互联LCC-HVDC系统安全性增强研究

20251023

电力、热力、燃气及水生产和供应业

可国（境）内外转让

北京市自然科学基金外籍学者“汇智”项目

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

级联故障（Cascading Fault）是近年来在大规模混合交流/直流（AC/DC）电网中出现的一类新型故障类型，其定义为由直流侧或严重的换流器交流侧故障引发的一系列连锁事件，最终导致换流器交流侧的系统崩溃或大面积停电。在由换流器交流故障引起的级联故障中，换流器端口的交流电压会出现显著跌落，进而对换相过程产生不利影响，导致换相失败（Commutation Failure）。换相失败是高压直流输电（HVDC）系统中极为严重的运行故障，可能引发器件应力骤增、传输功率中断以及一系列严重的暂态过电压和过电流现象。若换相失败多次重复或持续时间较长，将迫使换流器进入封锁（Blocking）状态。换流器被封锁后，直流链路（DC Link）被切断，原本通过直流通道传输的功率将被迫转移至相邻的交流线路。然而，由于交流线路的输送能力远低于直流通道，其过载保护动作后会引发交流侧停运，从而导致换流器交流侧的大范围停电。 另一方面，由直流故障引起的级联故障主要源于HVDC线路保护系统的故障隔离动作，此类故障通常不伴随换相失败现象。针对由严重交流故障或直流故障引起的系统崩溃，最直接的防范手段是铺设大量备用交流线路，但此举需耗费巨额的基础设施投资，对政府而言成本极高。 鉴于我国混合AC/DC电网的快速发展以及保障终端用户供电可靠性的迫切需求，研究并提出经济高效的防止级联故障导致停电的技术途径，已成为国家电力系统发展亟待解决的重大问题之一，具有极其重要的工程与社会意义。 本项目旨在开发创新性的技术方案，以降低换相失败发生的概率并减轻其对大规模混合AC/DC电网运行安全的影响。首先综述了现有的换相失败防护与抑制方法，随后介绍了在PSCAD与MATLAB之间构建数据共享平台的研究工作。在此基础上，提出了一种在级联故障过程中提升电网可靠性的协调功率流控制策略，并进一步提出一种基于人工智能（AI）的换流失败预测方法，适用于LCC-HVDC（换流器型高压直流）系统。 仿真结果表明，所提出的技术方案可有效减轻换相失败及其连锁后果对系统运行的影响，显著提升大规模混合AC/DC系统（包括LCC-HVDC输电线路）的动态稳定性与运行可靠性。本研究为未来高比例可再生能源接入下的混合电网安全运行提供了新的理论依据和工程实践参考。