重庆大学研究团队提出一种兼顾直流电压安全与无功支撑的柔性直流输电故障穿越控制方法

阅读提示：本文约 2300 字

现有基于卸荷的柔性直流输电故障穿越方法未计及受端换流站无功功率支撑对直流电压安全的影响，可能因投切条件不合理或受端换流站无功功率过大引发卸荷非必要投入，对交直流系统造成额外冲击并增加能量损失。 重庆大学输变电装备技术全国重点实验室的欧阳金鑫、陈纪宇和李昂等人在2024年第19期《电工技术学报》上撰文，提出了一种兼顾直流电压安全与无功支撑的柔性直流输电故障穿越控制方法。

研究背景

现有柔性直流输电故障穿越部分参考新能源并网规范，受端电网故障期间控制受端换流站根据电压跌落深度提供无功功率。受端电网短路比较大时，受端换流站提供无功功率对受端电网电压的抬升作用非常有限，却使受端换流站有功功率显著降低，直流电压快速上升导致卸荷高频投切，对换流设备和交直流系统产生冲击。特别是，柔性直流输电作为大容量通道时，牺牲有功功率以提供无功功率支撑的代价和风险不容忽视。因此，柔性直流输电故障穿越应兼顾直流电压安全和无功功率支撑。

论文所解决的问题及意义

当故障持续时间小于受端电网故障极限切除时间，所提控制方法可不启动卸荷。即使故障持续时间大于受端电网故障极限切除时间，所提方法能够减小卸荷的投切次数和能量耗散。因此，所提方法通过受端换流站有功和无功功率协同，可在避免卸荷非必要动作的同时，兼顾受端电网电压支撑。

论文方法及创新点

1、受端换流站功率可行域建模

图1 受端电网故障下柔性直流输电等值模型

以受端换流站交流母线电压跌落程度不变为条件，将发生内部故障的受端电网等值为由恒定电压源、串联阻抗与并联等效故障过渡阻抗构成的二端口网络，如图1所示。基于电路原理，推导直流电压、受端换流站交流母线电压关于受端换流站有功功率和无功功率的解析式。进而，在保证直流电压安全的前提下，建立了受端换流站在最大允许交流电流限制下的功率可行域，以描述受端换流站在受端电网故障下的功率控制能力。

2、受端电网故障极限切除时间

图2 受端换流站功率可行域变化特征

恰好保证直流电压安全的受端换流站最小有功功率随故障持续时间增加而增加，受端换流站功率范围的下边界逐步右移。若某个故障持续时间下受端换流站功率范围的上、下边界在有功-无功功率坐标系仅有唯一交点，该故障持续时间为受端电网故障极限切除时间。当故障持续时间大于极限切除时间，受端换流站功率范围的下边界超过上边界，不存在同时避免直流电压和交流电流越限的受端换流站有功和无功功率的组合。因此，受端电网故障极限切除时间表征了受端电网故障下直流电压的安全裕度。

3、柔性直流输电故障穿越策略

图3 兼顾直流电压安全与无功支撑的故障穿越原理

协调控制点是受端换流站能够承受功率不平衡时间最长的运行点。当受端换流站在协调控制点运行时，直流过电压所需的时间最长。如果极限切除时间超过故障持续时间，则受端电网故障期间的直流电压小于允许的最大直流电压。如果故障持续时间超过极限切除时间，则不平衡功率最小，为确保直流电压安全而耗散的能量最小。因此，无论故障持续时间多长，都应控制受端换流站在协调控制点运行，并根据极限切除时间启动卸荷。

结论

本文通过推导令直流电压越限的受端换流站交流母线作为切换门槛，提出了卸荷闭锁判据。通过建立避免直流电压和交流电流越限的受端换流站功率可行域，提出了表征直流电压安全裕度的受端电网故障极限切除时间的概念和计算方法。考虑到不同故障持续时间下受端换流站功率可行域的变化，提出了柔性直流输电故障穿越控制方法。所提方法在尽可能减少卸荷的同时，使受端换流站最大限度支撑受端电网电压。

团队介绍

研究人员隶属重庆大学输变电装备技术全国重点实验室。该文通讯作者为欧阳金鑫副教授、博士生导师，主要从事新能源电力系统故障分析、保护与控制以及电网二次设备智能诊断等方向研究。近年来，已发表学术论文100余篇，其中作为第一作者或通信作者已发表SCI检索论文50余篇、EI检索论文40余篇；以第一完成人授权发明专利50余项；作为第一作者出版专著2本；参编国家标准1项，IEEE标准1部；获省级科学技术进步奖一等奖1项、发明奖三等奖1项，电网公司科技进步奖5项。主持和参加国家自然科学基金项目3项、重庆市自然科学基金项目2项、国家重点研发计划项目3项、电网公司科技项目50余项。

本工作成果发表在2024年第19期《电工技术学报》，论文标题为“兼顾直流电压安全与无功支撑的柔性直流输电故障穿越控制“。本课题得到国家重点研发计划资助项目的支持。

引用本文

欧阳金鑫, 陈纪宇, 李昂, 陈宇捷, 肖超. 兼顾直流电压安全与无功支撑的柔性直流输电故障穿越控制[J]. 电工技术学报, 2024, 39(19): 6129-6144. Ouyang Jinxin, Chen Jiyu, Li Ang, Chen Yujie, Xiao Chao. Fault Ride-Through Control Method for VSC-HVDC Balancing between DC Voltage Security and Reactive Power Support. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024, 39(19): 6129-6144.

阅读全文

中国电工技术学会

新媒体平台

学会官方微信

电工技术学报

CES电气

学会官方B站

CES TEMS

今日头条号

学会科普微信

大赛官方微信

☎️ 《电工技术学报》：010-63256949/6981；邮箱：dgjsxb@vip.126.com ☎️ 《电气技术》：010-63256943；邮箱：dianqijishu@126.com ☎️ 《中国电工技术学会电机与系统学报（英文）》：电话：010-63256823；邮箱：cestems@126.com ☎️ 编务：010-63256994 ☎️ 订阅：010-63256817 ☎️ 商务合作：010-63256867/6838