高壓直流輸電因其在遠(yuǎn)距離大容量輸電、海底電纜送電、區(qū)域聯(lián)網(wǎng)等方面具有的優(yōu)勢(shì),得到了廣泛應(yīng)用。直流系統(tǒng)發(fā)生故障,保護(hù)動(dòng)作時(shí)整流側(cè)要進(jìn)行移相(retard),即快速增大觸發(fā)延遲角,降低整流側(cè)直流電壓并最終反轉(zhuǎn)電壓極性,整流側(cè)進(jìn)入逆變狀態(tài),使直流系統(tǒng)儲(chǔ)存的能量快速向交流系統(tǒng)釋放,降低故障電流,便于最終閉鎖。
巴西美麗山二期直流起于巴西北部的欣古換流站,止于巴西東南部的里約換流站,電壓等級(jí)為±800kV,輸電容量為4000MW,已于2019年建成投入運(yùn)行。與國內(nèi)工程有所不同,巴西交流系統(tǒng)頻率為60Hz。
常用的移相策略是:整流側(cè)按照一定速度直接從工作角度移相至164°(有些工程使用160°,兩者差別不大,本研究以164°進(jìn)行分析)。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),該移相策略應(yīng)用于巴西60Hz交流系統(tǒng)時(shí),對(duì)于有些故障類型,整流側(cè)容易在移相過程中發(fā)生換相失敗。
現(xiàn)有研究絕大多數(shù)只關(guān)注逆變側(cè)換相失敗的問題,整流側(cè)移相過程中發(fā)生換相失敗的問題現(xiàn)有文獻(xiàn)鮮有提及。有學(xué)者指出,在移相到120°左右時(shí),如果直流電流仍不為零,則應(yīng)適當(dāng)減慢調(diào)速。該限制移相速度的方法難以適應(yīng)所有的工況,使用該方法解決換相失敗的問題需要采用最慢的移相速度,但多數(shù)情況下仍需要快速移相,以盡快消除故障電流。有學(xué)者闡述了特高壓直流系統(tǒng)觸發(fā)延遲角分段控制邏輯,但只分析了極閉鎖或極緊急停運(yùn)、直流線路故障重啟、單閥組故障啟動(dòng)緊急停運(yùn)這三種工況的執(zhí)行過程,未給出控制策略設(shè)置的前因后果或相關(guān)理論依據(jù)。
南京南瑞繼保電氣有限公司的研究人員對(duì)60Hz交流系統(tǒng)下整流側(cè)直接移相至164°的過程中發(fā)生換相失敗的問題,從交流系統(tǒng)頻率、直流電流、觸發(fā)延遲角的大小等方面進(jìn)行了深入分析,分析結(jié)果表明,采用相同的移相策略時(shí),60Hz交流系統(tǒng)比50Hz交流系統(tǒng)更容易發(fā)生換相失?。恢绷麟娏髟酱髸r(shí)越容易發(fā)生換相失?。灰葡嘟嵌仍酱髸r(shí),關(guān)斷角越小,且隨觸發(fā)延遲角增大,關(guān)斷角的下降速度越快,維持不發(fā)生換相失敗的最大直流電流也越小,對(duì)故障電流的下降速度要求越大,也就越容易發(fā)生換相失敗。
圖1 移相優(yōu)化策略實(shí)現(xiàn)流程
圖2 優(yōu)化后線路中點(diǎn)接地故障仿真波形
研究人員根據(jù)分析結(jié)果,提出了針對(duì)60Hz交流系統(tǒng)下整流側(cè)移相優(yōu)化策略,即針對(duì)易發(fā)生換相失敗的工況,先移相至120°,維持一段時(shí)間,待故障電流降低之后再移相至164°。該策略在實(shí)際工程RTDS試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果表明之前容易發(fā)生換相失敗的故障類型在整流側(cè)移相過程中未再出現(xiàn)換相失敗。該整流側(cè)移相優(yōu)化策略已應(yīng)用于巴西美麗山二期直流工程,對(duì)其他直流工程也有一定的參考意義。
本文編自2022年第1期《電氣技術(shù)》,論文標(biāo)題為“巴西美麗山二期直流整流側(cè)移相策略優(yōu)化研究”,作者為呂彥北、李林 等。