基于极间耦合特性的特高压直流换相失败预防方法

李新年; 付颖; 张庆武; 林少伯; 雷霄; 许锐文

doi:10.7500/AEPS20210901002

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基于极间耦合特性的特高压直流换相失败预防方法

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 基于极间耦合特性的特高压直流换相失败预防方法
- Prevention Method for Commutation Failure of UHVDC Based on Interelectrode Coupling Characteristics
- 电力系统自动化 2022年46卷第23期页码：170-177
- 作者机构：
  
  1.电网安全与节能国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司),北京市 100192
  2.国家电网有限公司,北京市 100031
  3.南京南瑞继保电气有限公司,江苏省南京市 211102
- 作者简介：
  
  李新年(1977—)，男，通信作者，博士，教授级高级工程师，主要研究方向：电力系统分析与仿真、直流输电和电磁暂态分析。E-mail：lixn@epri.sgcc.com.cn
  付颖(1983—)，男，硕士，教授级高级工程师，主要研究方向：高压直流输电工程建设管理。E-mail：ying-fu@sgcc.com.cn
  张庆武(1982—)，男，博士，研究员级高级工程师，主要研究方向：高压、特高压、混合直流输电控制保护。E-mail：zhangqw@nrec.com
- 基金信息：
  
  国家电网公司科技项目(5100/202022011A)
- DOI：10.7500/AEPS20210901002
  中图分类号：
- 收稿：2021-09-01，
  
  修回：2022-02-10，
  
  网络出版：2022-11-08，
  
  纸质出版：2022-12-10
- 稿件说明：
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李新年,付颖,张庆武等.基于极间耦合特性的特高压直流换相失败预防方法[J].电力系统自动化,2022,46(23):170-177.

LI Xinnian,FU Ying,ZHANG Qingwu,et al.Prevention Method for Commutation Failure of UHVDC Based on Interelectrode Coupling Characteristics[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(23):170-177.
李新年,付颖,张庆武等.基于极间耦合特性的特高压直流换相失败预防方法[J].电力系统自动化,2022,46(23):170-177. DOI： 10.7500/AEPS20210901002.

LI Xinnian,FU Ying,ZHANG Qingwu,et al.Prevention Method for Commutation Failure of UHVDC Based on Interelectrode Coupling Characteristics[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(23):170-177. DOI： 10.7500/AEPS20210901002.

摘要

换相失败是晶闸管换流阀逆变器的常见故障。随着高压直流输电的不断发展，直流输电的电压等级和输送容量不断提升，交直流系统间的相互影响加剧，直流换相失败对交流系统的影响日益凸显。随着直流输电距离的增长，双极直流线路的相互影响更为明显，直流系统一极发生线路故障可能会导致另外一极发生换相失败。文中通过研究双极直流线路间的耦合机理，提出直流电压突变量指标判定与优化逆变侧关断角控制相结合的换相失败预防控制方法。该方法基于直流线路间的电磁耦合特性，根据健全极直流电压、电流特征，优化关断角调节器，利用直流电压突变量原理判别故障极，通过增大关断角，避免健全极发生换相失败。电磁暂态仿真和实际工程应用验证了所提方法的有效性。

Abstract

Commutation failure is a common fault of inverters with thyristor converter valve. With the continuous development of high voltage direct current (HVDC) transmission

the voltage level and transmission capacity of DC transmission keep increasing

and the interaction between AC and DC systems is intensifying. The impact of DC commutation failure on AC systems is increasingly prominent. With the increase of DC transmission distance

the interaction between bipolar DC lines is more obvious. The line fault at one pole of DC system may lead to the commutation failure at the other pole. By studying the coupling mechanism between bipolar DC lines

this paper proposes a prevention control method for commutation failure which combines the determination of DC voltage sudden-change index with the optimization of inverter-side turn-off angle control. This method is based on the electromagnetic coupling characteristics between DC lines

optimizes the turn-off angle regulator according to the characteristics of DC voltage and current of the sound pole

uses the principle of DC voltage sudden-change to identify the fault pole

and avoids the commutation failure of the sound pole by increasing the turn-off angle. The effectiveness of the proposed method is verified by the electromagnetic transient simulation and the practical engineering application

关键词

Keywords

references

宋金钊，李永丽，曾亮，等 . 高压直流输电系统换相失败研究综述［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 22 ）： 2-13l .

SONG Jinzhao ， LI Yongli ， ZENG Liang ， et al . Review on commutation failure of HVDC transmission system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 22 ）： 2 - 13 .

欧阳金鑫，叶俊君，张真，等 . 电网故障下多馈入直流输电系统相继换相失败机理与特性［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 20 ）： 93 - 102 .

OUYANG Jinxin ， YE Junjun ， ZHANG Zhen ， et al . Mechanism and characteristics of successive commutation failure of multi-infeed HVDC transmission system under power grid fault ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 20 ）： 93 - 102 .

周博昊，李凤婷，尹纯亚 . 高压直流输电系统后续换相失败风险评估及抑制方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 5 ）： 143 - 151 .

ZHOU Bohao ， LI Fengting ， YIN Chunya . Risk evaluation and suppression methods for subsequent commutation failure of HVDC transmission system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 5 ）： 143 - 151 .

许汉平，杨炜晨，张东寅，等 . 考虑换相失败相互影响的多馈入高压直流系统换相失败判断方法［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 8 ）： 1776 - 1786 .

XU Hanping ， YANG Weichen ， ZHANG Dongyin ， et al . Commutation failure judgment method for multi-infeed HVDC systems considering the interaction of commutation failures ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 8 ）： 1776 - 1786 .

WEI Z N ， YUAN Y ， LEI X ， et al . Direct-current predictive control strategy for inhibiting commutation failure in HVDC converter ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2014 ， 29 （ 5 ）： 2409 - 2417 .

陈树勇，李新年，等 . 基于正余弦分量检测的高压直流换相失败预防方法［J］. 中国电机工程学报， 2005 ， 25 （ 14 ）： 1 - 6 .

CHEN Shuyong ， LI Xinnian ， YU Jun ， et al . A method based on the sin-cos components detection mitigates commutation failure in HVDC ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2005 ， 25 （ 14 ）： 1 - 6 .

肖浩，朱佳，李银红，等 . 多馈入直流系统换相失败免疫水平快速确定方法研究［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 11 ）： 2711 - 2717 .

XIAO Hao ， ZHU Jia ， LI Yinhong ， et al . Study on rapid determination method of commutation failure immunity levels for multi-infeed HVDC transmission systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 11 ）： 2711 - 2717 .

李新年，易俊，李柏青，等 . 直流输电系统换相失败仿真分析及运行情况统计［J］. 电网技术， 2012 ， 36 （ 6 ）： 266 - 271 .

LI Xinnian ， YI Jun ， LI Baiqing ， et al . Simulation analysis and operation statistics of commutation failure in HVDC transmission system ［J］. Power System Technology ， 2012 ， 36 （ 6 ）： 266 - 271 .

李新年，陈树勇，庞广恒，等 . 华东多直流馈入系统换相失败预防和自动恢复能力的优化［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 6 ）： 134 - 140 .

LI Xinnian ， CHEN Shuyong ， PANG Guangheng ， et al . Optimization of commutation failure prevention and automatic recovery for East China multi-infeed high-voltage direct current system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 6 ）： 134 - 140 .

王增平，刘席洋，郑博文，等 . 基于电压波形拟合的换相失败快速预测与抑制措施［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 7 ）： 1454 - 1463 .

WANG Zengping ， LIU Xiyang ， ZHENG Bowen ， et al . The research on fast prediction and suppression measures of commutation failure based on voltage waveform fitting ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 7 ）： 1454 - 1463 .

阮思烨，徐凯，刘丹，等 . 直流输电系统换相失败统计分析及抵御措施建议［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 18 ）： 13 - 17 .

RUAN Siye ， XU Kai ， LIU Dan ， et al . Statistical analysis and suggestions on resistance measures for commutation failures of HVDC transmission system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 18 ）： 13 - 17 .

周博昊，李凤婷，尹纯亚，等 . 基于直流电流有限时域预测算法的换相失败预防策略［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 6 ）： 178 - 185 .

ZHOU Bohao ， LI Fengting ， YIN Chunya ， et al . Preventive strategy for mitigation of commutation failure based on finite time domain prediction algorithm of DC current ［J］ . Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 6 ）： 178 - 185 .

倪晓军，赵成勇，许韦华，等 . 降低直流输电换相失败概率的改进拓扑及其控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 4 ）： 811 - 820 .

NI Xiaojun ， ZHAO Chengyong ， XU Weihua ， et al . An improved topology to decrease the commutation failure in LCC-HVDC and its control strategy ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 4 ）： 811 - 820 .

郭春义，李春华，刘羽超，等 . 一种抑制传统直流输电连续换相失败的虚拟电阻电流限制控制方法［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 18 ）： 4930 - 4937 .

GUO Chunyi ， LI Chunhua ， LIU Yuchao ， et al . A DC current limitation control method based on virtual-resistance to mitigate the continuous commutation failure for conventional HVDC ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 18 ）： 4930 - 4937 .

GUO C Y ， LIU Y C ， ZHAO C Y ， et al . Power component fault detection method and improved current order limiter control for commutation failure mitigation in HVDC ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2015 ， 30 （ 3 ）： 1585 - 1593 .

郑超，周静敏，李惠玲，等 . 换相失败预测控制对电压稳定性影响及优化措施［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 12 ）： 179 - 183 .

ZZHENG Chao ， ZHOU Jingmin ， LI Huiling ， et al . Impact of commutation failure prediction control on voltage stability and its optimization measures ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 12 ）： 179 - 183 .

王峰，刘天琪，周胜军，等 . 谐波对HVDC系统换相失败的影响机理及定量分析方法［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 19 ）： 4888 - 4894 .

WANG Feng ， LIU Tianqi ， ZHOU Shengjun ， et al . Mechanism and quantitative analysis method for HVDC commutation failure resulting from harmonics ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 19 ）： 4888 - 4894 .

LI Xinnian ， LI Fengqi ， CHEN Shuyong ， et al . An improved commutation prediction algorithm to mitigate commutation failure in high voltage direct current ［J］. Energies ， 2017 ， 10 （ 10 ）： 1 - 16 .

李新年，陈树勇，李凤祁，等 . 特高压直流分层接入方式下预防换相失败的优化措施［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 22 ）： 6563 - 6572 .

LI Xinnian ， CHEN Shuyong ， LI Fengqi ， et al . Optimization measures for preventing commutation failure in UHVDC transmission with hierarchical connection mode ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 22 ）： 6563 - 6572 .

李新年，陈树勇，李涛，等 . 特高压主变充电导致直流周期性换相失败的原因［J］. 电网技术， 2014 ， 38 （ 10 ）： 2671 - 2679 .

LI Xinnian ， CHEN Shuyong ， LI Tao ， et al . Research on the periodic commutation failure by 1 000 kV UHV transformer energizing for Linfeng HVDC project ［J］. Power System Technology ， 2014 ， 38 （ 10 ）： 2671 - 2679 .

王亚涛，吴彦维，李俊霞，等 . HVDC中直流线路的互感机理及其对控制系统影响的研究［J］. 电力系统保护与控制， 2015 ， 43 （ 12 ）： 28 - 33 .

WANG Yatao ， WU Yanwei ， LI Junxia ， et al . Mechanism of DC transmission line's mutual inductance in HVDC and its effect on the control system ［J］. Power System Protection and Control ， 2015 ， 43 （ 12 ）： 28 - 33 .

李新年，吕鹏飞，杨鹏，等 . 同塔架设直流线路的相互影响研究［J］. 电网技术， 2012 ， 36 （ 11 ）： 222 - 228 .

LI Xinnian ， LÜ Pengfei ， YANG Peng ， et al . Inter-influences between HVDC transmission lines erected on same tower ［J］. Power System Technology ， 2012 ， 36 （ 11 ）： 222 - 228 .

王德林，吕鹏飞，阮思烨，等 . 特高压直流双极输电线路互感影响及对策研究［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 17 ）： 4353 - 4360 .

WANG Delin ， LÜ Pengfei ， RUAN Siye ， et al . Effect of mutual inductance between bipolar transmission lines of UHVDC and proposal of countermeasure ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 17 ）： 4353 - 4360 .

张福轩，邹强，赵森林，等 . 特高压直流双极线路间互感影响及控制策略改进［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 11 ）： 3547 - 3552 .

ZHANG Fuxuan ， ZOU Qiang ， ZHAO Senlin ， et al . Effect of mutual inductance between bipolar UHVDC transmission lines and control strategy improvement ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 11 ）： 3547 - 3552 .

杨鹏，吴娅妮，马士聪，等 . ±1 100 kV特高压直流输电工程直流线路故障重启动过程非故障极换相失败研究［J］. 电力自动化设备， 2016 ， 36 （ 4 ）： 14 - 18 .

YANG Peng ， WU Yani ， MA Shicong ， et al . Analysis of commutation failure of healthy pole during restart of faulty line for ±1 100 kV UHVDC project ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2016 ， 36 （ 4 ）： 14 - 18 .

王峰，刘天琪，李兴源，等 . 考虑直流电流上升及交流电压下降速度的换相失败分析［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 22 ）： 111 - 117 .

WANG Feng ， LIU Tianqi ， LI Xingyuan ， et al . Commutation failure analysis considering DC current rise and AC voltage drop speed ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 22 ）： 111 - 117 .

李新年，雷霄，陈树勇，等 . ±1 100 kV特高压直流接入系统控制策略优化［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 5 ）： 1326 - 1333 .

LI Xinnian ， LEI Xiao ， CHEN Shuyong ， et al . Optimization of control strategy for ±1 100 kV UHVDC integrated AC system ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 5 ）： 1326 - 1333 .

王晶，梁志峰，江木，等 . 多馈入直流同时换相失败案例分析及仿真计算［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 4 ）： 141 - 146 .

WANG Jing ， LIANG Zhifeng ， JIANG Mu ， et al . Case analysis and simulation of commutation failure in multi-infeed HVDC transmission systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 4 ）： 141 - 146 .

卢东斌，王永平，王振曦，等 . 分层接入方式的特高压直流输电逆变侧最大触发延迟角控制［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 7 ）： 1808 - 1816 .

LU Dongbin ， WANG Yongping ， WANG Zhenxi ， et al . Inverter maximum alpha control in UHVDC transmission with hierarchical connection mode ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 7 ）： 1808 - 1816 .

王玉，侯玉强，刘福锁，等 . 考虑多直流协调恢复的换相失败预测控制启动值优化方法［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 22 ）： 85 - 90 .

WANG Yu ， HOU Yuqiang ， LIU Fusuo ， et al . Optimization method for startup threshold of commutation failure prediction control considering coordinated recovery of multi-infeed HVDC systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 22 ）： 85 - 90 .

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