南瑞继保电气公司专家提出巴西美丽山二期直流工程的整流侧移相优化策略

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直流系统保护动作时，整流侧会执行移相策略，以降低直流故障电流。针对巴西60Hz交流系统下直接移相至164°整流侧有可能发生换相失败的问题，南京南瑞继保电气有限公司的研究人员吕彦北、李林、龚飞，在2022年第1期《电气技术》上撰文，提出一种整流侧移相优化策略，即针对易发生换相失败的工况，先移相至120°，维持一段时间或直流电流基本消除后，再移相至164°。

作者首先对整流侧移相过程中发生换相失败的机理进行深入分析，然后根据分析结果和巴西美丽山二期直流工程试验经验，针对性地给出整流侧移相优化策略和具体实现方案，并且在实时数字仿真试验平台上对该策略进行验证，证明了所提控制策略的有效性，对其他直流工程有一定的参考意义。

高压直流输电因其在远距离大容量输电、海底电缆送电、区域联网等方面具有的优势，得到了广泛应用。直流系统发生故障，保护动作时整流侧要进行移相（retard），即快速增大触发延迟角，降低整流侧直流电压并最终反转电压极性，整流侧进入逆变状态，使直流系统储存的能量快速向交流系统释放，降低故障电流，便于最终闭锁。

巴西美丽山二期直流起于巴西北部的欣古换流站，止于巴西东南部的里约换流站，电压等级为±800kV，输电容量为4000MW，已于2019年建成投入运行。与国内工程有所不同，巴西交流系统频率为60Hz。

常用的移相策略是：整流侧按照一定速度直接从工作角度移相至164°（有些工程使用160°，两者差别不大，本研究以164°进行分析）。通过试验发现，该移相策略应用于巴西60Hz交流系统时，对于有些故障类型，整流侧容易在移相过程中发生换相失败。

现有研究绝大多数只关注逆变侧换相失败的问题，整流侧移相过程中发生换相失败的问题现有文献鲜有提及。有学者指出，在移相到120°左右时，如果直流电流仍不为零，则应适当减慢调速。该限制移相速度的方法难以适应所有的工况，使用该方法解决换相失败的问题需要采用最慢的移相速度，但多数情况下仍需要快速移相，以尽快消除故障电流。有学者阐述了特高压直流系统触发延迟角分段控制逻辑，但只分析了极闭锁或极紧急停运、直流线路故障重启、单阀组故障启动紧急停运这三种工况的执行过程，未给出控制策略设置的前因后果或相关理论依据。

南京南瑞继保电气有限公司的研究人员对60Hz交流系统下整流侧直接移相至164°的过程中发生换相失败的问题，从交流系统频率、直流电流、触发延迟角的大小等方面进行了深入分析，分析结果表明，采用相同的移相策略时，60Hz交流系统比50Hz交流系统更容易发生换相失败；直流电流越大时越容易发生换相失败；移相角度越大时，关断角越小，且随触发延迟角增大，关断角的下降速度越快，维持不发生换相失败的最大直流电流也越小，对故障电流的下降速度要求越大，也就越容易发生换相失败。

图1 移相优化策略实现流程

图2 移相策略优化后直流线路中点接地故障仿真波形

研究人员根据分析结果，提出了针对60Hz交流系统下整流侧移相优化策略，即针对易发生换相失败的工况，先移相至120°，维持一段时间，待故障电流降低之后再移相至164°。该策略在实际工程RTDS试验平台上进行了验证，验证结果表明之前容易发生换相失败的故障类型在整流侧移相过程中未再出现换相失败。该整流侧移相优化策略已应用于巴西美丽山二期直流工程，对其他直流工程也有一定的参考意义。

本文编自2022年第1期《电气技术》，论文标题为“巴西美丽山二期直流整流侧移相策略优化研究”，作者为吕彦北、李林 等。

下载论文PDF版，请点击左下角“阅读原文”，访问期刊网站。

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