1、0 引 言 H V DC电 能 输 送 容 量 大 ， 同 时 兼 顾 传 输 损 耗 低 、 输 电 功 率 调 节 或 反 转 迅 速 灵 活 、 输 电 可 靠 性 高 、 非 同 步 联 络 能 力 强 等 优 点 ， 因 此 在 远 距 离 、 大 区 域 的 电 网 互 联 及 大 容 量 输 电 等 方 面 应 用 广 泛 1 。 我 国 将 形 成 规 模 庞 大 、 形 式 复 杂 的 多 馈 入 直 流 MIDC（ Mu l t i 鄄 In f e e d Di r e c t Cu r r e n t ） 输 电 系 统 2 。 作 为 高 压 直 流 输 电 系 统
2、最 为 常 见 的 典 型 系 统 故 障 ， 换 相 失 败 会 引 起 直 流 电 压 下 降 和 直 流 电 流 短 时 增 大 等 影 响 系 统 运 行 的 不 利 因 素 ； 连 续 的 换 相 失 败 容 易 引 起 直 流 系 统 降 额 运 行 ， 甚 至 造 成 阀 组 闭 锁 或 极 闭 锁 3 。 随 着 规 模 的 增 大 及 直 流 落 点 间 电 气 距 离 的 减 小 ， 受 端 交 流 系 统 故 障 时 ， 可 能 引 起 多 回 直 流 同 时 或 相 继 换 相 失 败 ； 当 交 流 故 障 严 重 时 ， 多 回 直 流 换 相 失 败 的 发 生
3、可 能 导 致 直 流 功 率 传 输 中 断 ， 严 重 威 胁 直 流 系 统 的 安 全 稳 定 运 行 4 。 文 献 5鄄 6 较 为 详 细 地 分 析 了 H V DC系 统 中 逆 变 器 换 相 失 败 的 主 要 影 响 因 素 ， 在 对 其 灵 敏 度 分 析 的 基 础 上 ， 综 合 整 理 了 逆 变 器 发 生 换 相 失 败 的 一 般 规 律 ， 对 换 相 失 败 的 抑 制 或 预 防 控 制 措 施 提 供 了 一 定 的 研 究 基 础 ； 文 献 1 对 于 换 相 失 败 主 要 探 讨 了 其 影 响 因 素 ， 包 括 故 障 后 恢 复 对
4、 换 相 失 败 的 影 响 ； 文 献 7 则 分 析 了 国 内 外 直 流 输 电 系 统 换 相 失 败 相 关 问 题 ， 从 换 相 失 败 的 机 理 、 影 响 因 素 和 判 断 依 据 出 发 ， 探 讨 了 针 对 换 相 失 败 的 预 防 控 制 策 略 ， 并 指 出 研 究 的 主 要 问 题 ， 然 而 由 于 年 限 等 因 素 ， 其 对 单 馈 入 直 流 系 统 换 相 失 败 的 整 理 分 析 亦 不 够 全 面 ， 对 MIDC系 统 的 研 究 较 少 涉 及 ， 与 此 同 时 近 年 来 的 相 关 研 究 现 状 也 值 得 进 一 步 梳
5、 理 。 为 此 ， 本 文 将 从 以 下 方 面 分 析 、整 理 或 归 纳 直 流 输 电 换 相 失 败 相 关 研 究 内 容 。 a . 机 理 分 析 ： 从 换 相 失 败 的 定 义 出 发 ， 根 据 其 最 根 本 的 判 据 ， 即 关 断 角 小 于 固 有 极 限 关 断 角 m in 时 逆 变 器 发 生 换 相 失 败 ， 通 过 逆 变 侧 直 流 及 换 流 母 线 电 压 波 形 来 研 究 有 关 电 气 物 理 量 之 间 的 数 学 关 系 。 同 时 ， 引 述 目 前 用 以 研 究 MIDC系 统 的 基 于 节 点 阻 抗 矩 阵 的 多
6、 馈 入 交 互 作 用 因 子 MIIF（ Mu l t i 鄄 In f e e d In 鄄 t e r a c t i o n Fa c t o r ） 。 b . 影 响 因 素 ： 以 换 相 失 败 机 理 分 析 为 依 据 ， 分 析 和 梳 理 影 响 换 相 失 败 尤 其 是 逆 变 器 换 相 失 败 的 宏 观 影 响 因 素 ， 同 时 简 要 归 纳 目 前 尚 未 全 面 研 究 的 MIDC 系 统 中 换 相 失 败 的 主 要 影 响 因 素 。 c . 判 据 研 究 ： 鉴 于 换 相 失 败 的 固 有 特 点 和 其 众 多 的 影 响 因 素
7、， 换 相 失 败 判 据 研 究 亦 有 多 种 形 式 ， 而 其 应 用 场 合 和 判 定 准 确 性 却 有 差 异 。 d . 处 理 方 式 ： 为 了 尽 量 避 免 或 减 少 换 相 失 败 的 危 害 ， 据 引 发 换 相 失 败 的 故 障 类 型 及 直 接 影 响 因 素 的 不 同 特 征 ， 其 处 理 方 式 从 换 相 失 败 的 抑 制 措 施 和 换 相 失 败 后 的 恢 复 策 略 两 方 面 予 以 归 纳 表 述 。 1 换 相 失 败 机 理 分 析 换 相 失 败 的 定 义 ： 在 换 流 器 中 ， 刚 退 出 导 通 的 阀 ， 在
8、反 向 电 压 作 用 的 一 段 时 间 内 ， 若 其 换 相 过 程 未 进 行 完 毕 或 阻 断 能 力 未 能 恢 复 ， 则 阀 侧 电 压 变 为 正 向 时 ， 被 换 相 的 阀 都 将 向 原 来 预 定 退 出 导 通 的 阀 倒 换 相 ， 这 称 为 换 相 失 败 5 。 就 交 直 流 输 电 系 统 的 整 流 器 和 逆 变 器 而 言 ： 整 流 器 的 运 行 方 式 及 运 行 状 态 使 其 中 电 流 关 断 即 退 出 导 通 的 阀 在 较 长 时 间 内 处 于 反 向 电 压 ； 而 直 流 输 电 系 统 换 相 失 败 故 障 大 都
9、由 逆 变 器 阀 的 工 作 状 况 导 致 8 ， 并 且 在 处 于 同 一 换 流 桥 的 两 阀 同 时 导 通 的 时 间 内 ， 直 流 电 流 短 时 增 大 ， 逆 变 摘 要 ： 分 析 了 直 流 输 电 系 统 换 相 失 败 机 理 ， 介 绍 了 多 馈 入 直 流 （ MIDC） 输 电 系 统 中 与 换 相 失 败 相 关 的 多 馈 入 交 互 作 用 因 子 （ MIIF） ； 通 过 分 析 逆 变 系 统 运 行 时 与 关 断 角 密 切 相 关 的 系 统 参 数 和 电 气 量 ， 归 纳 了 影 响 直 流 输 电 系 统 换 相 失 败 的
10、主 要 影 响 因 素 ； 介 绍 了 用 以 判 断 换 相 失 败 的 主 要 判 别 方 法 ， 同 时 给 出 了 耦 合 阻 抗 、 MIIF及 有 效 短 路 比 判 别 MIDC输 电 系 统 中 不 同 换 流 站 是 否 同 时 发 生 换 相 失 败 的 方 法 ； 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 。 关 键 词 ： 直 流 输 电 ； 多 馈 入 直 流 输 电 系 统 ； 换 相 失 败 ； 逆 变 器 ； 故 障 恢 复 中 图 分 类 号 ： TM 721.1； TM 711 文 献 标 识 码
11、 ： A DOI： 10.3969 j .i s s n .1006 6047.2013.11.025 直 流 输 电 系 统 换 相 失 败 研 究 综 述 袁 阳 1 ， 卫 志 农 1 ， 雷 霄 2 ， 王 华 伟 2 ， 孙 国 强 1 （ 1.河 海 大 学 可 再 生 能 源 发 电 技 术 教 育 部 工 程 研 究 中 心 ， 江 苏 南 京 210098； 2 中 国 电 力 科 学 研 究 院 ， 北 京 100192） 收 稿 日 期 ： 2012 12 03； 修 回 日 期 ： 2013 09 27 基 金 项 目 ： 国 家 电 网 公 司 大 电 网 重 大 专
12、 项 资 助 项 目 课 题 （ SG CC- MPLG 025-2012） ； 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ 51277052， 511鄄 07032， 61104045） Pr o j e c t s u p p o r t e d b y St a t e G r i d Co r p o r a t i o n o f Ch i n a ， Ma j o r Pr o j e c t s o n Pl a n n i n g a n d Op e r a t i o n Co n t r o l o f La r g e Sc a l e G r i d （ SG CC鄄 MPLG 025鄄 2012） a n d t h e Na t i o n a l Na t u r a l Sc i e n c e Fo u n d a t i o n o f Ch i n a （ 51277052， 51107032， 61104045） 电 力 自 动 化 设 备 33 11 No v . 13 第 33卷 第 11期 13年 11月
