李猷民，姜建平，武守远，王 睿

(1.国网山东省电力公司检修公司，山东 济南  250018）

（2.北京中电泰瑞科技有限公司，北京  100096)    

基金项目：国网山东省电力公司检修公司2017年度科技项目（520618170083）
作者简介：李猷民（1965—），男，研究员级高级工程师，博士，主要研究方向为电力系统运行、生产管理，mxk521416@163.com.

摘要：针对励磁涌流引起电网电压畸变并造成高压直流输电系统换相失败的问题，以交流电压总谐波畸变率作为指标评估换相失败风险，提出了具体的预测方法以及预防后续换相失败的控制策略，并通过仿真验证了该预测及控制方法的有效性。

关键词：高压直流输电；换相失败；谐波畸变率；预测；控制

中图分类号：TM72   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)05-0057-04
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高压直流输电(high voltage direct current，HVDC)具有经济、灵活、快速可控等优点，在远距离大容量输电及大型电网互联中发挥着重要的作用。然而，由于晶闸管不具备自关断能力，容易出现换相失败的问题。换相失败将引起直流电流短时增大，对换流阀产生较大冲击，还会造成直流功率的损失，而发生连续换相失败时，易引起直流系统闭锁，威胁电网的安全。

交流系统故障是引发直流换相失败的主要原因，对于多馈入直流系统，此类故障还可能导致多个直流换流站同时发生换相失败。此外，变压器励磁涌流引起的电压畸变，也可能导致直流换相失败。2013年8月19日华东电网练塘变电站1000kV变压器空载投入运行时，导致近区林枫直流枫泾换流站的换相失败保护动作，引起直流闭锁。从第一次换相失败到直流闭锁这段时间内共发生了11次换相失败。类似的，换流变压器投入运行时也可能导致换相失败。

国内外学者和研究机构针对直流换相失败的应对策略进行了大量研究。对于直流换相失败的预测，文献提出了包括电压零序分量检测、交直流电流比较、正余弦分量检测在内的多种预测方法；对于换相失败的预防控制，文献提出了包括基于直流电流预测控制，基于换相电流时间面积、最小关断面积控制，虚拟电阻电流限制在内的多种控制方法；对于多馈入直流输电系统换相失败问题，文献提出了多馈入交互作用因子等换相失败判断方法，以及提高换相失败恢复能力的直流控制保护优化方法。然而，对于变压器励磁涌流引发的换相失败研究成果相对较少，仍需针对这类换相失败开展研究。

针对上述问题，本文以交流电压总谐波畸变率（total harmonic distortion rate，THD）指标评估换相失败的风险，提出了具体的预测方法和换相控制策略，并基于电磁暂态仿真对其有效性进行了验证。

1 直流换相失败过程分析

分析文献所述的林枫直流换相失败过程发现，直流换相失败的主要原因是励磁涌流引发的换流母线电压严重畸变，导致换相裕度不足。在直流功率的恢复过程中，内部逻辑增大直流电流指令，也加剧了后续多次换相失败的风险。本文建立直流输电系统仿