抑制直流連續(xù)換相失敗策略分析概述造成直流輸電系統(tǒng)連續(xù)換相失敗的原因是多方面的，本文僅以電壓跌落幅值為直流連續(xù)換相失敗的主導(dǎo)影響因素，把熄弧角作為連續(xù)換相失敗的判斷依據(jù)。通過分析不同場景下直流系統(tǒng)的無功需求，結(jié)合換相失敗恢復(fù)過程中的電壓、熄弧角等電氣量的變化規(guī)律和特性，預(yù)測連續(xù)換相失敗場景的發(fā)生；然后分析并網(wǎng)點有功功率、無功功率和熄弧角之間的邏輯關(guān)系，以直流輸電系統(tǒng)逆變側(cè)換流母線電壓作為控制對象，利用光伏逆變器調(diào)相運行能力對并網(wǎng)點進行無功補償，維持并網(wǎng)點的電壓穩(wěn)定。圖4.2光伏抑制連續(xù)換相失敗控制策略框圖基于光伏電站調(diào)相運行抑制直流換相失敗的流程如圖4.2所示。監(jiān)測直流系統(tǒng)逆變器側(cè)的熄弧角，判斷直流系統(tǒng)是否發(fā)生了換相失敗。如果系統(tǒng)出現(xiàn)換相故障，切換光伏逆變器的工作模式，以確保其具有一定的無功補償能力。光伏逆變器提供動態(tài)無功功率支持，改善受端交流電網(wǎng)的電壓從而達到穩(wěn)定直流逆變器側(cè)的母線電壓的效果。當(dāng)直流電壓恢復(fù)正常時，光伏逆變器恢復(fù)正常工作，直流輸電系統(tǒng)無功需求與受端電網(wǎng)無功補償平衡，以達到抑制第二次換相失敗的效果。光伏電站所包含的逆變器具備良好的調(diào)相運行能力，對其進行有效開發(fā)及利用，可以隨時向電網(wǎng)提供無功功率支撐，同時，也可為減少動態(tài)無功補償設(shè)備的配置，降低光伏電站的建設(shè)成本。光伏逆變器無功輸出控制方法原理如圖4.3所示。圖4.3光伏逆變器的無功控制策略當(dāng)光伏并網(wǎng)接入點檢測到逆變器側(cè)的熄弧角已降至7°以下時，光伏逆變器切換工作模式以向電網(wǎng)輸出無功功率。該控制的無功補償計算功能如圖4.3所示，將監(jiān)控接入點的實時電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓之間的差乘以壓降系數(shù)，然后比較實時無功功率。該部分構(gòu)成功率外環(huán)控制部分。比較獲得的ΔQ注入電流內(nèi)環(huán)控制鏈接。通過電流控制獲得參考電壓，經(jīng)過dq/abc轉(zhuǎn)換后獲得三相參考電壓。最后，通過PWM轉(zhuǎn)換得到光伏逆變器開關(guān)管的柵極驅(qū)動模型，以控制逆變器的輸出功率。直流系統(tǒng)的無功特性可以利用換流器的穩(wěn)態(tài)方程進行表示：(4-2)(4-3)式中，和分別為直流電壓和電流，和分別為有功功率和無功功率，為理想空載直流電壓，為串聯(lián)的橋數(shù)，為換流變壓器變比，為換相電抗，表示高壓側(cè)母線線電壓有效值，表示逆變側(cè)熄弧角。根據(jù)光伏逆變器的功率解耦控制原理，通過有功無功電流給定值的設(shè)定就可以控制光伏逆變器輸出的有功無功功率。光伏逆變器分別工作在兩種工作模式下，利用光伏逆變器調(diào)相運行能力改善受端交流系統(tǒng)電壓，強化交流系統(tǒng)強度，提升動態(tài)無功支撐能力，抑制直流輸電系統(tǒng)的連續(xù)換相失敗。在換相失敗故障后的恢復(fù)過程中，換流器還需吸收大量的無功功率，因此，受端電網(wǎng)需要持續(xù)提供足夠堅強的電壓支撐，而多回大容量直流將給受端交流電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來挑戰(zhàn)。多饋入直流系統(tǒng)輸送容量更大，受端系統(tǒng)具有更復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，直流側(cè)、交流側(cè)和交直流間的交互影響作用更為突出。由于多條線路落點于同一近區(qū)的交流電網(wǎng)，受端系統(tǒng)接納的功率更大，交直流系統(tǒng)間的相互作用將更強。這使得多饋入系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定問題變得更為突出和復(fù)雜，這也是當(dāng)前我國部分地區(qū)的電網(wǎng)長期存在“強直弱交”現(xiàn)象的癥結(jié)所在，因此系統(tǒng)面臨特高壓交流、直流以及交直流混聯(lián)等多種送出和饋入方式，如何協(xié)調(diào)上述各類無功源和直流系統(tǒng)的無功控制值得深入研究。觀察近幾年全國大電網(wǎng)的運行情況，引起無功電壓發(fā)生大幅波動的原因主要有：1）受端系統(tǒng)消納外來電力比重過大；2）主網(wǎng)架的電壓支持能力不足；3）負(fù)荷的峰谷差加大；4）電力供應(yīng)的緊張使得主要輸電通道輸送功率更大。對于大容量直流落點，尤其是多回直流落點系統(tǒng)，其發(fā)生電壓安全穩(wěn)定的主要原因是：交流系統(tǒng)故障導(dǎo)致的直流母線低電壓進而引發(fā)直流系統(tǒng)閉鎖、受端系統(tǒng)負(fù)荷突然增加或者輸電通道發(fā)生故障引起的功率轉(zhuǎn)移。因此，考慮到動態(tài)電壓的穩(wěn)定性，對大容量交直流混合區(qū)域進行無功電壓協(xié)調(diào)優(yōu)化控制研究，解決在哪些電壓節(jié)點進行補償、補償什么類型的無功設(shè)備、補償多少容量等問題，是決定交直流電網(wǎng)能否安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。站在輸電方式層面，亟待結(jié)合電網(wǎng)“強直弱交”現(xiàn)狀，根據(jù)事故場景不同分別研究超/特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)中的多時間尺度無功電壓預(yù)防-緊急協(xié)調(diào)控制方法。為了分析復(fù)雜多源混聯(lián)電網(wǎng)的無功電壓問題，需要從多源無功時空分布特性、無功電壓預(yù)防控制和緊急控制三個層面，提出交直流混聯(lián)系統(tǒng)無功電壓多時間尺度控制方法。圖4.4給出了多饋入復(fù)雜系統(tǒng)無功電壓控制的整體框架。圖4.4基于光伏電站調(diào)相運行抑制直流連續(xù)換相失敗控制方法滿足交直流大電網(wǎng)電壓穩(wěn)定評估要求的多無功源模型的建立是整個方案實現(xiàn)的基礎(chǔ)?？紤]到換流站近區(qū)多無功源的存在，較近的電氣距離使得這些無功源參與混聯(lián)電網(wǎng)無功電壓協(xié)調(diào)的可能性增加，并需要對各類無功源的控制特性和運行特性（包括響應(yīng)時間和補償容量）進行分析。其中，火電機組及廠用電系統(tǒng)的模型可以通過不同有功、無功運行工況采集機組運行的參數(shù)（包括廠用電），和廠用電負(fù)載與機組實際運行工況之間的關(guān)聯(lián)性來建立，基于建立的仿真模型，可以挖掘機組的進相能力；光伏電站和換流站的逆變器具有相同的換流原理，因此，逆變器的動態(tài)模型和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)可以根據(jù)工程實際數(shù)據(jù)和半控型晶閘管模型建立，其無功調(diào)