Analysis of Commutation Voltage-Time Area and Firing Angle Correction Strategy for HVDC Under Harmonic Influence

WANG Juanjuan; WANG Haifeng; YU Zhenxiao; CHEN Xiangying; XIN Qingming; FU Chuang

doi:10.7500/AEPS20251212003

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Analysis of Commutation Voltage-Time Area and Firing Angle Correction Strategy for HVDC Under Harmonic Influence

Basic Research | 更新时间：2026-11-04

- Analysis of Commutation Voltage-Time Area and Firing Angle Correction Strategy for HVDC Under Harmonic Influence
- Automation of Electric Power Systems Vol. 50, Issue 21, Pages: 194-203(2026)
- 作者机构：
  
  1.华南理工大学电力学院，广东省广州市 510641
  2.直流输电技术全国重点实验室（中国南方电网科学研究院有限责任公司），广东省广州市 510663
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52277102);Guangdong Provincial Natural Science Foundation of China(2024A1515010050)
- DOI：10.7500/AEPS20251212003
  CLC：
- Received：12 December 2025，
  
  Revised：2026-01-28，
  
  Online First：30 April 2026，
  
  Published：10 November 2026
- 稿件说明：
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汪娟娟,王海峰,余震霄等.谐波影响下高压直流换相电压时间面积分析及触发角修正策略[J].电力系统自动化,2026,50(21):194-203.

WANG Juanjuan,WANG Haifeng,YU Zhenxiao,et al.Analysis of Commutation Voltage-Time Area and Firing Angle Correction Strategy for HVDC Under Harmonic Influence[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(21):194-203.
汪娟娟,王海峰,余震霄等.谐波影响下高压直流换相电压时间面积分析及触发角修正策略[J].电力系统自动化,2026,50(21):194-203. DOI： 10.7500/AEPS20251212003.

WANG Juanjuan,WANG Haifeng,YU Zhenxiao,et al.Analysis of Commutation Voltage-Time Area and Firing Angle Correction Strategy for HVDC Under Harmonic Influence[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(21):194-203. DOI： 10.7500/AEPS20251212003.

摘要

谐波导致换相电压波形畸变，进而降低换流阀的换相裕度，是高压直流（HVDC)输电系统换相失败的重要诱因之一。现有考虑谐波影响的换相失败抑制方法主要依赖快速傅里叶变换(FFT)进行谐波分析，而在交流故障引发的暂态过程中，FFT在非平稳信号下的计算精度受限，且存在固有响应延迟，影响抑制策略的有效性。文中基于换相电压时间面积理论定量分析谐波对换相裕度面积的影响，提出一种不依赖实时FFT计算的触发角修正策略。该策略先确定引发换相失败的谐波含量边界值，在快速检测到交流故障后，基于该边界值计算满足换相裕度要求的期望触发角，进而对控制系统输出的触发角指令进行修正。最后，在电磁暂态仿真平台PSCAD/EMTDC中，采用CIGRE HVDC标准测试模型和贵广Ⅱ回直流工程模型验证了所提方法的有效性。

Abstract

Harmonics cause the distortion of commutation voltage waveforms

thereby reducing the commutation margin of the converter valves

which is an important inducement of commutation failure in high voltage direct current (HVDC) transmission systems. Existing commutation failure suppression methods considering the influence of harmonics mainly rely on the fast Fourier transform (FFT) for harmonic analysis. However

during the transient process caused by AC faults

the FFT suffers from limited calculation accuracy under non-stationary signals and inherent response delays

which affect the effectiveness of the suppression strategy. Based on the commutation voltage-time area theory

this paper quantitatively analyzes the impact of harmonics on the commutation margin area and proposes a firing angle correction strategy independent of real-time FFT calculation. In this strategy

the harmonic content boundary value that causes commutation failure is determined first. After quickly detecting an AC fault

the expected firing angle that meets the commutation margin requirement is calculated based on this boundary value. Further

the firing angle order output by the control system is corrected. Finally

the effectiveness of the proposed method is verified on the electromagnetic transient simulation platform PSCAD/EMTDC using the CIGRE HVDC benchmark test model and the Guizhou-Guangdong Ⅱ HVDC project model.

关键词

Keywords

references

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