交直流混联电网直流换相失败的暂态稳定控制与直流闭锁分析
交直流混联电网直流换相失败的暂态稳定控制与直流闭锁分析
在我国大型交直流混联电网蓬勃发展的当下，其呈现出直流占比高、传输容量大、交直流系统强耦合的特点。交流故障引发的直流换相失败成为典型连锁故障，严重影响系统暂态稳定性，大容量直流功率因此大幅波动甚至中断，这对电网安全运行构成重大威胁。
直流换相失败与系统暂态稳定性交互影响机理
对于送端系统，我们建立了相应模型和换相失败的功率模型。这里使用斜坡函数来描绘换相失败后的功率恢复过程，是因为它能很好地体现功率从故障状态逐渐恢复的趋势。例如，在一次典型的换相失败后，直流功率不会立刻恢复正常，而是有一个类似斜坡上升的过程。通过建立直流潮流模型，从理论上推导出送端系统相对功角关于直流功率变化的解析表达式。这个表达式意义重大，它清晰地展现了换相失败及其功率恢复速度如何对送端暂态稳定性产生影响。比如，当功率恢复速度过快或过慢时，对送端系统相对功角的影响是不同的，进而影响暂态稳定性。而且进一步理论推导出低压限流和换相失败预测控制参数与功率恢复速度的数学关系，这能帮助我们更好地理解和调控这些参数。
在受端系统方面，将其建模成同步发电机。通过这种方式，我们可以深入研究受端系统暂态稳定性对直流系统在恢复过程中发生连续换相失败的影响机理。当直流系统在恢复过程中，如果受端系统稳定性出现问题，可能会导致连续换相失败的情况加剧。例如，受端系统的电压波动、频率变化等因素，都可能使直流系统在恢复时再次出现换相失败。这种交互影响机理为后续提升换相失败后系统暂态稳定性的控制策略提供了坚实的理论依据，使我们在制定控制策略时有了方向和理论指导。
计及直流换相失败的系统暂态稳定裕度评估方法
首先，构建交直流混联系统的网络结构保持模型是关键。在这个模型中，同步发电机采用 6 阶模型，这样可以更准确地描述发电机的动态特性。例如，6 阶模型能够涵盖发电机的转速、电压、电流等多种状态变量的变化情况。直流系统采用可计及换相失败动态过程的电磁模型，这种电磁模型能够准确反映直流系统在换相失败时的电磁变化情况，如磁场的变化、电流的波动等。
接着，理论推导出满足暂态能量函数要求的系统暂态能量函数。这个过程需要深入分析系统中各种能量的存储和转换形式。比如，在换相失败发生时，电能、磁能等能量形式之间会发生复杂的相互转化。基于此，提出基于暂态能量函数的暂态稳定判据。这个判据就像是一把衡量系统暂态稳定性的尺子，通过它可以判断系统在换相失败后的稳定状态。
然后，结合二分法实现计及换相失败的系统暂态稳定裕度快速、准确评估。二分法的优势在于可以通过不断缩小搜索范围来快速找到稳定裕度的值。在仿真过程中，我们可以看到这种评估方法的效果。与传统方法相比，所提理论方法显著提高了系统暂态稳定裕度评估精度。例如，在复杂的交直流混联电网场景下，能够更精准地判断系统是否处于稳定状态，同时也大大提高了系统动态安全评估效率，使得我们能更及时地掌握系统的安全状况。
计及直流连续换相失败的系统暂态失稳辨别方法
在现有研究中，MLE 算法在处理非光滑系统时存在不足。针对这一问题，我们通过深入理论分析相邻轨线穿过切换面时的拉伸或收缩情况来建立切换补偿模型。在实际的交直流混联系统中，当出现直流连续换相失败时，系统的动态过程会变得非常复杂，轨线在切换面附近的变化不再是简单的规律，这种拉伸或收缩情况的分析能帮助我们更好地理解系统在复杂状态下的行为。
结合基于 qr 分解的雅克比矩阵算法，提出基于切换补偿的最大 Lyapunov 指数（MLE）算法。这种新算法充分利用了 qr 分解的优势，能够更准确地计算 Lyapunov 指数。然后，根据切换系统相轨迹与其 MLE 的映射关系，提出基于切换系统 MLE 的暂态稳定判据。这个判据为我们提供了一种新的判断系统暂态稳定性的方法。
在实际应用中，通过将多次扰动引发连续换相失败动态过程建模为切换过程，实现了计及连续换相失败的系统暂态失稳早期辨识。这意味着我们可以在系统还未完全失稳之前就察觉到潜在的风险，而无需依赖功角和平衡点信息。这为后续系统采取合理、有效的暂态稳定控制措施创造了有利条件，使得我们能够更及时地对系统进行调控，避免系统进一步恶化。
考虑直流换相失败的系统暂态稳定控制策略
在换流站层面，基于受端系统暂态稳定性对连续换相失败影响机理，提出直流功率恢复速度控制策略。这个策略的核心是合理控制直流功率的恢复速度，以避免连续换相失败的发生。例如，当受端系统出现电压波动等不稳定因素时，通过调整功率恢复速度，可以减少对直流系统的冲击。同时，给出控制投入和退出判据，这些判据明确了何时启动和停止控制策略。这样的控制策略不仅能有效抑制连续换相失败的发生，而且由于改善了功率恢复特性，使得系统暂态稳定水平得到提升。
在系统层面，基于相轨迹首摆过程中斜率变化特性，推导出所需控制量关于控制投入时刻、惯量等系统参数的解析表达式。这需要深入分析相轨迹在首摆过程中的变化情况，因为不同的斜率变化反映了系统不同的状态。然后建立可提供控制量与直流参与功率支援条数和送端切机台数的数学关系。通过这种关系，我们可以明确在不同情况下需要多少直流功率支援和送端切机数量。最后基于参与控制顺序，实现协同健全直流功率支援和送端切机的紧急控制。这种协同控制能够保障直流闭锁后系统的安全稳定运行，同时改善了紧急控制策略的保守性，降低了控制代价，提高了控制策略的经济性和有效性。