infeed
direct
current
transmission
system,
harmonic
interference,
extinction
angle,
the
commutation
failure
critical
proportion
coefficient,
Ward
equivalent
method
〇引言
多馈人直流（
Multi-Infeed
Direct
Current，MIDC )
输电系统是在单馈人直流输电基础上产生的，随着西
电东送和全国联网战略的实施，目前，我国已形成两
国家高技术研究发展计划（863计划）资助项目（2015 AA
050102)
收稿日期2016-01-07改稿日期2016-03-18个含有超大规模多馈人直流输电系统的电网，华东电
网和广东电网[1_3]。
MIDC输电系统直流总输送功率大，运行方式灵
活，然而由于多回直流通过同一交流系统实现互连，
各逆变站电气距离相对较近，电气耦合紧密，而每个
逆变器都是一个巨大的谐波源，所以谐波不仅对受端
交流系统产生谐波干扰，同时通过交流系统产生相互28电工技术学报jOlTjgjJ
影响。-g-回直流发生换相失败，且没得到有效的
控制，可能会导致多威食流运行西难，甚至相继换相
失败而闭锁，最终导致直流传输功率大幅度下跌3，影
响交流甩网的频率■定
在对多馈人换柑失败的研究中，文献[4 ]_通：过换
相失败免疫因子（
CTII)、多馈人短路比（
MISCR)和多
馈人相亙作用因子（MIIF)来衡量直流系统对本地和同
时换相失败的免疫程度；文献[5]提出了一种基于临
界多馈人交里爾子(CMIIF)判断多馈入直流系统换相
失败的快速方法；文献[6]分析了电压畸变是导致
MIDC输电系统发生异常换相失败的根本性的原因；
文献[7 ]介绍了判断换相失败的主要方法并总结了换
相失败的抑制措施以及换相失败后系统的恢复策略
综上所述，以往的研究中针对换相失败的影响因素展
开了探人的分析验怔，但均未涉及谐波对换相失败的
影响文献[8]举例说明峡一广东直流发生的一
次换相失败与电压畸变有关，与控制系统无关；文献
1[9]提出了 |皆波是导致后续换相失败和直流系统故障
过程中功率波动的主要.原因:13但仅针对单
M直流输电
系统，并未得出导致换相失败的各影响因素的临界条
件，也并未考虑
MIDC输电系统中谐波的传递
本文从换相失败的机理出:发.，提.出电压时间■积
的谐波分析方法，定义并定量计算了5、7、11、13次
谐波导致换相失畋的换相失败临界比例系数、临界偏
移角及临界单次谐波电流含有率再通过电网等效谐
波模型以及Ward等值算法计算出J：海电网中四回逆
变姑在不词谐波频率下的节点阻抗矩阵，并利用
Matlab软件计算出各直流逆变站发生临界换相失败时
的临界谐波电压及临界谐波电流含有率，从而得出结
论：谐波对MIDC输电系统换相失败的影响中，低次
谐波电流在系统中的流动及相互作用是导致本站及其
他各站发生换相失败的主要原H。
1 MIDC输电系统及其换相失败换相'失败
隱:1多馈入宣就输_电系统
Fig. 1 MIDC transmission systems
换相失败的本處是换流阀的关断角
7过小计及
大雜率_晶_丨甸_智恢复.疋向电阻断能力的时间（约为
400叫）以及晶闸管串联之后提高抗扰能力的需要，
直流1
C程一般认为关断角小于最小关断角（
ymi„ = 13°)
时，逆变器发生换相失败[3''
MIDC输电系统发生换相失败的危害包括换流阀
寿命缩短、换流变压器1：流偏磁及逆变器侧弱系统过
电压等不良后果，若换相失败没有得到有效的控制，
还会引发后继的连续换相失败，导致多画直流运行困
难，甚至相继闭锁停运
s
MIDC输电系统中逆变站
f的关断角为
M
Ji=arccos
+ cos/?.
式中，逆变姑〖的换流母线电压
f/;可表示为⑴
=uN
xiN+
(2)
当两回及以上
m高压遒流输电落点于同一交流系
统时，由此形成的直流输电系统称为
MIDC输电系统,
诶交流系统称为會有
MIDC系统的电同，但含
MIDC
系统及所接人交流系统的互连系统统称为多馈人交直
流输电系统作馈人重流输电系统如图1所示，交
流系统之间的相互影响通过销合阻抗表征
D
在逆变器中，刚完成换相的换流衡如果在尚未恢
复其阻断正向电压的能力之前换相电压变为正,，则该
阀将童新导通，并与接班阀童新换相，这种现象称为式中，下标
i代表第
i回直流；
t为换流变压器变比;
为等效电抗；4为直流电流；为超前触发角；4
为交流系统等效电抗„
由式(!）和式(2)可知：等效电抗、
s；
i旗电流、换
流母线电压、超前触发角及交流阻抗都晈为了逆变站
发生换相失败的影响因素。除此以外，影响
MIDC输
电系统换相失败的因素还包括交流系统故障、站间电
气耦合强度、交流系统强度、1：流功率输送水平以及
直流控制器参数等〇
