换流站对交直流电网保护分析

胡仪涛 申凯 祝浩焱

摘要：在现阶段的电网中，高压直流输电形式逐渐受到高度的重视以及广泛的应用。其中作为直流输电的换流变压器、换流阀等设备对于整个电网的正常运行以及运行期间的安全性有着十分重要的影响。在输电工程中，高压直流输电运行工程中，能够有效调节控制高压直流输电系统的换流变压器有载分接开关，在整个电网输电工程中对于直流电压、补偿交流系统构的电压波动等方面有着至关重要的作用。

关键词：换流站；交直流电网；保护

引言

在时代不断发展的背景下，电力系统逐渐向电力电子化的趋势发展。在输电网络中，电力电子化主要体现在高压直流输电的交直流混联输电网之中。以我国现阶段的实际情况看，我国在系统设计、设备制造以及工程实践的整个流程中逐渐获得了一定的研究成果，并逐步向国际标准化的方向发展。在供配电领域中，交直流混合微电网时一项电力电子化的重要标志之一。但由于我国对这一方面的研究尚处于初始阶段，因此其研究方向以通过优化调度与能量管理、协调控制、换流器控制等方面内容，来对电网进行相应的保护。

1、交直流混合微电网群基本结构

所谓交直流混合微电网群，便是指在某一特定区域来对系统的负荷以及电源节点进行集群划分所形成的。区中包含着交流微电网、直流微电网以及交直流混合微电网三种电网形式。在交直流混合微电网群中，由于其往家结构相对灵活且多变。因此对于不同的电压等级以及不同类型的微电网，其可以借助变流器来实现其之间的相互连接以及能量流动。交直流混合微电网群系统主要是由交流微电网、直流微电网、交流为主的交直流混合微电网及直流为主的交直流混合微电网四种电网系统共同组合而成。在电网运行期间，四中系统借助变压器以及AC或DC变流器来实现互相的连接。同时，在各个微电网系统中，大量的分布式电源的接入，有效提高了电网供电的稳定性以及可靠性。

2、交流滤波器/并联电容器的控制

在实际的电网工程中，直流斩控系统是由交流滤波器以及并联电容器所共同构成的。在具体的供电工作中，该系统主要是对直流系统无功功率进行有效的控制。在运行状态始终处于平稳的状态下，对其投切会造成一定影响的主要以以下几种因素为主：（1）换流站最小滤波容量存在一定的限制。（2）直流系统就地无功平衡的死区控制方面的规范要求。在交流电网受到干扰而出现潮流变化时，为了确保交直流系统交换无功始终保持在死区控制范围内，其需要借助交流滤波器/并联电容器的投切来实现。在实际的电网工程中，相关部门为了保证各个直交流系统间交换无功的合理性，其对于每一个相应的工程都会设立独立成套的设计书。其中对于交流电网注入直流系统无功功率理想值的定值曲线有着明确的规定与要求。

3、换流站传递特性对交流系统保护的影响

在电网工程中，交换站本身具备的传递作用，导致廖柳系统电气量会随着直流系统扰动情况而出现相应的变化。在以往对交流保护进行设计工作期间，由于相关设计人员忽视了直流系统的介入问题，导致实际的交流保护功效相对较差。为此，相关设计人员在进行相应设计工作的过程中，需要在着重考虑换流站传递性的基础上，对交流保护适应性等进行全面的分析。在直流系统中，换相失败是一种较为常见的异常情况。一旦出现此种工况，便会对交流西永的保护性能造成较大的影响。其影响具体体现在以下两方面：（1）一般情况下，导致换相失败这一现状的原因往往是因为受端交流系统出现了一定的故障。一般来讲，此种异常工况存在的时间小于保护动作时间。也就是说，交流波阿虎动作时间内相关人员需要对换相失败问题进行全面的考虑。换相失败期间，电网系统中逆变侧所输出的等效电源功率会呈现大幅波动的情况。也正是因此，使得基于单一故障设计的传统保护原理设计工作存在较大的困难与挑战。（2）在换相失败期间，直流系统会向交流系统中传输较多的谐波和非周期分量，导致在开展相关相量提取工作时存在较大的困难。一旦相量提取工作出现偏差，传统的给予工频量的交流系统保护工作将会出现一系列的不正确动作，影响电网工程的正常运行。

4、直流控保系统的改进

4.1提前触发控制

结合换线相失败机理来看，导致此种现象出现根本原因在于关断角过小。所谓提前触发控制便是指在检测过程中，一点受端电网出现交流故障，并会存在一定程度上存在换相失败情况出现时，相关人员应结合故障的类型以及严重程度，对逆变侧换流器的触发延迟角进行提前减小工作，依赖来提高相应的换相裕度。由此可以得知，在提前触发控制工作中，相关人员需要对以下两方面内容给予高度的重视：（1）快速识别交流系统的故障；（2）结合实际情况，建立故障严重程度与提前触发角度的物理关系。

4.2直流系统降压运行

在对直流输电工程进行成套设计工作期间，为了确保输电线路在其绝缘性减少的前提下还能始终保持稳定的输送功率，相关部门往往会采用直流降压的运行方式来实现上述目标。所谓直流降压便是指将直流电压下降至额定电压百分之七十到八十之间运行。但需要注意的是，在采用此种运行模式期间，其需要与有载分接开关的控制工作共同进行，以此来降低阀侧交流电压，进而减少直流端口的电压值。要想确保有载分接开关调制最低档位的简便性，相关部门只需在降压过程中压低直流电压，也即是说，直流电压越低，其调节工作越为容易。另外，对于采用百分之七十降压运行方式设计的直流工程，其在电网工程具体运行期间可以实现完全避免送受端换流站换流变压器有载分接开关动作。

4.3距离保护

在高压输电线路中，距离保护这一工作原理最为常见。在电网运行期间，一旦出现换相失败，距离保护性能便会受到极大的影响。在开展工频相量提取工作期间，换相失败过程中谐波以及非周期分量的注入不仅会对相关提取工作造成一定影响外，同时还会导致距离保护出现不正确的动作。为了有效解决这一问题，相关部门提出了求解时域微分方程组的方法，通过计算故障发生点与保护安装处之间距离的方式，来提高距离保护的整体性能。

5、结束语

直流受端电网的电压稳定特性与直流系统的控制策略和运行状态密切相关，本文深入分析直流换流器控制模式在静态电压稳定分析过渡过程中的电压响应特性，研究了换流器切换策略和计算方法，基于连续潮流法提出一种计及直流系统过渡方式的静态电压稳定计算方法，引入直流功率参与因子，可灵活分配直流功率在平衡负荷增量功率中所占比例，更全面地评估直流受端电网的静态电压稳定特性。

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