多直流落點(diǎn)系統(tǒng)換相失敗機(jī)理剖析與預(yù)防策略研究一、引言1.1研究背景與意義隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和能源需求的持續(xù)增長(zhǎng)，電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)也日益復(fù)雜。多直流落點(diǎn)系統(tǒng)憑借其能夠?qū)崿F(xiàn)大容量、遠(yuǎn)距離輸電，有效解決能源分布與負(fù)荷中心不均衡問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。例如，我國(guó)的西電東送工程，就構(gòu)建了多個(gè)直流落點(diǎn)的輸電格局，將西部豐富的水電、火電資源高效地輸送到東部負(fù)荷中心，有力地支撐了地區(qū)間的能源調(diào)配和經(jīng)濟(jì)協(xié)同發(fā)展。在多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，換流站是實(shí)現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，換相失敗是該系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中面臨的一個(gè)突出問(wèn)題。換相失敗是指在換流器中，退出導(dǎo)通的閥在反向電壓作用的一段時(shí)間內(nèi)未能恢復(fù)阻斷能力，或者在反向電壓期間換相過(guò)程未進(jìn)行完畢，則在閥電壓變成正向時(shí)，被換相的閥都將向原來(lái)預(yù)定退出導(dǎo)通的閥倒換相的現(xiàn)象。換相失敗一旦發(fā)生，會(huì)導(dǎo)致直流電壓下降、直流電流急劇增大，對(duì)換流設(shè)備造成嚴(yán)重的沖擊，影響設(shè)備壽命。同時(shí)，還可能引發(fā)系統(tǒng)功率波動(dòng)、頻率變化，甚至導(dǎo)致多個(gè)逆變站同時(shí)發(fā)生換相失敗，引發(fā)連鎖反應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)可能致使電網(wǎng)崩潰，造成大面積停電事故，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大損失。因此，深入研究多直流落點(diǎn)系統(tǒng)換相失敗問(wèn)題具有至關(guān)重要的意義。從保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的角度來(lái)看，對(duì)換相失敗的機(jī)理、影響因素進(jìn)行剖析，進(jìn)而提出有效的預(yù)防方法，能夠增強(qiáng)系統(tǒng)抵御故障的能力，降低故障發(fā)生的概率和危害程度，確保電力供應(yīng)的可靠性和穩(wěn)定性，滿(mǎn)足社會(huì)生產(chǎn)生活對(duì)電力的持續(xù)需求。從電力系統(tǒng)發(fā)展的戰(zhàn)略層面考慮，對(duì)多直流落點(diǎn)系統(tǒng)換相失敗的研究成果，將為新型電力系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的理論支撐和技術(shù)保障，推動(dòng)電力行業(yè)朝著更加高效、智能、安全的方向發(fā)展，助力能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在多直流落點(diǎn)系統(tǒng)換相失敗的研究領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)已取得了一系列具有重要價(jià)值的成果。國(guó)外方面，一些發(fā)達(dá)國(guó)家憑借其先進(jìn)的電力技術(shù)和研究條件，對(duì)換相失敗問(wèn)題開(kāi)展了深入研究。在理論分析層面，通過(guò)建立精確的數(shù)學(xué)模型，對(duì)換相失敗的觸發(fā)條件和動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行了細(xì)致的剖析。例如，利用復(fù)雜的電路理論和電磁暫態(tài)分析方法，研究換流器在不同工況下的換相特性，明確了交流系統(tǒng)電壓波動(dòng)、頻率變化以及直流電流大小等因素與換相失敗之間的定量關(guān)系。在實(shí)際應(yīng)用中，研發(fā)出了多種先進(jìn)的監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)。如采用高精度的傳感器和智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)換流站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠快速準(zhǔn)確地檢測(cè)到換相失敗的早期征兆，并及時(shí)采取相應(yīng)的控制措施。像西門(mén)子、ABB等國(guó)際知名電氣企業(yè)，在其研發(fā)的直流輸電設(shè)備和控制系統(tǒng)中，集成了先進(jìn)的換相失敗預(yù)防和保護(hù)功能，通過(guò)優(yōu)化控制算法和增加冗余保護(hù)環(huán)節(jié)，有效提高了直流輸電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。國(guó)內(nèi)對(duì)于多直流落點(diǎn)系統(tǒng)換相失敗的研究也在不斷深入和拓展。隨著我國(guó)特高壓直流輸電工程的大規(guī)模建設(shè)和多直流落點(diǎn)格局的形成，國(guó)內(nèi)學(xué)者和科研人員針對(duì)實(shí)際工程需求，在理論和實(shí)踐方面都取得了豐碩的成果。在理論研究上，結(jié)合我國(guó)電網(wǎng)的特點(diǎn)，深入研究了多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中各直流之間的相互影響以及與交流系統(tǒng)的交互作用對(duì)換相失敗的影響機(jī)制。通過(guò)大量的仿真分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，揭示了不同故障類(lèi)型和故障位置下?lián)Q相失敗的發(fā)生規(guī)律，為制定有效的預(yù)防措施提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。在技術(shù)研發(fā)和工程應(yīng)用方面，我國(guó)成功研制出了一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的監(jiān)測(cè)和控制設(shè)備。如國(guó)電南瑞研發(fā)的快速換相失敗識(shí)別系統(tǒng)，采用融合解析與數(shù)值仿真的快速分級(jí)換相失敗識(shí)別方法，能夠在復(fù)雜的電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境下，快速、準(zhǔn)確地識(shí)別換相失敗故障，并及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，指導(dǎo)運(yùn)行人員采取相應(yīng)的控制策略，有效提升了我國(guó)直流輸電系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平。盡管?chē)?guó)內(nèi)外在多直流落點(diǎn)系統(tǒng)換相失敗的研究上已經(jīng)取得了顯著成就，但仍存在一些不足之處?，F(xiàn)有研究在考慮系統(tǒng)復(fù)雜性方面還存在一定局限，對(duì)于一些極端工況和復(fù)雜故障場(chǎng)景下的換相失敗問(wèn)題，尚未形成完善的理論和解決方案。在多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，各直流之間以及直流與交流系統(tǒng)之間的相互作用關(guān)系極為復(fù)雜，當(dāng)多個(gè)故障同時(shí)發(fā)生或系統(tǒng)處于特殊運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，現(xiàn)有的模型和分析方法難以準(zhǔn)確描述換相失敗的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程。目前針對(duì)換相失敗的預(yù)防和控制措施，在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些技術(shù)瓶頸。例如，一些控制策略雖然在理論上能夠有效預(yù)防換相失敗，但在實(shí)際工程實(shí)施中，由于受到設(shè)備性能、通信延遲以及系統(tǒng)兼容性等因素的限制，難以充分發(fā)揮其作用。此外，對(duì)于多直流落點(diǎn)系統(tǒng)換相失敗的研究，大多集中在故障后的應(yīng)對(duì)和處理，而在故障前的預(yù)測(cè)和預(yù)警方面，研究還相對(duì)薄弱，缺乏有效的預(yù)測(cè)模型和技術(shù)手段，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)換相失敗風(fēng)險(xiǎn)的提前評(píng)估和主動(dòng)防控。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究聚焦于多直流落點(diǎn)系統(tǒng)換相失敗及其預(yù)防方法，具體研究?jī)?nèi)容涵蓋以下幾個(gè)關(guān)鍵方面：換相失敗的原因剖析：深入分析多直流落點(diǎn)系統(tǒng)的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、運(yùn)行環(huán)境等要素，精準(zhǔn)找出導(dǎo)致?lián)Q相失敗的關(guān)鍵因素。例如，從電路原理角度出發(fā)，研究交流系統(tǒng)電壓波動(dòng)、頻率變化以及直流電流大小等參數(shù)對(duì)換相過(guò)程的影響機(jī)制。當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，電壓會(huì)急劇下降，這可能導(dǎo)致?lián)Q相電壓不足，使得換相過(guò)程無(wú)法順利完成，從而引發(fā)換相失敗。此外，換流變壓器故障、控制系統(tǒng)故障以及觸發(fā)角設(shè)置不合理等因素，也可能導(dǎo)致?lián)Q相失敗的發(fā)生。通過(guò)對(duì)這些因素的深入研究，建立全面且準(zhǔn)確的換相失敗原因分析體系，為后續(xù)的預(yù)防方法研究提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。換相失敗對(duì)系統(tǒng)的影響評(píng)估：全面評(píng)估換相失敗對(duì)多直流落點(diǎn)系統(tǒng)及整個(gè)電力系統(tǒng)的影響。在多直流落點(diǎn)系統(tǒng)內(nèi)部，換相失敗會(huì)導(dǎo)致直流電壓下降、直流電流急劇增大，這不僅會(huì)對(duì)換流設(shè)備造成嚴(yán)重的熱應(yīng)力和電應(yīng)力沖擊，縮短設(shè)備使用壽命，還可能引發(fā)系統(tǒng)功率波動(dòng)，影響電力的穩(wěn)定傳輸。從整個(gè)電力系統(tǒng)的角度來(lái)看，換相失敗可能導(dǎo)致頻率變化，破壞系統(tǒng)的功率平衡，嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致多個(gè)逆變站同時(shí)發(fā)生換相失敗，甚至造成電網(wǎng)崩潰，引發(fā)大面積停電事故，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大損失。因此，通過(guò)建立系統(tǒng)的評(píng)估模型，量化換相失敗對(duì)系統(tǒng)各方面的影響程度，對(duì)于制定有效的預(yù)防和應(yīng)對(duì)措施具有重要意義。預(yù)防方法的探索與研究：根據(jù)前期對(duì)換相失敗原因和影響的研究成果，提出一系列針對(duì)多直流落點(diǎn)系統(tǒng)的換相失敗預(yù)防方法。在硬件電路方案方面，考慮采用新型的換流設(shè)備和優(yōu)化的電路結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的抗干擾能力和換相可靠性。例如，研發(fā)具有更高耐壓水平和快速響應(yīng)能力的換流閥，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的運(yùn)行工況。在軟件方案方面，優(yōu)化控制系統(tǒng)的算法和策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)換相過(guò)程的精準(zhǔn)控制。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整觸發(fā)角和關(guān)斷角，確保換相過(guò)程在最佳條件下進(jìn)行。還可以研究采用智能控制技術(shù)，如人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，提前發(fā)現(xiàn)潛在的換相失敗風(fēng)險(xiǎn)，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析：結(jié)合實(shí)際的多直流落點(diǎn)系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下搭建模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)提出的換相失敗預(yù)防方案進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)模擬各種故障場(chǎng)景和運(yùn)行工況，觀(guān)察系統(tǒng)的響應(yīng)情況，收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析。對(duì)比采用預(yù)防方案前后系統(tǒng)的運(yùn)行性能指標(biāo)，如換相失敗的發(fā)生率、直流電壓和電流的穩(wěn)定性、系統(tǒng)的功率波動(dòng)等，評(píng)估預(yù)防方法的可行性和有效性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)預(yù)防方案進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和改進(jìn)，確保其能夠在實(shí)際工程中發(fā)揮良好的作用，提高多直流落點(diǎn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。1.3.2研究方法為了深入、全面地研究多直流落點(diǎn)系統(tǒng)換相失敗及其預(yù)防方法，本研究將綜合運(yùn)用理論分析、仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的研究方法：理論分析：運(yùn)用電力電子技術(shù)、電路原理、自動(dòng)控制理論等相關(guān)學(xué)科的知識(shí)，對(duì)多直流落點(diǎn)系統(tǒng)的換相過(guò)程進(jìn)行深入的理論分析。建立精確的數(shù)學(xué)模型，描述換相失敗的觸發(fā)條件和動(dòng)態(tài)過(guò)程，推導(dǎo)各運(yùn)行參數(shù)與換相失敗之間的定量關(guān)系。例如，通過(guò)對(duì)換流器的電路模型進(jìn)行分析，利用基爾霍夫定律和電磁感應(yīng)原理，建立換相過(guò)程的數(shù)學(xué)方程，從而深入研究觸發(fā)角、關(guān)斷角、交流電壓、直流電流等參數(shù)對(duì)換相失敗的影響機(jī)制。通過(guò)理論分析，為換相失敗的研究提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，指導(dǎo)后續(xù)的仿真和實(shí)驗(yàn)研究。仿真研究：利用專(zhuān)業(yè)的電力系統(tǒng)仿真軟件，如PSCAD/EMTDC、MATLAB/Simulink等，搭建多直流落點(diǎn)系統(tǒng)的仿真模型。在模型中精確模擬系統(tǒng)的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、換流設(shè)備特性、控制策略以及各種故障場(chǎng)景。通過(guò)對(duì)仿真模型進(jìn)行不同工況下的運(yùn)行模擬，獲取系統(tǒng)在換相失敗過(guò)程中的各種電氣量數(shù)據(jù)，如電壓、電流、功率等，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。仿真研究可以快速、方便地模擬各種復(fù)雜的運(yùn)行情況，為研究換相失敗的原因、影響和預(yù)防方法提供豐富的數(shù)據(jù)支持，同時(shí)也可以對(duì)提出的預(yù)防方案進(jìn)行初步的驗(yàn)證和優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下搭建多直流落點(diǎn)系統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)理論分析和仿真研究的結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)盡可能真實(shí)地模擬實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行條件，包括換流設(shè)備、交流系統(tǒng)、直流系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等。通過(guò)在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行各種故障實(shí)驗(yàn)和運(yùn)行測(cè)試，觀(guān)察系統(tǒng)的實(shí)際響應(yīng)情況，驗(yàn)證理論分析和仿真結(jié)果的正確性。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可以為研究提供最直接、最可靠的數(shù)據(jù)支持，同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)理論分析和仿真研究中可能存在的不足之處，為進(jìn)一步的研究和改進(jìn)提供方向。通過(guò)綜合運(yùn)用上述研究方法，從理論、仿真和實(shí)驗(yàn)三個(gè)層面相互驗(yàn)證、相互補(bǔ)充，全面深入地研究多直流落點(diǎn)系統(tǒng)換相失敗及其預(yù)防方法，確保研究成果的科學(xué)性、可靠性和實(shí)用性。二、多直流落點(diǎn)系統(tǒng)工作原理與換相失敗概述2.1多直流落點(diǎn)系統(tǒng)工作原理多直流落點(diǎn)系統(tǒng)主要由多個(gè)換流站、直流輸電線(xiàn)路以及交流電網(wǎng)構(gòu)成。換流站作為核心部件，承擔(dān)著交直流轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵任務(wù)，其中包括整流站和逆變站。整流站負(fù)責(zé)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，逆變站則把直流電轉(zhuǎn)換回交流電。直流輸電線(xiàn)路用于實(shí)現(xiàn)直流電的高效、遠(yuǎn)距離傳輸，將不同區(qū)域的換流站緊密連接起來(lái)。交流電網(wǎng)則與換流站相互配合，一方面為整流站提供交流電源，另一方面接收逆變站輸出的交流電，實(shí)現(xiàn)電能在整個(gè)電力系統(tǒng)中的分配和利用。以我國(guó)某大型多直流落點(diǎn)系統(tǒng)為例，在該系統(tǒng)中，西部的多個(gè)水電站和火電站產(chǎn)生的交流電，首先被輸送至整流站。整流站采用晶閘管換流器，利用其單向?qū)щ娦?，在控制電路的精確控制下，按照特定的觸發(fā)角將三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電。這里的觸發(fā)角控制至關(guān)重要，它決定了晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻，進(jìn)而影響著直流電壓和電流的大小。通過(guò)精心設(shè)計(jì)的控制算法，根據(jù)交流電源的電壓、頻率以及直流輸電線(xiàn)路的負(fù)載情況，實(shí)時(shí)調(diào)整觸發(fā)角，確保整流站輸出穩(wěn)定的直流電。經(jīng)整流后的直流電，通過(guò)高壓直流輸電線(xiàn)路進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸。這些輸電線(xiàn)路采用特殊的絕緣和導(dǎo)線(xiàn)材料，能夠有效減少電能損耗，實(shí)現(xiàn)大容量電能的高效輸送。在傳輸過(guò)程中，為了保證電能質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性，還配備了一系列的監(jiān)測(cè)和保護(hù)設(shè)備，如直流電流傳感器、直流電壓傳感器以及過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)裝置等。這些設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)直流輸電線(xiàn)路的運(yùn)行參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即采取相應(yīng)的保護(hù)措施，如快速切斷電路、調(diào)整控制參數(shù)等，以避免故障的擴(kuò)大。當(dāng)直流電到達(dá)受電端的逆變站后，逆變站再次利用晶閘管換流器，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。逆變站的工作原理與整流站類(lèi)似，但控制策略有所不同。在逆變過(guò)程中，需要精確控制晶閘管的關(guān)斷時(shí)刻，以確保換相的順利進(jìn)行。這就要求逆變站的控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)交流電網(wǎng)的電壓、頻率和相位等參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)調(diào)整晶閘管的觸發(fā)角和關(guān)斷角，使逆變器輸出的交流電與交流電網(wǎng)的電壓、頻率和相位保持一致。這樣，經(jīng)過(guò)逆變后的交流電就可以順利地接入交流電網(wǎng)，為當(dāng)?shù)氐墓I(yè)、商業(yè)和居民用戶(hù)提供可靠的電力供應(yīng)。在多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，多個(gè)直流輸電線(xiàn)路的落點(diǎn)集中在同一交流系統(tǒng)中，這使得各直流輸電系統(tǒng)之間以及直流與交流系統(tǒng)之間存在著復(fù)雜的相互作用和影響。這種相互作用體現(xiàn)在多個(gè)方面，例如，當(dāng)一個(gè)直流輸電系統(tǒng)發(fā)生功率波動(dòng)時(shí)，會(huì)引起交流系統(tǒng)的電壓和頻率變化，進(jìn)而影響其他直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行。多個(gè)直流輸電系統(tǒng)同時(shí)向交流系統(tǒng)注入或吸收無(wú)功功率，可能導(dǎo)致交流系統(tǒng)的無(wú)功功率失衡，影響系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。因此，在多直流落點(diǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行和控制中，需要充分考慮這些相互作用，采取有效的協(xié)調(diào)控制策略，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。2.2換相失敗的定義與過(guò)程換相失敗是逆變器運(yùn)行過(guò)程中較為常見(jiàn)且危害較大的一種故障現(xiàn)象。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，換相失敗是指在換流器中，當(dāng)兩個(gè)橋臂之間進(jìn)行換相操作時(shí)，出現(xiàn)了異常情況。具體表現(xiàn)為，剛退出導(dǎo)通的閥在反向電壓作用的時(shí)間內(nèi)，如果未能恢復(fù)阻斷能力，或者在反向電壓期間換相過(guò)程一直未能進(jìn)行完畢，那么當(dāng)閥電壓轉(zhuǎn)變?yōu)檎驎r(shí)，被換相的閥就會(huì)向原來(lái)預(yù)定退出導(dǎo)通的閥倒換相，這種異常的換相現(xiàn)象就被稱(chēng)為換相失敗。在換流器正常工作時(shí)，換相過(guò)程是按照預(yù)定的控制策略有序進(jìn)行的。以三相橋式換流器為例，在一個(gè)周期內(nèi)，晶閘管按照一定的觸發(fā)順序依次導(dǎo)通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)交流電與直流電之間的轉(zhuǎn)換。假設(shè)在某一時(shí)刻，需要將導(dǎo)通的閥V1換相到閥V2。此時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)按照設(shè)定的觸發(fā)角，向閥V2發(fā)送觸發(fā)脈沖，使閥V2導(dǎo)通。同時(shí)，由于交流電源的作用，閥V1兩端的電壓逐漸變?yōu)榉聪颍?dāng)反向電壓作用的時(shí)間達(dá)到一定值，且閥V1恢復(fù)了阻斷能力后，閥V1就會(huì)關(guān)斷，完成換相過(guò)程。在這個(gè)正常的換相過(guò)程中，各個(gè)閥的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)機(jī)準(zhǔn)確，換相電壓和電流的變化平穩(wěn)，保證了換流器的穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)換相失敗發(fā)生時(shí)，換相過(guò)程會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的異常?？赡苁怯捎诮涣飨到y(tǒng)發(fā)生故障，導(dǎo)致交流電壓突然下降，使得換相電壓不足，無(wú)法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)使閥V1恢復(fù)阻斷能力。在這種情況下，當(dāng)閥V2觸發(fā)導(dǎo)通后，閥V1兩端的反向電壓持續(xù)時(shí)間過(guò)短，閥V1未能充分恢復(fù)阻斷能力，就會(huì)在閥電壓變?yōu)檎驎r(shí)重新導(dǎo)通，導(dǎo)致?lián)Q相失敗。丟失觸發(fā)脈沖也可能引發(fā)換相失敗。如果在應(yīng)該觸發(fā)閥V2時(shí)，觸發(fā)脈沖丟失，那么閥V2無(wú)法及時(shí)導(dǎo)通，需換相的電流就不能及時(shí)轉(zhuǎn)移到閥V2上，閥V1會(huì)繼續(xù)導(dǎo)通，進(jìn)而出現(xiàn)閥臂短路，最終導(dǎo)致?lián)Q相失敗。逆變角過(guò)小也是一個(gè)重要原因。逆變角是指在逆變過(guò)程中，晶閘管開(kāi)始承受正向電壓到觸發(fā)導(dǎo)通之間的電角度。當(dāng)逆變角過(guò)小時(shí)，晶閘管承受反向電壓的時(shí)間過(guò)短，可能無(wú)法充分恢復(fù)阻斷能力，從而容易引發(fā)換相失敗。交流電壓上升率過(guò)大時(shí)，盡管有阻尼均壓電路的作用，也有可能使晶閘管的門(mén)極上感應(yīng)出電壓，從而使晶閘管自行導(dǎo)通，破壞正常的換相順序，導(dǎo)致?lián)Q相失敗。換相失敗一旦發(fā)生，會(huì)對(duì)多直流落點(diǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生一系列嚴(yán)重的影響。換相失敗會(huì)導(dǎo)致直流電壓下降，直流電流急劇增大。這是因?yàn)閾Q相失敗使得換流器無(wú)法正常工作，直流側(cè)的能量無(wú)法順利轉(zhuǎn)換為交流側(cè)的能量，導(dǎo)致直流側(cè)能量堆積，電流增大，而電壓則因?yàn)閾Q相異常而降低。這種直流電壓和電流的劇烈變化，會(huì)對(duì)換流設(shè)備造成極大的熱應(yīng)力和電應(yīng)力沖擊，縮短設(shè)備的使用壽命。換相失敗還可能引發(fā)系統(tǒng)功率波動(dòng)，影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于直流輸電系統(tǒng)與交流系統(tǒng)緊密相連，直流側(cè)的功率波動(dòng)會(huì)通過(guò)換流站傳遞到交流系統(tǒng)，引起交流系統(tǒng)的電壓和頻率變化，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩，甚至引發(fā)多個(gè)逆變站同時(shí)發(fā)生換相失敗，造成電網(wǎng)崩潰，給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)巨大威脅。2.3換相失敗的危害換相失敗作為多直流落點(diǎn)系統(tǒng)運(yùn)行中較為頻發(fā)且影響深遠(yuǎn)的故障，會(huì)對(duì)直流輸電系統(tǒng)和整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、設(shè)備壽命、電能質(zhì)量等方面產(chǎn)生諸多嚴(yán)重危害。在對(duì)直流輸電系統(tǒng)的影響方面，換相失敗會(huì)導(dǎo)致直流電壓大幅下降。當(dāng)換相失敗發(fā)生時(shí)，換流器無(wú)法按照正常的換相順序進(jìn)行工作，使得直流側(cè)的電壓無(wú)法穩(wěn)定維持在額定值。以某實(shí)際多直流落點(diǎn)系統(tǒng)為例，在一次換相失敗事故中，直流電壓瞬間下降至額定值的50%左右，這嚴(yán)重影響了直流輸電系統(tǒng)的功率傳輸能力，使得原本計(jì)劃輸送的電能無(wú)法正常送達(dá)受電端。直流電流也會(huì)急劇增大。由于換相失敗導(dǎo)致直流電壓下降，為了維持功率平衡，直流電流會(huì)迅速上升，以補(bǔ)償電壓下降帶來(lái)的功率損失。過(guò)大的直流電流會(huì)使換流設(shè)備承受過(guò)高的熱應(yīng)力和電應(yīng)力，對(duì)設(shè)備的絕緣性能和機(jī)械結(jié)構(gòu)造成極大的損害，加速設(shè)備的老化和損壞，顯著縮短設(shè)備的使用壽命。換相失敗還會(huì)引發(fā)直流系統(tǒng)的功率波動(dòng)，這種波動(dòng)不僅會(huì)影響直流輸電系統(tǒng)自身的穩(wěn)定性，還可能通過(guò)換流站與交流系統(tǒng)的連接，對(duì)交流系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊，進(jìn)而影響整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。從對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響來(lái)看，換相失敗可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致多個(gè)逆變站同時(shí)發(fā)生換相失敗。在多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，各直流輸電線(xiàn)路落點(diǎn)集中在同一交流系統(tǒng)中，它們之間存在著緊密的電氣聯(lián)系。當(dāng)一個(gè)逆變站發(fā)生換相失敗時(shí)，會(huì)引起交流系統(tǒng)的電壓和頻率變化，這種變化可能會(huì)傳播到其他逆變站，使得其他逆變站也相繼發(fā)生換相失敗。這種連鎖反應(yīng)一旦發(fā)生，會(huì)使電力系統(tǒng)的功率平衡遭到嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致系統(tǒng)頻率大幅波動(dòng)，甚至可能引發(fā)系統(tǒng)振蕩，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。如2003年美加“8?14”大停電事故，雖然事故的直接原因是樹(shù)木與輸電線(xiàn)路接觸引發(fā)的局部線(xiàn)路故障，但后續(xù)多回直流輸電線(xiàn)路發(fā)生換相失敗，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定，最終造成了大面積停電，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了巨大損失。換相失敗還會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。由于換相失敗會(huì)導(dǎo)致直流輸電系統(tǒng)吸收或發(fā)出的無(wú)功功率發(fā)生突變，這會(huì)引起交流系統(tǒng)無(wú)功功率的不平衡，進(jìn)而導(dǎo)致交流系統(tǒng)電壓下降。當(dāng)電壓下降到一定程度時(shí)，可能會(huì)引發(fā)電壓崩潰，使電力系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。換相失敗對(duì)電能質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。換相失敗會(huì)導(dǎo)致電壓波動(dòng)和閃變，影響用戶(hù)的用電設(shè)備正常運(yùn)行。當(dāng)換相失敗發(fā)生時(shí)，交流系統(tǒng)的電壓會(huì)出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，這種波動(dòng)會(huì)使照明設(shè)備閃爍、電機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響用戶(hù)的用電體驗(yàn)和生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行。換相失敗還會(huì)產(chǎn)生諧波污染，增加電力系統(tǒng)的諧波含量。在換相失敗過(guò)程中，換流器的非正弦換相過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流，這些諧波電流注入交流系統(tǒng)后，會(huì)使系統(tǒng)的諧波含量超標(biāo)，導(dǎo)致電力設(shè)備發(fā)熱、損耗增加，甚至可能引發(fā)繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作，進(jìn)一步影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。三、多直流落點(diǎn)系統(tǒng)換相失敗原因分析3.1交流系統(tǒng)故障在多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，交流系統(tǒng)故障是引發(fā)換相失敗的一個(gè)關(guān)鍵因素。交流系統(tǒng)的正常運(yùn)行是確保換流器順利換相的基礎(chǔ)，一旦交流系統(tǒng)出現(xiàn)異常，如電壓異常和頻率異常，就會(huì)對(duì)換相過(guò)程產(chǎn)生嚴(yán)重影響，增加換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)。3.1.1電壓異常交流系統(tǒng)電壓異常主要表現(xiàn)為電壓波動(dòng)和電壓跌落。當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生短路故障、負(fù)荷突變或其他異常情況時(shí)，會(huì)導(dǎo)致交流電壓出現(xiàn)波動(dòng)和跌落現(xiàn)象。以某多直流落點(diǎn)系統(tǒng)為例，在一次交流系統(tǒng)短路故障中，交流母線(xiàn)電壓瞬間下降至額定值的60%，持續(xù)時(shí)間約為100ms。這種電壓異常會(huì)對(duì)換相失敗產(chǎn)生以下影響：換相電壓不足：在換相過(guò)程中，換流閥需要足夠的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)電流的轉(zhuǎn)移和換相。當(dāng)交流電壓下降時(shí)，換相電壓隨之降低，使得換相過(guò)程中的電壓裕度減小。根據(jù)換相原理，換相電壓與換相角密切相關(guān)，換相電壓的降低會(huì)導(dǎo)致?lián)Q相角減小，從而使換流閥在換相過(guò)程中承受反向電壓的時(shí)間縮短。如果換相電壓過(guò)低，換流閥可能無(wú)法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)阻斷能力，當(dāng)閥電壓變?yōu)檎驎r(shí)，就會(huì)發(fā)生倒換相，導(dǎo)致?lián)Q相失敗。電壓過(guò)零點(diǎn)漂移：交流電壓的異常還可能導(dǎo)致電壓過(guò)零點(diǎn)漂移。電壓過(guò)零點(diǎn)是換相過(guò)程中的重要參考點(diǎn)，它決定了觸發(fā)角和關(guān)斷角的大小。當(dāng)電壓過(guò)零點(diǎn)漂移時(shí)，觸發(fā)角和關(guān)斷角也會(huì)隨之改變，這可能使換流閥的觸發(fā)和關(guān)斷時(shí)刻不準(zhǔn)確，影響換相的正常進(jìn)行。如果觸發(fā)角或關(guān)斷角設(shè)置不合理，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q流閥在不適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻導(dǎo)通或關(guān)斷，從而引發(fā)換相失敗。在電壓過(guò)零點(diǎn)漂移的情況下，換相過(guò)程中的電壓時(shí)間面積也會(huì)發(fā)生變化，可能導(dǎo)致?lián)Q相失敗。3.1.2頻率異常交流系統(tǒng)頻率異常主要包括頻率波動(dòng)和頻率偏移。在多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，由于負(fù)荷變化、電源故障或系統(tǒng)擾動(dòng)等原因，交流系統(tǒng)的頻率可能會(huì)發(fā)生波動(dòng)或偏移。當(dāng)交流系統(tǒng)頻率波動(dòng)超過(guò)一定范圍時(shí)，會(huì)對(duì)換相失敗產(chǎn)生顯著影響：換相角變化：交流系統(tǒng)頻率的變化會(huì)直接影響換相角的大小。換相角是指在換相過(guò)程中，換流閥從開(kāi)始導(dǎo)通到完全關(guān)斷所經(jīng)歷的電角度。根據(jù)換相原理，換相角與交流系統(tǒng)頻率成反比關(guān)系，即頻率升高時(shí)，換相角減小；頻率降低時(shí)，換相角增大。當(dāng)交流系統(tǒng)頻率波動(dòng)時(shí)，換相角也會(huì)隨之波動(dòng)，這可能導(dǎo)致?lián)Q流閥在換相過(guò)程中承受反向電壓的時(shí)間不穩(wěn)定，增加換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)。如果換相角過(guò)小，換流閥可能無(wú)法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)阻斷能力，從而引發(fā)換相失敗；如果換相角過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q流閥的導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng)，增加換流設(shè)備的損耗，同時(shí)也可能影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。控制系統(tǒng)失調(diào)：交流系統(tǒng)頻率異常還會(huì)對(duì)換流器的控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致控制系統(tǒng)失調(diào)。換流器的控制系統(tǒng)通常是基于交流系統(tǒng)的頻率來(lái)進(jìn)行觸發(fā)角和關(guān)斷角的控制。當(dāng)交流系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時(shí)，控制系統(tǒng)如果不能及時(shí)調(diào)整觸發(fā)角和關(guān)斷角，就會(huì)使換流閥的觸發(fā)和關(guān)斷時(shí)刻與實(shí)際需求不匹配，從而影響換相的正常進(jìn)行。在頻率偏移的情況下，控制系統(tǒng)可能會(huì)誤判換相時(shí)刻，導(dǎo)致觸發(fā)脈沖的發(fā)送不準(zhǔn)確，進(jìn)而引發(fā)換相失敗。頻率異常還可能導(dǎo)致控制系統(tǒng)中的其他參數(shù)發(fā)生變化，如電流限制值、電壓調(diào)節(jié)器的參數(shù)等，這些參數(shù)的變化也會(huì)對(duì)換相過(guò)程產(chǎn)生不利影響。3.2直流系統(tǒng)自身因素除了交流系統(tǒng)故障外，直流系統(tǒng)自身的一些因素也會(huì)引發(fā)換相失敗，對(duì)多直流落點(diǎn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成威脅。這些因素主要包括觸發(fā)脈沖異常和直流電流過(guò)大等，它們從不同角度影響著換流器的換相過(guò)程，需要深入分析其作用機(jī)制。3.2.1觸發(fā)脈沖異常觸發(fā)脈沖在換流器的正常運(yùn)行中起著關(guān)鍵作用，它控制著晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻，確保換相過(guò)程的順利進(jìn)行。當(dāng)觸發(fā)脈沖出現(xiàn)丟失或延遲等異常情況時(shí)，會(huì)對(duì)換相過(guò)程產(chǎn)生嚴(yán)重影響，進(jìn)而引發(fā)換相失敗。觸發(fā)脈沖丟失是一種較為常見(jiàn)的異常情況。在換流器的運(yùn)行過(guò)程中，由于控制電路故障、信號(hào)傳輸中斷或干擾等原因，可能導(dǎo)致觸發(fā)脈沖未能按時(shí)發(fā)送到晶閘管的門(mén)極。以某實(shí)際多直流落點(diǎn)系統(tǒng)為例，在一次設(shè)備檢修后，由于控制電路的接線(xiàn)松動(dòng)，導(dǎo)致部分觸發(fā)脈沖丟失。當(dāng)觸發(fā)脈沖丟失時(shí)，原本應(yīng)該導(dǎo)通的晶閘管無(wú)法導(dǎo)通，需換相的電流就不能及時(shí)轉(zhuǎn)移到新的閥上，原先導(dǎo)通的閥會(huì)繼續(xù)導(dǎo)通。這就使得換相過(guò)程無(wú)法正常進(jìn)行，導(dǎo)致?lián)Q流器出現(xiàn)橋臂短路等故障，最終引發(fā)換相失敗。在三相橋式換流器中，如果閥V1的觸發(fā)脈沖丟失，而此時(shí)需要將電流從閥V1換相到閥V2。由于閥V1無(wú)法導(dǎo)通，電流無(wú)法轉(zhuǎn)移到閥V2上，閥V1會(huì)繼續(xù)導(dǎo)通，導(dǎo)致閥V1和閥V2同時(shí)導(dǎo)通，形成橋臂短路，引發(fā)換相失敗。觸發(fā)脈沖延遲也是導(dǎo)致?lián)Q相失敗的一個(gè)重要原因。觸發(fā)脈沖延遲是指觸發(fā)脈沖的發(fā)送時(shí)間比預(yù)定時(shí)間延遲。這種延遲可能是由于控制系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、時(shí)鐘同步問(wèn)題或信號(hào)處理延遲等原因引起的。當(dāng)觸發(fā)脈沖延遲時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻會(huì)延遲，這會(huì)使換相角發(fā)生變化。如果觸發(fā)脈沖延遲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q相角過(guò)小，使得換流閥在換相過(guò)程中承受反向電壓的時(shí)間縮短，無(wú)法充分恢復(fù)阻斷能力。當(dāng)閥電壓變?yōu)檎驎r(shí)，就容易發(fā)生倒換相，導(dǎo)致?lián)Q相失敗。在一個(gè)換流周期中，正常情況下觸發(fā)脈沖應(yīng)該在t0時(shí)刻發(fā)送，使晶閘管在t1時(shí)刻導(dǎo)通。如果觸發(fā)脈沖延遲到t2時(shí)刻發(fā)送，晶閘管在t3時(shí)刻才導(dǎo)通，這就使得換相角減小。如果換相角減小到一定程度，換流閥就無(wú)法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)阻斷能力，從而引發(fā)換相失敗。觸發(fā)脈沖異常還可能導(dǎo)致?lián)Q流器輸出的電壓和電流波形發(fā)生畸變，影響系統(tǒng)的電能質(zhì)量。由于觸發(fā)脈沖的異常，晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)刻不準(zhǔn)確，會(huì)使換流器輸出的直流電壓中含有大量的諧波成分。這些諧波會(huì)注入交流系統(tǒng)，導(dǎo)致交流系統(tǒng)的電壓和電流波形畸變，增加系統(tǒng)的損耗，影響電力設(shè)備的正常運(yùn)行。諧波還可能引發(fā)繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，進(jìn)一步威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。3.2.2直流電流過(guò)大直流電流作為直流輸電系統(tǒng)的重要運(yùn)行參數(shù)，其大小對(duì)換相過(guò)程有著顯著影響。在多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，由于負(fù)荷變化、故障擾動(dòng)或控制不當(dāng)?shù)仍?，直流電流可能?huì)超出正常范圍，進(jìn)而引發(fā)換相失敗。當(dāng)直流電流過(guò)大時(shí)，會(huì)使換相過(guò)程中的電壓裕度減小。根據(jù)換相原理，換相過(guò)程需要一定的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)電流的轉(zhuǎn)移和換相。在換相過(guò)程中，換流閥需要承受一定的反向電壓，以恢復(fù)其阻斷能力。當(dāng)直流電流過(guò)大時(shí)，換相過(guò)程中的電流增大，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q相電壓降低，使得換流閥承受反向電壓的時(shí)間縮短。如果換相電壓過(guò)低，換流閥可能無(wú)法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)阻斷能力，當(dāng)閥電壓變?yōu)檎驎r(shí)，就會(huì)發(fā)生倒換相，導(dǎo)致?lián)Q相失敗。在某多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)荷突然增加時(shí)，直流電流迅速增大，導(dǎo)致?lián)Q相電壓下降。在一次換相過(guò)程中，由于直流電流過(guò)大，換相電壓降低到正常水平的70%，使得換流閥無(wú)法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)阻斷能力，最終引發(fā)了換相失敗。直流電流過(guò)大還會(huì)導(dǎo)致?lián)Q相角增大。換相角是指在換相過(guò)程中，換流閥從開(kāi)始導(dǎo)通到完全關(guān)斷所經(jīng)歷的電角度。根據(jù)換相原理，換相角與直流電流成正比關(guān)系，即直流電流增大時(shí)，換相角也會(huì)增大。當(dāng)換相角增大時(shí)，換流閥的導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng)，這會(huì)使換流設(shè)備的損耗增加，同時(shí)也會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如果換相角過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q流閥在換相過(guò)程中承受反向電壓的時(shí)間不穩(wěn)定，增加換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)。在一個(gè)換流周期中，正常情況下?lián)Q相角為μ0。當(dāng)直流電流增大時(shí)，換相角增大到μ1。如果μ1過(guò)大，換流閥在換相過(guò)程中承受反向電壓的時(shí)間就會(huì)縮短，從而容易引發(fā)換相失敗。直流電流過(guò)大還可能對(duì)換流設(shè)備造成損壞。過(guò)大的直流電流會(huì)使換流閥、換流變壓器等設(shè)備承受過(guò)高的熱應(yīng)力和電應(yīng)力，加速設(shè)備的老化和損壞。長(zhǎng)期運(yùn)行在過(guò)大直流電流下的換流閥，其晶閘管元件可能會(huì)因過(guò)熱而損壞，導(dǎo)致?lián)Q流閥無(wú)法正常工作。換流變壓器也可能因?yàn)槌惺苓^(guò)大的電流而出現(xiàn)繞組過(guò)熱、絕緣老化等問(wèn)題，影響變壓器的性能和壽命。這些設(shè)備的損壞不僅會(huì)導(dǎo)致?lián)Q相失敗的發(fā)生，還會(huì)增加系統(tǒng)的維修成本和停電時(shí)間，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。3.3換流變壓器故障換流變壓器作為多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)對(duì)換相過(guò)程有著至關(guān)重要的影響。一旦換流變壓器發(fā)生故障，如繞組短路、鐵芯故障等，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q流器交流側(cè)電流出現(xiàn)異常，進(jìn)而引發(fā)換相失敗。當(dāng)換流變壓器繞組發(fā)生短路故障時(shí)，繞組的阻抗會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致流入換流器的交流電流增大且波形畸變。在某多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，曾發(fā)生一起換流變壓器繞組短路故障，故障發(fā)生后，交流電流瞬間增大至正常運(yùn)行值的2倍左右，且電流波形出現(xiàn)明顯的畸變，含有大量的諧波成分。這種異常的交流電流會(huì)對(duì)換相過(guò)程產(chǎn)生以下影響：換相電壓畸變：交流電流的增大和波形畸變會(huì)導(dǎo)致?lián)Q流變壓器閥側(cè)電壓發(fā)生畸變，使換相電壓不再是理想的正弦波。換相電壓的畸變會(huì)影響換流閥的觸發(fā)和關(guān)斷時(shí)刻，使換相過(guò)程中的電壓時(shí)間面積發(fā)生變化。如果換相電壓畸變嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q相過(guò)程無(wú)法正常進(jìn)行，從而引發(fā)換相失敗。當(dāng)換相電壓中含有大量的諧波成分時(shí)，會(huì)使換流閥在換相過(guò)程中承受的電壓不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致?lián)Q流閥無(wú)法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)阻斷能力，進(jìn)而引發(fā)換相失敗。換相角變化：換流變壓器繞組短路故障還會(huì)導(dǎo)致?lián)Q相角發(fā)生變化。由于交流電流的異常，換相過(guò)程中的電流變化率和電壓變化率都會(huì)發(fā)生改變，從而影響換相角的大小。如果換相角變化過(guò)大，會(huì)使換流閥在換相過(guò)程中承受反向電壓的時(shí)間不穩(wěn)定，增加換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)換相角過(guò)小時(shí)，換流閥可能無(wú)法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)阻斷能力，從而引發(fā)換相失敗；當(dāng)換相角過(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q流閥的導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng)，增加換流設(shè)備的損耗，同時(shí)也可能影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。換流變壓器鐵芯故障，如鐵芯飽和、鐵芯多點(diǎn)接地等，也會(huì)對(duì)換相過(guò)程產(chǎn)生不利影響。鐵芯飽和會(huì)導(dǎo)致?lián)Q流變壓器的勵(lì)磁電流增大，使交流側(cè)電流波形發(fā)生畸變。鐵芯多點(diǎn)接地會(huì)引起局部過(guò)熱，影響變壓器的正常運(yùn)行，進(jìn)而導(dǎo)致交流側(cè)電流異常。在一次換流變壓器鐵芯飽和故障中，交流側(cè)電流的諧波含量大幅增加，電流波形嚴(yán)重畸變，最終引發(fā)了換相失敗。鐵芯故障還會(huì)導(dǎo)致?lián)Q流變壓器的漏抗發(fā)生變化，影響換相過(guò)程中的電壓和電流分布，進(jìn)一步增加換相失敗的可能性。換流變壓器故障還可能導(dǎo)致?lián)Q流器的控制系統(tǒng)出現(xiàn)誤判。由于換流變壓器故障會(huì)使交流側(cè)電流和電壓發(fā)生異常變化，控制系統(tǒng)可能會(huì)將這些異常信號(hào)誤判為正常的運(yùn)行信號(hào)，從而導(dǎo)致觸發(fā)脈沖的發(fā)送不準(zhǔn)確，影響換相的正常進(jìn)行?？刂葡到y(tǒng)可能會(huì)根據(jù)錯(cuò)誤的電流和電壓信號(hào)，錯(cuò)誤地調(diào)整觸發(fā)角和關(guān)斷角，使換流閥的觸發(fā)和關(guān)斷時(shí)刻與實(shí)際需求不匹配，進(jìn)而引發(fā)換相失敗。3.4控制系統(tǒng)故障控制系統(tǒng)作為多直流落點(diǎn)系統(tǒng)的“大腦”，對(duì)換流器的穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的調(diào)控作用。一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，就會(huì)導(dǎo)致觸發(fā)角控制異常，從而破壞換相過(guò)程的正常秩序，引發(fā)換相失敗。控制系統(tǒng)故障的原因是多方面的。硬件故障是一個(gè)重要因素，如控制芯片損壞、電路板上的元件老化或虛焊等，都可能導(dǎo)致控制信號(hào)傳輸不暢或丟失。在某多直流落點(diǎn)系統(tǒng)的換流站中，由于長(zhǎng)期運(yùn)行，控制電路板上的一個(gè)電容出現(xiàn)老化，容量下降，導(dǎo)致控制信號(hào)出現(xiàn)畸變，最終引發(fā)了換相失敗。軟件故障也不容忽視，程序漏洞、算法錯(cuò)誤或軟件版本不兼容等問(wèn)題，都可能使控制系統(tǒng)的邏輯出現(xiàn)混亂，無(wú)法正確計(jì)算和輸出觸發(fā)角。若控制系統(tǒng)的軟件算法在處理復(fù)雜工況時(shí)存在缺陷，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)負(fù)荷突變等情況時(shí)，可能會(huì)錯(cuò)誤地計(jì)算觸發(fā)角，導(dǎo)致?lián)Q流閥的觸發(fā)時(shí)刻不準(zhǔn)確，進(jìn)而引發(fā)換相失敗。通信故障同樣會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，控制信號(hào)在傳輸過(guò)程中受到干擾、延遲或中斷，會(huì)使控制系統(tǒng)無(wú)法及時(shí)獲取準(zhǔn)確的運(yùn)行信息，也無(wú)法將正確的控制指令傳達(dá)給換流閥。在通信線(xiàn)路受到電磁干擾時(shí)，控制信號(hào)可能會(huì)出現(xiàn)誤碼，導(dǎo)致觸發(fā)角控制異常，引發(fā)換相失敗。當(dāng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致觸發(fā)角控制異常時(shí)，會(huì)對(duì)換相過(guò)程產(chǎn)生一系列嚴(yán)重的影響。觸發(fā)角控制異常會(huì)使換流閥的導(dǎo)通時(shí)刻不準(zhǔn)確。在正常情況下，觸發(fā)角是根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和控制策略精確計(jì)算得出的，以確保換流閥在合適的時(shí)刻導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)順利換相。當(dāng)觸發(fā)角控制異常時(shí)，換流閥可能會(huì)提前或延遲導(dǎo)通，這會(huì)改變換相過(guò)程中的電壓和電流分布。如果換流閥提前導(dǎo)通，會(huì)使正在導(dǎo)通的閥承受過(guò)大的電流沖擊，同時(shí)也會(huì)影響其他閥的正常換相；如果換流閥延遲導(dǎo)通，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q相時(shí)間延長(zhǎng)，換相電壓降低，增加換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)。觸發(fā)角控制異常還會(huì)導(dǎo)致?lián)Q相角發(fā)生變化。換相角與觸發(fā)角密切相關(guān)，觸發(fā)角的異常變化會(huì)直接導(dǎo)致?lián)Q相角的改變。如果換相角過(guò)小，換流閥在換相過(guò)程中承受反向電壓的時(shí)間縮短，無(wú)法充分恢復(fù)阻斷能力，容易引發(fā)換相失??；如果換相角過(guò)大，會(huì)使換流閥的導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng)，增加換流設(shè)備的損耗，同時(shí)也可能影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。觸發(fā)角控制異常還可能導(dǎo)致控制系統(tǒng)的其他功能失效，如電流控制、電壓控制等，進(jìn)一步影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。四、多直流落點(diǎn)系統(tǒng)換相失敗評(píng)估指標(biāo)與方法4.1評(píng)估指標(biāo)準(zhǔn)確評(píng)估多直流落點(diǎn)系統(tǒng)換相失敗風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。在這一過(guò)程中，短路比（SCR）、多饋入短路比（MSCR和MISCR）以及廣義短路比（gSCR）等指標(biāo)發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它們從不同角度反映了系統(tǒng)的特性，為換相失敗風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了有力支持。4.1.1短路比（SCR）短路比（ShortCircuitRatio，SCR）是衡量直流輸電系統(tǒng)與交流系統(tǒng)相互作用的重要指標(biāo)，其定義為換流母線(xiàn)的短路容量與額定直流功率的比值。在單饋入交直流系統(tǒng)中，通常將交流系統(tǒng)用戴維南等值方法簡(jiǎn)化為一個(gè)理想電壓源串聯(lián)等值阻抗，以受端交流系統(tǒng)為例，其簡(jiǎn)化模型如圖1所示。在圖中，U∠δ為理想電壓源，Zeq為等值阻抗，Pac+jQac為交流系統(tǒng)傳輸?shù)墓β?，Pd+jQd為直流系統(tǒng)傳輸?shù)墓β剩琎c為換流站吸收或發(fā)出的無(wú)功功率。基于此模型，短路比KSCR的計(jì)算公式為：K_{SCR}=\frac{S_{ac}}{P_{dN}}=\frac{U_{N}^{2}}{Z_{eq}P_{dN}}其中，Sac為換流母線(xiàn)的短路容量，可表示為S_{ac}=\frac{U_{N}^{2}}{Z_{eq}}；PdN為額定直流功率；UN為換流母線(xiàn)的額定電壓；Zeq為交流系統(tǒng)的等值阻抗。短路比與換相失敗風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)。當(dāng)短路比越大時(shí)，意味著交流系統(tǒng)的短路容量相對(duì)額定直流功率越大，交流系統(tǒng)對(duì)直流系統(tǒng)的支撐能力越強(qiáng)。在這種情況下，交流系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性較好，能夠?yàn)閾Q流器提供較為穩(wěn)定的換相電壓，從而降低換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)。假設(shè)一個(gè)單饋入交直流系統(tǒng)，其短路比為5，當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生一定程度的擾動(dòng)時(shí)，由于短路比較大，交流系統(tǒng)能夠迅速恢復(fù)穩(wěn)定，換流器的換相過(guò)程受影響較小，換相失敗的概率較低。反之，當(dāng)短路比過(guò)小時(shí)，交流系統(tǒng)對(duì)直流系統(tǒng)的支撐能力較弱，交流系統(tǒng)的電壓容易受到直流系統(tǒng)功率變化的影響而波動(dòng)。一旦交流系統(tǒng)電壓波動(dòng)較大，就可能導(dǎo)致?lián)Q相電壓不足，使得換流閥無(wú)法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)阻斷能力，從而增加換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)。若另一個(gè)單饋入交直流系統(tǒng)的短路比僅為2，當(dāng)直流系統(tǒng)功率發(fā)生突變時(shí)，交流系統(tǒng)電壓可能會(huì)大幅下降，導(dǎo)致?lián)Q相失敗的可能性顯著增加。一般認(rèn)為，當(dāng)短路比小于3時(shí)，交流系統(tǒng)相對(duì)較弱，換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)較高；當(dāng)短路比大于3時(shí)，交流系統(tǒng)對(duì)直流系統(tǒng)的支撐能力較強(qiáng)，換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低。4.1.2多饋入短路比（MSCR和MISCR）在多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，由于存在多個(gè)直流饋入點(diǎn)，各直流系統(tǒng)之間存在相互影響，傳統(tǒng)的短路比無(wú)法準(zhǔn)確反映這種復(fù)雜的相互作用。因此，多饋入短路比（Multi-InfeedShortCircuitRatio，MISCR）和多饋入有效短路比（Multi-InfeedEffectiveShortCircuitRatio，MSCR）應(yīng)運(yùn)而生。多饋入短路比（MISCR）的定義是通過(guò)理論分析和公式推導(dǎo)得出的。在包含n回直流回路的多饋入交直流系統(tǒng)中，各回直流注入交流系統(tǒng)的電流分別為I1、I2、…、In。假設(shè)從各直流換流母線(xiàn)看進(jìn)去的等值節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣為Zeq，其第i行、j列元素為Zeqij。第j回直流對(duì)第i回直流的電壓、功率影響分別用Uij、Sij表示，計(jì)算公式如下：U_{ij}=I_{j}Z_{eqij}=I_{j}\frac{Z_{eqij}}{Z_{eqii}}Z_{eqii}S_{ij}=U_{i}^{*}I_{j}=U_{i}I_{j}\frac{Z_{eqij}}{Z_{eqii}}考慮其他直流回路影響后的等效直流功率Pdeq為：P_{deq}=P_{di}+\sum_{j=1,j\neqi}^{n}P_{dij}其中，Pdi為第i回直流的額定直流功率，Pij為第j回直流對(duì)第i回直流的功率影響。則第i回直流的多饋入短路比MISCRi定義為：MISCR_{i}=\frac{S_{aci}}{P_{deqi}}其中，Saci為第i回直流換流母線(xiàn)的短路容量。多饋入有效短路比（MSCR）則是從多端口戴維南等值方法出發(fā)，將多饋入交直流系統(tǒng)簡(jiǎn)化為一個(gè)等效模型，考慮了各直流之間的動(dòng)態(tài)相互作用。其具體的計(jì)算方法較為復(fù)雜，涉及到對(duì)系統(tǒng)中多個(gè)參數(shù)的綜合考慮和復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。在實(shí)際應(yīng)用中，MSCR能夠更準(zhǔn)確地反映多饋入交直流系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)過(guò)程中的特性。在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，MSCR可以考慮到各直流之間的相互影響以及系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，更全面地評(píng)估系統(tǒng)的穩(wěn)定性。MSCR和MISCR主要應(yīng)用于多直流落點(diǎn)系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行分析中。在系統(tǒng)規(guī)劃階段，通過(guò)計(jì)算MSCR和MISCR，可以評(píng)估不同直流落點(diǎn)布局和輸電容量分配方案下系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為方案的選擇提供依據(jù)。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)MSCR和MISCR的變化，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)潛在的穩(wěn)定性問(wèn)題，采取相應(yīng)的控制措施。與傳統(tǒng)的短路比（SCR）相比，MSCR和MISCR考慮了多回直流間的相互影響，能夠更準(zhǔn)確地反映多直流落點(diǎn)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況。傳統(tǒng)SCR僅適用于單饋入交直流系統(tǒng)，在多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，若使用傳統(tǒng)SCR進(jìn)行評(píng)估，會(huì)忽略各直流之間的相互作用，導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果偏于樂(lè)觀(guān)。而MSCR和MISCR通過(guò)考慮各直流之間的電氣聯(lián)系和相互影響，能夠更全面、準(zhǔn)確地評(píng)估系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為多直流落點(diǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行和控制提供更可靠的指導(dǎo)。4.1.3廣義短路比（gSCR）廣義短路比（generalizedShortCircuitRatio，gSCR）是從特征根的角度提出的一種用于刻畫(huà)交直流系統(tǒng)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的指標(biāo)。它克服了傳統(tǒng)短路比概念在多饋入下物理機(jī)理不明確及對(duì)交流系統(tǒng)強(qiáng)度刻畫(huà)不準(zhǔn)確的缺陷，實(shí)現(xiàn)了短路比概念在單饋入和多饋入下物理意義及數(shù)學(xué)形式上的統(tǒng)一。gSCR的定義基于對(duì)交直流系統(tǒng)雅可比矩陣的分析。通過(guò)模態(tài)解耦的思想，將多饋入系統(tǒng)雅可比矩陣解耦為多個(gè)等效單饋入系統(tǒng)雅可比矩陣，從而定義了gSCR。其計(jì)算過(guò)程涉及到復(fù)雜的矩陣運(yùn)算和特征根分析。在一個(gè)包含n個(gè)直流饋入點(diǎn)的多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，首先建立系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，得到系統(tǒng)的雅可比矩陣J。對(duì)雅可比矩陣J進(jìn)行特征值分解，得到其特征值λi（i=1,2，…，n）。通過(guò)一系列的數(shù)學(xué)變換和推導(dǎo)，得到廣義短路比gSCR的表達(dá)式。雖然具體的表達(dá)式較為復(fù)雜，但它綜合考慮了系統(tǒng)中各個(gè)直流饋入點(diǎn)的電氣參數(shù)、控制參數(shù)以及交流系統(tǒng)的特性。gSCR具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。它在較弱的假定條件下定義，具有一般性，適用于各種復(fù)雜的多直流落點(diǎn)系統(tǒng)。理論證明gSCR唯一存在且不小于最小多饋入短路比，傳統(tǒng)短路比僅是gSCR在附加較強(qiáng)假設(shè)條件后的一個(gè)特例。在實(shí)際的多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，gSCR能夠更準(zhǔn)確地描述受端交流電網(wǎng)的強(qiáng)度。通過(guò)計(jì)算gSCR，可以更全面地了解系統(tǒng)的穩(wěn)定性狀況，為系統(tǒng)的規(guī)劃、運(yùn)行和控制提供更準(zhǔn)確的依據(jù)。在系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)，根據(jù)gSCR的計(jì)算結(jié)果，可以合理確定直流輸電線(xiàn)路的落點(diǎn)和輸電容量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)gSCR的變化，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)，采取有效的控制措施，預(yù)防換相失敗等故障的發(fā)生。在多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，gSCR的應(yīng)用效果顯著。通過(guò)對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的仿真分析和實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)gSCR能夠準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)在不同運(yùn)行工況下的穩(wěn)定性變化。在系統(tǒng)發(fā)生故障或受到擾動(dòng)時(shí)，gSCR能夠及時(shí)捕捉到系統(tǒng)狀態(tài)的變化，為運(yùn)行人員提供準(zhǔn)確的預(yù)警信息。與其他短路比指標(biāo)相比，gSCR在評(píng)估系統(tǒng)穩(wěn)定性方面具有更高的準(zhǔn)確性和可靠性，能夠更好地指導(dǎo)多直流落點(diǎn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。4.2評(píng)估方法4.2.1仿真分析法仿真分析法是評(píng)估多直流落點(diǎn)系統(tǒng)換相失敗風(fēng)險(xiǎn)的重要手段，它借助專(zhuān)業(yè)的電力系統(tǒng)仿真軟件，能夠?qū)ο到y(tǒng)在各種復(fù)雜工況下的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行精確模擬，為研究換相失敗問(wèn)題提供了豐富的數(shù)據(jù)支持和直觀(guān)的分析依據(jù)。在利用仿真軟件構(gòu)建多直流落點(diǎn)系統(tǒng)模型時(shí)，需全面考慮系統(tǒng)的各個(gè)組成部分及其特性。以PSCAD/EMTDC仿真軟件為例，首先要精確搭建交流系統(tǒng)模型，包括交流電源、輸電線(xiàn)路、變壓器等元件。對(duì)于交流電源，需準(zhǔn)確設(shè)定其電壓幅值、頻率、相位等參數(shù)，以模擬實(shí)際電網(wǎng)中的電源特性。在構(gòu)建輸電線(xiàn)路模型時(shí)，要考慮線(xiàn)路的電阻、電感、電容等參數(shù)，以及線(xiàn)路的分布參數(shù)特性，采用合適的輸電線(xiàn)路模型，如π型等效電路模型，以精確模擬輸電線(xiàn)路的電氣特性。變壓器模型的搭建也至關(guān)重要，需考慮變壓器的變比、漏抗、勵(lì)磁電抗等參數(shù)，以及變壓器的磁飽和特性，采用基于磁化曲線(xiàn)的變壓器模型，以準(zhǔn)確模擬變壓器在不同運(yùn)行工況下的性能。直流系統(tǒng)模型的搭建同樣關(guān)鍵，要詳細(xì)考慮換流器、直流輸電線(xiàn)路、平波電抗器等元件。對(duì)于換流器，可采用基于晶閘管的六脈動(dòng)或十二脈動(dòng)換流器模型，準(zhǔn)確設(shè)定晶閘管的觸發(fā)角、關(guān)斷角等控制參數(shù)，以及換流器的換相電抗、換相重疊角等電氣參數(shù)，以模擬換流器的換相過(guò)程。直流輸電線(xiàn)路模型要考慮線(xiàn)路的電阻、電感、電容等參數(shù)，以及線(xiàn)路的損耗特性，采用合適的直流輸電線(xiàn)路模型，如分布參數(shù)模型，以精確模擬直流輸電線(xiàn)路的電氣特性。平波電抗器模型的搭建需考慮電抗器的電感值、電阻值等參數(shù)，以及電抗器的飽和特性，采用基于磁滯回線(xiàn)的電抗器模型，以準(zhǔn)確模擬平波電抗器在不同運(yùn)行工況下的性能。在模擬換相失敗場(chǎng)景時(shí)，可通過(guò)設(shè)置不同的故障類(lèi)型和故障參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于交流系統(tǒng)故障，可設(shè)置交流線(xiàn)路短路故障，包括三相短路、兩相短路、單相接地短路等不同類(lèi)型的短路故障。在設(shè)置短路故障時(shí)，需設(shè)定故障發(fā)生的時(shí)刻、故障持續(xù)時(shí)間、故障位置等參數(shù)，以模擬不同情況下的交流系統(tǒng)故障。例如，設(shè)置在t=0.5s時(shí)刻，在交流輸電線(xiàn)路的中點(diǎn)發(fā)生三相短路故障，故障持續(xù)時(shí)間為0.1s。對(duì)于直流系統(tǒng)故障，可設(shè)置直流線(xiàn)路接地故障，以及換流器觸發(fā)脈沖異常等故障。在設(shè)置直流線(xiàn)路接地故障時(shí)，需設(shè)定故障發(fā)生的時(shí)刻、故障持續(xù)時(shí)間、故障電阻等參數(shù)，以模擬不同情況下的直流系統(tǒng)故障。在模擬換流器觸發(fā)脈沖異常時(shí)，可設(shè)置觸發(fā)脈沖丟失或延遲的故障，設(shè)定觸發(fā)脈沖丟失或延遲的時(shí)刻、丟失或延遲的脈沖個(gè)數(shù)等參數(shù)，以模擬不同情況下的觸發(fā)脈沖異常故障。通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析，能夠獲取豐富的信息，為評(píng)估換相失敗風(fēng)險(xiǎn)提供有力支持?？梢苑治鲋绷麟妷骸㈦娏鞯淖兓€(xiàn)，觀(guān)察在換相失敗發(fā)生前后，直流電壓、電流的幅值、波形等參數(shù)的變化情況。在換相失敗發(fā)生時(shí)，直流電壓通常會(huì)急劇下降，直流電流會(huì)迅速增大，通過(guò)對(duì)這些變化的分析，能夠判斷換相失敗的嚴(yán)重程度。還可以分析交流電壓、電流的變化曲線(xiàn)，觀(guān)察交流系統(tǒng)在換相失敗過(guò)程中的響應(yīng)情況。交流電壓可能會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)、跌落等現(xiàn)象，交流電流可能會(huì)出現(xiàn)畸變、增大等情況，通過(guò)對(duì)這些變化的分析，能夠了解換相失敗對(duì)交流系統(tǒng)的影響。還可以分析觸發(fā)角、關(guān)斷角等控制參數(shù)的變化情況，以及換流器的換相過(guò)程，深入研究換相失敗的發(fā)生機(jī)理和影響因素。4.2.2實(shí)際案例分析法實(shí)際案例分析法是通過(guò)對(duì)實(shí)際電力系統(tǒng)中換相失敗案例的深入研究，總結(jié)規(guī)律和影響因素，為多直流落點(diǎn)系統(tǒng)換相失敗的評(píng)估和預(yù)防提供寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)實(shí)依據(jù)。在收集實(shí)際案例時(shí)，應(yīng)盡可能全面地獲取相關(guān)信息，包括故障發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等。以某實(shí)際多直流落點(diǎn)系統(tǒng)為例，在20XX年X月X日，該系統(tǒng)中的某逆變站發(fā)生了換相失敗故障。當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)處于滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，多個(gè)直流輸電線(xiàn)路同時(shí)向受電端輸送功率。通過(guò)對(duì)該案例的詳細(xì)調(diào)查，了解到故障發(fā)生前，交流系統(tǒng)曾出現(xiàn)過(guò)短暫的電壓波動(dòng)，且該逆變站的部分控制設(shè)備存在老化跡象。對(duì)實(shí)際案例中的故障原因進(jìn)行深入分析是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)故障錄波數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢查情況，判斷故障原因。在上述案例中，通過(guò)對(duì)故障錄波數(shù)據(jù)的仔細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)交流系統(tǒng)電壓在故障發(fā)生前出現(xiàn)了明顯的跌落，跌落幅度達(dá)到了額定電壓的20%，持續(xù)時(shí)間約為50ms。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，該逆變站的部分觸發(fā)脈沖傳輸線(xiàn)路存在接觸不良的問(wèn)題，導(dǎo)致部分觸發(fā)脈沖丟失。綜合分析認(rèn)為，此次換相失敗是由交流系統(tǒng)電壓跌落和觸發(fā)脈沖丟失共同作用引起的。從實(shí)際案例中總結(jié)規(guī)律和影響因素，能夠?yàn)閾Q相失敗的評(píng)估和預(yù)防提供重要參考。通過(guò)對(duì)多個(gè)實(shí)際案例的分析，發(fā)現(xiàn)交流系統(tǒng)故障是導(dǎo)致?lián)Q相失敗的主要原因之一，其中交流電壓波動(dòng)和頻率異常對(duì)換相失敗的影響尤為顯著。當(dāng)交流電壓波動(dòng)超過(guò)一定范圍時(shí)，換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)大幅增加。直流系統(tǒng)自身因素，如觸發(fā)脈沖異常、直流電流過(guò)大等，也會(huì)引發(fā)換相失敗。換流變壓器故障、控制系統(tǒng)故障等也可能導(dǎo)致?lián)Q相失敗的發(fā)生。在評(píng)估多直流落點(diǎn)系統(tǒng)換相失敗風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注這些因素，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施。在實(shí)際案例中，還可以總結(jié)出一些有效的應(yīng)對(duì)措施。當(dāng)發(fā)現(xiàn)交流系統(tǒng)電壓出現(xiàn)異常波動(dòng)時(shí)，可通過(guò)快速調(diào)整無(wú)功補(bǔ)償裝置，提高交流系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，降低換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于觸發(fā)脈沖異常問(wèn)題，可加強(qiáng)對(duì)控制設(shè)備的維護(hù)和檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，確保觸發(fā)脈沖的正常傳輸。五、多直流落點(diǎn)系統(tǒng)換相失敗預(yù)防方法5.1優(yōu)化控制系統(tǒng)5.1.1改進(jìn)觸發(fā)角控制策略觸發(fā)角在換流器的換相過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，它的精確控制對(duì)于避免換相失敗至關(guān)重要。傳統(tǒng)的觸發(fā)角控制策略在面對(duì)復(fù)雜多變的運(yùn)行工況時(shí)，往往存在一定的局限性，難以充分滿(mǎn)足多直流落點(diǎn)系統(tǒng)對(duì)換相可靠性的嚴(yán)格要求。因此，改進(jìn)觸發(fā)角控制策略成為預(yù)防換相失敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)觸發(fā)角的精確控制，研究人員提出了多種先進(jìn)的控制算法。自適應(yīng)控制算法便是其中一種極具潛力的方法。該算法能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，包括交流系統(tǒng)的電壓、頻率，直流系統(tǒng)的電流、功率等參數(shù)，并根據(jù)這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整觸發(fā)角。在交流系統(tǒng)電壓波動(dòng)較大時(shí)，自適應(yīng)控制算法可以通過(guò)快速計(jì)算和分析，自動(dòng)調(diào)整觸發(fā)角，以確保換流閥在最佳時(shí)刻導(dǎo)通和關(guān)斷，從而有效降低換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)檢測(cè)到交流電壓下降時(shí)，自適應(yīng)控制算法會(huì)適當(dāng)增大觸發(fā)角，延長(zhǎng)換流閥的導(dǎo)通時(shí)間，以增加換相過(guò)程中的電壓裕度，提高換相的可靠性。這種根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整觸發(fā)角的方式，能夠使換流器更好地適應(yīng)復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境，顯著提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。智能控制算法也為觸發(fā)角的優(yōu)化控制提供了新的思路。例如，模糊控制算法通過(guò)建立模糊規(guī)則庫(kù)，將系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)（如交流電壓、直流電流等）模糊化處理，然后根據(jù)模糊規(guī)則進(jìn)行推理和決策，最終得出合適的觸發(fā)角控制量。模糊控制算法具有較強(qiáng)的魯棒性和適應(yīng)性，能夠在系統(tǒng)參數(shù)不確定或存在干擾的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)觸發(fā)角的有效控制。在多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，各直流之間以及直流與交流系統(tǒng)之間存在著復(fù)雜的相互作用，系統(tǒng)參數(shù)可能會(huì)發(fā)生較大變化。此時(shí)，模糊控制算法能夠利用其獨(dú)特的模糊推理機(jī)制，快速準(zhǔn)確地調(diào)整觸發(fā)角，以應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的變化，有效預(yù)防換相失敗的發(fā)生。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法也能夠通過(guò)對(duì)大量歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，建立起系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)與觸發(fā)角之間的復(fù)雜映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)觸發(fā)角的智能優(yōu)化控制。在實(shí)際應(yīng)用中，改進(jìn)觸發(fā)角控制策略取得了顯著的效果。某多直流落點(diǎn)系統(tǒng)在采用了自適應(yīng)觸發(fā)角控制策略后，換相失敗的發(fā)生率大幅降低。根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在實(shí)施改進(jìn)策略后的一年內(nèi)，換相失敗的次數(shù)從原來(lái)的每年20次減少到了5次，降幅達(dá)到了75%。系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性得到了顯著提升，直流輸電的功率波動(dòng)明顯減小，交流系統(tǒng)的電壓和頻率也更加穩(wěn)定。這不僅提高了電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量，還降低了設(shè)備的損耗和維護(hù)成本，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。5.1.2增強(qiáng)控制系統(tǒng)的魯棒性在多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，由于運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜多變，控制系統(tǒng)面臨著各種不確定性和干擾因素，如負(fù)荷突變、系統(tǒng)故障、電磁干擾等。這些因素可能導(dǎo)致控制系統(tǒng)的性能下降，甚至引發(fā)換相失敗。因此，增強(qiáng)控制系統(tǒng)的魯棒性成為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的關(guān)鍵。為了提高控制系統(tǒng)應(yīng)對(duì)復(fù)雜工況和干擾的能力，可以采取多種措施。采用冗余設(shè)計(jì)技術(shù)是一種有效的方法。通過(guò)在控制系統(tǒng)中設(shè)置冗余的硬件設(shè)備和軟件模塊，當(dāng)某個(gè)部分出現(xiàn)故障時(shí)，冗余部分能夠迅速接替其工作，確?？刂葡到y(tǒng)的正常運(yùn)行。在換流器的控制系統(tǒng)中，可以配置冗余的控制芯片、通信線(xiàn)路和電源模塊等。當(dāng)主控制芯片發(fā)生故障時(shí)，備用控制芯片能夠立即啟動(dòng)，繼續(xù)執(zhí)行控制任務(wù)，避免因硬件故障導(dǎo)致觸發(fā)角控制異常，進(jìn)而引發(fā)換相失敗。冗余的通信線(xiàn)路可以保證控制信號(hào)的可靠傳輸，防止因通信中斷而影響控制系統(tǒng)的正常工作。引入抗干擾技術(shù)也是增強(qiáng)控制系統(tǒng)魯棒性的重要手段。在多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，電磁干擾是一種常見(jiàn)的干擾源，它可能會(huì)對(duì)控制信號(hào)的傳輸和處理產(chǎn)生不良影響。為了抑制電磁干擾，可以采用屏蔽、濾波等技術(shù)。對(duì)控制設(shè)備進(jìn)行屏蔽處理，使用金屬屏蔽罩將控制設(shè)備包裹起來(lái)，防止外界電磁干擾進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部。在控制信號(hào)傳輸線(xiàn)路上安裝濾波器，濾除信號(hào)中的高頻干擾成分，提高信號(hào)的質(zhì)量。采用隔離技術(shù)，將控制系統(tǒng)與其他可能產(chǎn)生干擾的設(shè)備隔離開(kāi)來(lái)，減少干擾的影響。在換流站中，將控制系統(tǒng)與大功率的換流設(shè)備隔離開(kāi)，避免換流設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)控制系統(tǒng)造成影響。采用自適應(yīng)控制技術(shù)也是提高控制系統(tǒng)魯棒性的有效途徑。自適應(yīng)控制技術(shù)能夠根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和干擾情況，自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)，使控制系統(tǒng)始終保持在最佳的運(yùn)行狀態(tài)。在多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)荷發(fā)生突變時(shí)，自適應(yīng)控制技術(shù)可以迅速調(diào)整控制參數(shù)，如觸發(fā)角、關(guān)斷角等，以適應(yīng)負(fù)荷的變化，確保換相過(guò)程的順利進(jìn)行。自適應(yīng)控制技術(shù)還可以根據(jù)系統(tǒng)的故障情況，自動(dòng)切換到相應(yīng)的備用控制策略，提高系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。當(dāng)檢測(cè)到交流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自適應(yīng)控制技術(shù)可以自動(dòng)調(diào)整觸發(fā)角，減小直流電流，降低換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，它還可以啟動(dòng)備用的無(wú)功補(bǔ)償策略，穩(wěn)定交流系統(tǒng)的電壓，為換相過(guò)程提供良好的運(yùn)行環(huán)境。5.2加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)與管理5.2.1定期設(shè)備檢修定期對(duì)換流變壓器等關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行檢修是確保多直流落點(diǎn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要舉措。換流變壓器作為連接交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)的核心設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響著換相過(guò)程的可靠性。在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，換流變壓器可能會(huì)出現(xiàn)繞組絕緣老化、鐵芯松動(dòng)、分接開(kāi)關(guān)接觸不良等問(wèn)題，這些問(wèn)題若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q流變壓器的性能下降，甚至引發(fā)故障，進(jìn)而增加換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)。定期檢修能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)備潛在的問(wèn)題。在檢修過(guò)程中，檢修人員會(huì)對(duì)換流變壓器的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行全面檢測(cè)。通過(guò)油色譜分析，可以檢測(cè)變壓器油中的氣體成分，判斷繞組是否存在過(guò)熱、放電等故障；通過(guò)繞組變形測(cè)試，可以檢測(cè)繞組的結(jié)構(gòu)是否發(fā)生變化，評(píng)估繞組的機(jī)械強(qiáng)度。對(duì)分接開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢查時(shí)，會(huì)查看其接觸電阻是否正常，操作是否靈活，以確保分接開(kāi)關(guān)能夠準(zhǔn)確地調(diào)整電壓。對(duì)于換流閥，會(huì)檢查晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷特性，測(cè)試觸發(fā)脈沖的傳輸性能，確保換流閥能夠正常工作。制定科學(xué)合理的檢修周期和內(nèi)容至關(guān)重要。檢修周期應(yīng)根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間、負(fù)荷情況、環(huán)境條件等因素綜合確定。對(duì)于運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)、負(fù)荷較重、環(huán)境條件惡劣的設(shè)備，應(yīng)適當(dāng)縮短檢修周期。在檢修內(nèi)容方面，應(yīng)包括設(shè)備的外觀(guān)檢查、性能測(cè)試、零部件更換等。在外觀(guān)檢查時(shí)，會(huì)查看設(shè)備的外殼是否有破損、變形，散熱片是否堵塞，連接部位是否松動(dòng)等。性能測(cè)試則包括電氣性能測(cè)試、機(jī)械性能測(cè)試等，如測(cè)試變壓器的變比、短路阻抗、空載損耗等電氣參數(shù)，檢查換流閥的耐壓性能、關(guān)斷時(shí)間等。對(duì)于老化、損壞的零部件，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換，以保證設(shè)備的性能和可靠性。在某多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，通過(guò)嚴(yán)格執(zhí)行定期檢修制度，成功避免了多起潛在的設(shè)備故障引發(fā)的換相失敗事故。在一次對(duì)換流變壓器的定期檢修中，檢修人員通過(guò)油色譜分析發(fā)現(xiàn)變壓器油中的乙炔含量超標(biāo)，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)繞組存在局部放電現(xiàn)象。及時(shí)對(duì)繞組進(jìn)行了修復(fù)處理，避免了繞組故障的進(jìn)一步發(fā)展，確保了換流變壓器的安全運(yùn)行，有效降低了換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)。5.2.2實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)利用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障，是預(yù)防多直流落點(diǎn)系統(tǒng)換相失敗的重要手段。隨著科技的不斷進(jìn)步，各種先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)為設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供了有力支持。采用在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。通過(guò)在換流變壓器、換流閥等關(guān)鍵設(shè)備上安裝傳感器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的溫度、振動(dòng)、壓力、電流、電壓等參數(shù)。在換流變壓器的繞組和鐵芯上安裝溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其溫度變化。當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提示運(yùn)行人員采取相應(yīng)的措施。在換流閥上安裝電流傳感器和電壓傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其工作電流和電壓，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況。利用振動(dòng)傳感器監(jiān)測(cè)設(shè)備的振動(dòng)情況，能夠判斷設(shè)備是否存在機(jī)械故障。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常振動(dòng)時(shí)，說(shuō)明設(shè)備內(nèi)部可能存在零部件松動(dòng)、磨損等問(wèn)題，需要及時(shí)進(jìn)行檢修。數(shù)據(jù)分析技術(shù)在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)中也發(fā)揮著重要作用。通過(guò)對(duì)采集到的大量運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，可以挖掘出設(shè)備運(yùn)行的潛在規(guī)律和趨勢(shì)，提前預(yù)測(cè)設(shè)備故障的發(fā)生。利用數(shù)據(jù)挖掘算法對(duì)設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立設(shè)備的故障預(yù)測(cè)模型。根據(jù)模型預(yù)測(cè)設(shè)備在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)可能出現(xiàn)的故障類(lèi)型和故障時(shí)間，以便運(yùn)行人員提前做好維護(hù)準(zhǔn)備。通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的電流、電壓、溫度等參數(shù)出現(xiàn)異常波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行分析判斷，確定異常原因，并及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。在某多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，引入了一套先進(jìn)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)換流變壓器的油溫、繞組溫度、油中氣體成分等參數(shù)，并結(jié)合數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。在一次監(jiān)測(cè)過(guò)程中，系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)某臺(tái)換流變壓器的油溫在短時(shí)間內(nèi)迅速上升，且油中氣體成分出現(xiàn)異常。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，判斷可能是變壓器內(nèi)部出現(xiàn)了局部過(guò)熱故障。運(yùn)行人員及時(shí)采取了緊急措施，停止了該變壓器的運(yùn)行，并進(jìn)行了檢修。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，變壓器的繞組存在一處絕緣損壞，導(dǎo)致局部短路過(guò)熱。由于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題，避免了故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，有效預(yù)防了換相失敗的發(fā)生。5.3增加冗余設(shè)備5.3.1備份換流器備份換流器在多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色，它是保障系統(tǒng)在主換流器故障時(shí)仍能穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵備用設(shè)備。備份換流器的工作原理基于冗余設(shè)計(jì)理念，其結(jié)構(gòu)和性能與主換流器基本一致。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，備份換流器處于熱備用狀態(tài)，即它已經(jīng)通電并隨時(shí)準(zhǔn)備投入工作，但并不承擔(dān)實(shí)際的換流任務(wù)。它與主換流器通過(guò)一套精密的切換控制裝置相連，該裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主換流器的運(yùn)行狀態(tài)。一旦主換流器發(fā)生故障，如晶閘管損壞、控制系統(tǒng)故障等，切換控制裝置會(huì)迅速檢測(cè)到故障信號(hào)。在檢測(cè)到故障后，切換控制裝置會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)（通常在毫秒級(jí)）執(zhí)行切換操作。它首先會(huì)切斷主換流器與系統(tǒng)的連接，防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大。切換控制裝置會(huì)將備份換流器快速接入系統(tǒng)，使其承擔(dān)起主換流器的換流任務(wù)。在切換過(guò)程中，備份換流器會(huì)根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)和控制指令，迅速調(diào)整自身的工作狀態(tài)，確保換流過(guò)程的連續(xù)性和穩(wěn)定性。備份換流器投入運(yùn)行后，能夠保證直流輸電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。它可以繼續(xù)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，或者將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，維持系統(tǒng)的功率傳輸。在某多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，一次主換流器突發(fā)晶閘管故障，導(dǎo)致?lián)Q相失敗，直流電壓急劇下降。此時(shí)，備份換流器在切換控制裝置的作用下，迅速投入運(yùn)行。備份換流器快速調(diào)整觸發(fā)角和關(guān)斷角，穩(wěn)定了直流電壓和電流，使系統(tǒng)在極短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)了正常運(yùn)行，避免了因主換流器故障而導(dǎo)致的大面積停電事故。為了確保備份換流器在關(guān)鍵時(shí)刻能夠可靠投入運(yùn)行，需要對(duì)其進(jìn)行定期的維護(hù)和測(cè)試。維護(hù)人員會(huì)定期檢查備份換流器的硬件設(shè)備，包括晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷特性、冷卻系統(tǒng)的性能、電氣連接的可靠性等。還會(huì)對(duì)備份換流器的控制系統(tǒng)進(jìn)行軟件升級(jí)和功能測(cè)試，確保其控制算法的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。通過(guò)定期的維護(hù)和測(cè)試，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)備份換流器存在的潛在問(wèn)題，并進(jìn)行修復(fù)和優(yōu)化，保證其在主換流器故障時(shí)能夠迅速、可靠地投入運(yùn)行，為多直流落點(diǎn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的保障。5.3.2備用控制系統(tǒng)備用控制系統(tǒng)作為多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，在主控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，承擔(dān)著保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要使命。它的切換和運(yùn)行方式直接關(guān)系到系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。備用控制系統(tǒng)與主控制系統(tǒng)相互獨(dú)立，具備完整的控制功能。它通常采用與主控制系統(tǒng)相同或相似的硬件架構(gòu)和軟件算法，以確保在切換后能夠無(wú)縫銜接主控制系統(tǒng)的工作。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，備用控制系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主控制系統(tǒng)的運(yùn)行信號(hào)。通過(guò)與主控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，備用控制系統(tǒng)能夠獲取系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，如觸發(fā)角、關(guān)斷角、直流電流、直流電壓等，并對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理。一旦檢測(cè)到主控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，如硬件損壞、軟件崩潰、通信中斷等，備用控制系統(tǒng)會(huì)立即啟動(dòng)切換程序。切換過(guò)程是備用控制系統(tǒng)發(fā)揮作用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)檢測(cè)到主控制系統(tǒng)故障后，備用控制系統(tǒng)會(huì)迅速發(fā)出切換指令。在切換指令的作用下，系統(tǒng)中的切換裝置會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)完成主控制系統(tǒng)與備用控制系統(tǒng)的切換。切換裝置會(huì)切斷主控制系統(tǒng)與換流器等設(shè)備的連接，同時(shí)將備用控制系統(tǒng)與這些設(shè)備連接起來(lái)。在切換過(guò)程中，備用控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的控制策略和當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，快速調(diào)整控制參數(shù)，確保換流器的正常運(yùn)行。它會(huì)根據(jù)當(dāng)前的直流電流和電壓情況，調(diào)整觸發(fā)角和關(guān)斷角，以保證換相過(guò)程的順利進(jìn)行。備用控制系統(tǒng)還會(huì)對(duì)系統(tǒng)的其他部分進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，如調(diào)節(jié)無(wú)功補(bǔ)償裝置，穩(wěn)定交流系統(tǒng)的電壓。備用控制系統(tǒng)投入運(yùn)行后，會(huì)持續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。它會(huì)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括交流系統(tǒng)的電壓、頻率，直流系統(tǒng)的電流、功率等。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析和處理，備用控制系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，并采取相應(yīng)的控制措施。當(dāng)發(fā)現(xiàn)交流系統(tǒng)電壓波動(dòng)較大時(shí)，備用控制系統(tǒng)會(huì)調(diào)整換流器的觸發(fā)角，改變換流器的無(wú)功消耗，以穩(wěn)定交流系統(tǒng)的電壓。當(dāng)檢測(cè)到直流電流過(guò)大時(shí)，備用控制系統(tǒng)會(huì)采取限流措施，保護(hù)換流設(shè)備。在某多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，曾發(fā)生過(guò)一次主控制系統(tǒng)的硬件故障。備用控制系統(tǒng)在檢測(cè)到故障后，迅速完成了切換操作。在備用控制系統(tǒng)的控制下，系統(tǒng)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)逐漸恢復(fù)穩(wěn)定，換相過(guò)程正常進(jìn)行，直流輸電系統(tǒng)繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。這次事件充分展示了備用控制系統(tǒng)在保障多直流落點(diǎn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行方面的重要作用。為了確保備用控制系統(tǒng)的可靠性，需要對(duì)其進(jìn)行定期的維護(hù)和測(cè)試。維護(hù)人員會(huì)定期檢查備用控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備，確保其性能良好。還會(huì)對(duì)備用控制系統(tǒng)的軟件進(jìn)行更新和優(yōu)化，提高其控制精度和響應(yīng)速度。通過(guò)定期的維護(hù)和測(cè)試，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)備用控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題，并進(jìn)行解決，保證其在主控制系統(tǒng)故障時(shí)能夠可靠地發(fā)揮作用。5.4無(wú)功補(bǔ)償與電壓控制5.4.1安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置在多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)于穩(wěn)定交流電壓、預(yù)防換相失敗起著至關(guān)重要的作用。多直流落點(diǎn)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，換流器在實(shí)現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，會(huì)消耗大量的無(wú)功功率。以某實(shí)際多直流落點(diǎn)系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)中每個(gè)換流站在滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，無(wú)功功率的消耗量可達(dá)數(shù)百兆乏。大量的無(wú)功功率消耗會(huì)導(dǎo)致交流系統(tǒng)的電壓下降，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)交流系統(tǒng)電壓下降時(shí)，換相電壓也會(huì)隨之降低，這會(huì)增加換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)。安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置可以有效解決這一問(wèn)題。常見(jiàn)的無(wú)功補(bǔ)償裝置包括靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）和靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）。靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）主要由晶閘管控制電抗器（TCR）和晶閘管投切電容器（TSC）組成。TCR通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)調(diào)節(jié)電抗器的電抗值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。TSC則通過(guò)晶閘管的快速投切來(lái)改變電容器的投入數(shù)量，實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的分級(jí)調(diào)節(jié)。在交流系統(tǒng)電壓下降時(shí)，SVC可以迅速增加容性無(wú)功功率的輸出，提高交流系統(tǒng)的電壓水平。當(dāng)檢測(cè)到交流母線(xiàn)電壓下降時(shí)，TCR減小電抗值，增加感性無(wú)功功率的吸收，TSC投入更多的電容器，增加容性無(wú)功功率的輸出，從而穩(wěn)定交流系統(tǒng)的電壓。靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）是一種基于電壓源換流器（VSC）的新型無(wú)功補(bǔ)償裝置。它通過(guò)控制VSC的觸發(fā)脈沖，使其輸出與系統(tǒng)所需無(wú)功功率大小相等、方向相反的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功功率的快速、精確控制。與SVC相比，STATCOM具有響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)精度高、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。在系統(tǒng)發(fā)生快速變化的無(wú)功功率需求時(shí)，STATCOM能夠在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)做出響應(yīng)，快速調(diào)整無(wú)功功率輸出，有效抑制電壓波動(dòng)和閃變。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)負(fù)荷突變，導(dǎo)致無(wú)功功率需求瞬間增大時(shí)，STATCOM可以迅速增加無(wú)功功率輸出，穩(wěn)定交流系統(tǒng)的電壓，確保換流器的正常換相，降低換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置取得了顯著的效果。某多直流落點(diǎn)系統(tǒng)在安裝了STATCOM后，交流系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性得到了顯著提升。在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，STATCOM能夠快速響應(yīng)，將交流母線(xiàn)電壓波動(dòng)控制在較小的范圍內(nèi)，有效避免了因電壓波動(dòng)導(dǎo)致的換相失敗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，安裝STATCOM后，該系統(tǒng)的換相失敗發(fā)生率降低了50%以上，大大提高了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。5.4.2優(yōu)化電壓控制策略?xún)?yōu)化電壓控制策略是提高多直流落點(diǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過(guò)合理調(diào)整控制參數(shù)和優(yōu)化控制算法，可以有效提升系統(tǒng)應(yīng)對(duì)各種工況的能力，降低換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)的電壓控制策略在面對(duì)復(fù)雜多變的多直流落點(diǎn)系統(tǒng)時(shí)，往往存在一定的局限性。例如，基于固定參數(shù)的PI控制策略，在系統(tǒng)運(yùn)行工況發(fā)生較大變化時(shí)，難以快速準(zhǔn)確地調(diào)整電壓，導(dǎo)致電壓波動(dòng)較大，增加換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)。為了克服這些局限性，需要采用先進(jìn)的控制算法。自適應(yīng)控制算法便是一種有效的解決方案，它能夠根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)，使系統(tǒng)始終保持在最佳的運(yùn)行狀態(tài)。在多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，自適應(yīng)控制算法可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)交流系統(tǒng)的電壓、頻率，直流系統(tǒng)的電流、功率等參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整電壓控制參數(shù)。當(dāng)交流系統(tǒng)電壓出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，自適應(yīng)控制算法可以快速計(jì)算并調(diào)整控制參數(shù)，使無(wú)功補(bǔ)償裝置及時(shí)響應(yīng)，穩(wěn)定交流系統(tǒng)的電壓。智能控制算法也為優(yōu)化電壓控制策略提供了新的思路。模糊控制算法通過(guò)建立模糊規(guī)則庫(kù)，將系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)（如交流電壓、直流電流等）模糊化處理，然后根據(jù)模糊規(guī)則進(jìn)行推理和決策，最終得出合適的控制量。模糊控制算法具有較強(qiáng)的魯棒性和適應(yīng)性，能夠在系統(tǒng)參數(shù)不確定或存在干擾的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的有效控制。在多直流落點(diǎn)系統(tǒng)中，各直流之間以及直流與交流系統(tǒng)之間存在著復(fù)雜的相互作用，系統(tǒng)參數(shù)可能會(huì)發(fā)生較大變化。此時(shí)，模糊控制算法能夠利用其獨(dú)特的模糊推理機(jī)制，快速準(zhǔn)確地調(diào)整電壓控制策略，以應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的變化，有效預(yù)防換相失敗的發(fā)生。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法也能夠通過(guò)對(duì)大量歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，建立起系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)與電壓控制之間的復(fù)雜映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的智能優(yōu)化控制。在實(shí)際應(yīng)用中，優(yōu)化電壓控制策略取得了良好的效果。某多直流落點(diǎn)系統(tǒng)采用了自適應(yīng)模糊控制策略后，系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性得到了顯著提高。在系統(tǒng)發(fā)生各種故障和擾動(dòng)時(shí)，該控制策略能夠迅速調(diào)整電壓，將交流母線(xiàn)電壓波動(dòng)控制在±5%以?xún)?nèi)，有效降低了換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用優(yōu)化后的電壓控制策略后，系統(tǒng)的換相失敗次數(shù)明顯減少，每年的換相失敗次數(shù)從原來(lái)的15次降低到了8次，系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性得到了大幅提升。六、案例分析與仿真驗(yàn)證6.1實(shí)際案例分析6.1.1案例介紹本案例為華東電網(wǎng)的多直流落點(diǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生了一起嚴(yán)重的換相失敗事件。華東電網(wǎng)通過(guò)多回直流線(xiàn)路接受來(lái)自不同地區(qū)的電能，形成了規(guī)模龐大且復(fù)雜的多直流落點(diǎn)格局。在20XX年X月X日的運(yùn)行過(guò)程中，該系統(tǒng)處于正常負(fù)荷狀態(tài)，多回直流輸電線(xiàn)路穩(wěn)定運(yùn)行。然而，在某一時(shí)刻，受端交流系統(tǒng)發(fā)生了嚴(yán)重的短路故障。具體來(lái)說(shuō)，在某500kV交流輸電線(xiàn)路上，由于線(xiàn)路遭受雷擊，導(dǎo)致三相短路故障的發(fā)生。故障發(fā)生后，交流系統(tǒng)的電壓瞬間急劇下降，短路電流大幅增加。此次故障對(duì)多直流落點(diǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生了顯著影響。故障發(fā)生后，多個(gè)直流逆變站的換流母線(xiàn)電壓迅速降低，其中部分逆變站的換流母線(xiàn)電壓最低降至額定電壓的0.6倍左右。隨著換流母線(xiàn)電壓的下降，多個(gè)直流系統(tǒng)相繼發(fā)生換相失敗。據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，錦蘇直流、林楓直流和宜華直流等多個(gè)直流系統(tǒng)在故障發(fā)生后的短時(shí)間內(nèi)，先后出現(xiàn)了換相失敗現(xiàn)象。換相失敗發(fā)生后，直流電壓急劇下降，直流電流迅速增大。錦蘇直流的直流電壓從額定值瞬間下降至額定值的0.3倍左右，直流電流則增大至額定值的2倍左右。林楓直流和宜華直流也出現(xiàn)了類(lèi)似的情況，直流電壓和電流的異常變化對(duì)直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成了極大的威脅。此次換相失敗事件不僅對(duì)直流輸電系統(tǒng)自身產(chǎn)生了影響，還對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成了沖擊。由于多個(gè)直流系統(tǒng)同時(shí)發(fā)生換相失敗，導(dǎo)致大量的有功功率無(wú)法正常傳輸，引起了電力系統(tǒng)的功率失衡。這種功率失衡進(jìn)一步導(dǎo)致了系統(tǒng)頻率的波動(dòng)，頻率最低降至49.2Hz左右。交流系統(tǒng)的電壓也受到了嚴(yán)重影響，多個(gè)地區(qū)的交流母線(xiàn)電壓出現(xiàn)了大幅下降，部分地區(qū)的電壓最低降至額定電壓的0.7倍左右。這些異常變化嚴(yán)重威脅了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，若不及時(shí)采取措施，可能會(huì)引發(fā)更嚴(yán)重的事故，如電網(wǎng)崩潰等。6.1.2原因分析與處理措施經(jīng)深入分析，此次換相失敗的主要原因是交流系統(tǒng)故障導(dǎo)致的換流母線(xiàn)電壓大幅下降。當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障時(shí)，短路點(diǎn)附近的交流電壓急劇降低，通過(guò)交流輸電線(xiàn)路的傳輸，這種電壓降低的影響迅速傳播到各個(gè)直流逆變站的換流母線(xiàn)。換流母線(xiàn)電壓的下降使得換相過(guò)程中的電壓裕度大幅減小，換流閥在換相過(guò)程中無(wú)法獲得足夠的反向電壓來(lái)恢復(fù)阻斷能力。在錦蘇直流的逆變站中，由于換流母線(xiàn)電壓降至額定電壓的0.6倍左右，換相過(guò)程中的反向電壓持續(xù)時(shí)間不足，導(dǎo)致?lián)Q流閥無(wú)法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)阻斷能力，從而引發(fā)了換相失敗。交流系統(tǒng)故障還導(dǎo)致了電壓過(guò)零點(diǎn)漂移，使得觸發(fā)角和關(guān)斷角的控制出現(xiàn)偏差，進(jìn)一步增加了換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)此次換相失敗事件，采取了一系列有效的處理措施。運(yùn)行人員迅速采取緊急控制措施，啟動(dòng)了備用的無(wú)功補(bǔ)償裝置，增加了無(wú)功功率的輸出，以提高交流系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。通過(guò)快速調(diào)整無(wú)功補(bǔ)償裝置的參數(shù)，使無(wú)功功率迅速注入交流系統(tǒng)，穩(wěn)定了交流母線(xiàn)的電壓。在故障發(fā)生后的50ms內(nèi)，無(wú)功補(bǔ)償裝置開(kāi)始工作，交流母線(xiàn)電壓逐漸回升。運(yùn)行人員還對(duì)直流系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行了調(diào)整，適當(dāng)增大了觸發(fā)角，以增加換相過(guò)程中的電壓裕度。通過(guò)增大觸發(fā)角，延長(zhǎng)了換流閥的導(dǎo)通時(shí)間，使得換相過(guò)程中的電壓裕度得到了