穆文凱，王 濤，劉文軒，顧雪平

(1.華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，河北 保定 071003; 2.國網(wǎng)經(jīng)濟技術(shù)研究院有限公司，北京 102209)

0 引 言

在國家西電東送和全國地區(qū)聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略布局下，傳統(tǒng)的電網(wǎng)換相高壓直流輸電(LCC-HVDC)憑借其遠距離、大容量輸電的技術(shù)優(yōu)勢和造價成本低、線路損耗小的經(jīng)濟優(yōu)勢，發(fā)揮著不可替代的作用[1]。由于LCC-HVDC的換流站所使用的晶閘管無自關(guān)斷能力，需借助閥電壓反向來恢復(fù)其阻斷能力，因此帶來了換相失敗問題[2]。隨著LCC-HVDC傳輸功率的不斷提高，換相失敗造成的直流閉鎖改變了交直流系統(tǒng)潮流，危害系統(tǒng)安全運行[3,4]。時至今日我國每年仍多次發(fā)生直流輸電換相失敗事故，LCC-HVDC換相失敗的抑制研究也一直是國內(nèi)外交直流混聯(lián)系統(tǒng)的研究重點。

針對LCC-HVDC換相失敗問題，國內(nèi)外學(xué)者從增加額外輔助設(shè)備、換流器拓撲改造、控制保護三方面做了大量研究。文獻[5-7]以限制受端交流系統(tǒng)故障后直流電流增大為目的，在逆變站直流出口處分別增設(shè)直流限流器、直流斬波器來降低傳統(tǒng)高壓直流輸電換相失敗的幾率。文獻[8]研究了可控電容換相換流器，利用可控晶閘管調(diào)整電容電壓，但該拓撲的諧波特性比較復(fù)雜，存在諧振風險。文獻[9]則避免了諧波問題，并借助其靈活控制能力避免換相失敗發(fā)生后失去自恢復(fù)能力的問題。文獻[10]對文獻[9]的控制策略進一步改良，具有不受故障檢測延時影響、加速換相過程、提高系統(tǒng)功率因數(shù)的三大優(yōu)勢。

對LCC-HVDC換相失敗的提前預(yù)測并盡早有效規(guī)避也是一種有效思路。文獻[11]提出了換相失敗預(yù)測控制算法(CFPREV)，該算法根據(jù)故障場景減小逆變站觸發(fā)角來增大換相裕度。文獻[12]提出了基于CFPREV的多饋入LCC-UHVDC換相失敗預(yù)防協(xié)調(diào)控制。文獻[13]在CFPREV基礎(chǔ)上，控制系統(tǒng)嵌入了直流電流預(yù)測控制模塊，使換相失敗的預(yù)防效果得到進一步提升。

上述對直流輸電換相失敗的預(yù)防能力都十分有限，若在受端系統(tǒng)發(fā)生嚴重事故，故障未能及時清除的情景下，LCC-HVDC仍會發(fā)生換相失敗，甚至在首次換相失敗后發(fā)生更為嚴重的后續(xù)換相失敗。文獻[14]指出對VDCOL參數(shù)優(yōu)化可有效降低直流輸電后續(xù)換相失敗的幾率；文獻[15]利用故障期間直流線路上電流的波動特征，并基于直流電流變化量及時增大關(guān)斷角，有效抑制后續(xù)換相失敗，文獻[16]通過虛擬電阻限流控制來抑制后續(xù)換相失敗，具有簡單易實現(xiàn)的優(yōu)點，但是易受系統(tǒng)小干擾和直流電流諧波的影響，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，故障恢復(fù)時間較長等問題。文獻[17]在直流控制系統(tǒng)中增設(shè)了虛擬電感器，對直流電流的變化情況及時有效反饋，無論電流的增大或減小都會降低VDCOL輸出的電流指令值，來抑制后續(xù)換相失敗，但該方法對故障響應(yīng)具有一定的盲目性，會惡化抑制效果。文獻[18,19]分別通過抑制故障后VDCOL啟動電壓的劇烈波動、實際越前觸發(fā)角的周期性波動獲得良好的后續(xù)換相失敗抑制效果。但需要注意的是，文獻[18]實時采集換流母線電壓得到VDCOL的啟動電壓，會使VDCOL在直流故障時無法響應(yīng)，并且考慮到確定母線電壓需要其一個周期的采樣數(shù)據(jù)，VDCOL的響應(yīng)將滯后于實際電網(wǎng)的當前狀況，影響抑制后續(xù)換相失敗效果。

基于上述研究，本文深掘LCC-HVDC后續(xù)換相失敗的產(chǎn)生機理，提出了一種限制VDCOL輸入電壓的虛擬電容控制方法。在LCC-HVDC控制系統(tǒng)中加入虛擬電容控制，對直流電壓的變化實時響應(yīng)，在故障期間通過有效限制VDCOL輸入電壓的大幅下跌和增大，進而抑制了VDCOL輸出電流指令的大幅劇烈波動，使后續(xù)換相失敗得到有效抑制。利用LCC-HVDC仿真模型對虛擬電容控制方法進行仿真驗證，實驗結(jié)果表明，相較于虛擬電阻控制和虛擬電感控制，虛擬電容控制具有抑制效果好，恢復(fù)特性強的顯著優(yōu)勢。

1 換相失敗分析及VDCOL

1.1 換相失敗機理

換相失敗通常發(fā)生在直流系統(tǒng)的逆變器中[1]。在圖1所示的6脈動逆變器中，若換流閥VT1向換流閥VT3的換相不成功，VT1和VT3發(fā)生了倒換相，則換流閥VT1繼續(xù)導(dǎo)通，VT3重新關(guān)斷，稱之為換相失敗[20]。

圖1 6脈動逆變器原理接線圖

圖2給出了逆變器從換流閥VT1、VT6導(dǎo)通狀態(tài)向換流閥VT1、VT2導(dǎo)通狀態(tài)的換相過程。圖中，i2、i6分別為流過換流閥VT2與換流閥VT6的電流，ic為換相電流，Lc為等值換相電抗。其余換流閥則保持關(guān)斷狀態(tài)。

圖2 換相過程簡化電路圖

換相支路B相和C相并聯(lián)，電壓關(guān)系滿足以下等式：

(1)

式(1)可以化簡為

(2)

式中:UL為換相線電壓有效值;ω為交流系統(tǒng)的電角速度。在換相期間，直流電流滿足：

id(t)=i2(t)+i6(t)

(3)

將式(3)代入式(2)，在換相期間對式(2)積分，可得：

(4)

式中：β為觸發(fā)超前角。將式(4)整理后可得關(guān)斷角γ表達式：

(5)

若發(fā)生單相接地故障，因換相電壓過零點前移電角度ψ，則式(5)可修正[21]為

(6)

由式(6)可知，直流控制系統(tǒng)的觸發(fā)角指令值、換相電壓、直流電流、換相電抗的變化都能影響到關(guān)斷角大小，是換相失敗的重要影響因素。

1.2 VDCOL

CIGRE直流標準測試模型中逆變側(cè)的控制電路如圖3所示[22]。VDCOL作為控制電路重要一環(huán)，在直流電壓減小時降低直流電流指令值，可加快換相進程，減小換相失敗幾率[16]。

圖3 CIGRE直流標準測試模型逆變側(cè)控制環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)框圖

在圖3中，Ud_inv、Id_inv為取自CIGRE HVDC系統(tǒng)逆變站的直流出口處電壓、電流的實測值；γinv為關(guān)斷角的實測值；γref為關(guān)斷角的參考值；αz_ord、αn_ord分別為整流站、逆變站的觸發(fā)角指令值。測量單元對來自直流系統(tǒng)的電氣量進行標幺化和濾波處理。其中VDCOL的特性曲線如圖4所示，對應(yīng)的輸入電壓Ud、輸出的直流電流指令I(lǐng)ord之間的關(guān)系如式(7)所示。

圖4 VDCOL特性曲線

(7)

Ud=Ud_inv+RvId_inv*

(8)

如式(8)所示，為防止控制電路過早進入低壓限流環(huán)節(jié)，引起直流電流不穩(wěn)定。VDCOL的輸入電壓Ud取直流線路的中點電壓的標幺量，Rv為補償電阻，取0.01 p.u.。Id_inv*為逆變側(cè)直流電流的標幺量。

1.3 后續(xù)換相失敗的機理分析

LCC-HVDC換相失敗會造成故障后逆變站中橋臂短路，直流電流瞬時突增，直流電壓則會迅速跌落，需要在LCC-HVDC控制環(huán)節(jié)和保護的協(xié)調(diào)作用下，系統(tǒng)才能逐步恢復(fù)。由式(8)可知，由于故障后逆變側(cè)直流電壓的下跌和快速回升，會導(dǎo)致VDCOL的輸入電壓發(fā)生劇烈波動，進而VDCOL輸出的直流電流指令隨著輸入電壓的快速變動同樣發(fā)生大幅劇烈波動，最終引起逆變側(cè)控制器的交互不當，發(fā)生多次換相失敗。

如圖5所示，在階段1中，VDCOL輸出電流指令的短時大幅下跌伴隨著直流輸電換相失敗，引發(fā)定關(guān)斷角控制指令持續(xù)增大，但接地故障導(dǎo)致實際關(guān)斷角無法受控，仍會發(fā)生換相失敗，反而直流指令的大幅跌落會導(dǎo)致后續(xù)電流大幅跌落，不利于LCC-HVDC系統(tǒng)的穩(wěn)定恢復(fù)；在階段2中，系統(tǒng)直流電流小于(VDCOL輸出)直流電流指令值，電流發(fā)生超調(diào)，電流偏差控制啟動；階段3、階段4中逆變側(cè)控制器交互不當是決定后續(xù)換相失敗的關(guān)鍵原因[22]：在階段3、階段4中電流偏差控制始終處于啟動狀態(tài)，在階段3過渡到階段4過程中，逆變站觸發(fā)角指令由定電流控制主導(dǎo)變?yōu)槎P(guān)斷角控制主導(dǎo)。一進入階段4中，電流偏差控制器將會短時快速關(guān)閉，意味著電流偏差控制輸出的關(guān)斷角補償量迅速跌落至0，導(dǎo)致關(guān)斷角小于參考值γref后仍不受控，從而引發(fā)第2次換相失敗。由于VDCOL輸出電流指令的大幅快速回升，加劇了(電流偏差控制輸出)關(guān)斷角補償量的跌落，弱化了定關(guān)斷角控制器的調(diào)節(jié)效應(yīng)，因此關(guān)斷角將繼續(xù)減小，系統(tǒng)再次發(fā)生換相失敗。綜上所述，VDCOL輸出電流指令的大幅下跌和回升都將使直流系統(tǒng)面臨再次換相失敗的風險。

圖5 連續(xù)多次換相失敗波形

2 基于虛擬電容的VDCOL輸入電壓限制方法

2.1 虛擬電容作用機理

通過前文分析，直流系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)中VDCOL輸出電流指令的大幅劇烈波動是直流輸電后續(xù)換相失敗的關(guān)鍵成因。基于此，本文借鑒電容在電路中可以起到穩(wěn)壓的物理特性，在LCC-HVDC控制系統(tǒng)中提出一種名為虛擬電容的控制策略，其通過在故障期間及恢復(fù)階段，抑制VDCOL輸入電壓的劇烈波動，進而有效抑制VDCOL輸出電流指令的大幅波動。

逆變側(cè)直流電壓與交流系統(tǒng)換流變壓器閥側(cè)繞組空載線電壓ULn的耦合關(guān)系如(9)式所示：

Ud_inv=1.35ULncosβ+Rnid

(9)

式中:Rn為換相電阻。當受端換流母線發(fā)生接地故障時，逆變側(cè)的直流電壓瞬時下落，虛擬電容器能夠?qū)δ孀儌?cè)直流電壓變化情況實時響應(yīng)，產(chǎn)生隨直流電壓變化速率而動態(tài)變化的電流量，經(jīng)過補償電阻轉(zhuǎn)化為電壓分量，再與逆變側(cè)直流電壓疊加作為VDCOL新的輸入電壓，其作用機理如圖6所示。圖中虛線框部分是對圖3中虛線框部分改造而成的含有虛擬電容控制的結(jié)構(gòu)，其中的實線框中為虛擬電容器。

圖6 虛擬電容控制方法

圖6中Ud_inv*、Id_inv*分別是逆變側(cè)直流電壓、直流電流經(jīng)過測量單元后的標幺值，Ud*是加入虛擬電容控制后VDCOL新的輸入電壓，k是逆變側(cè)直流電壓的變化速率，Cv是虛擬電容參數(shù)值，需根據(jù)系統(tǒng)實際情況確定，下節(jié)將專門討論。本文設(shè)計思路如下：將逆變側(cè)直流電壓Ud_inv*通過微分環(huán)節(jié)求導(dǎo)得k，與虛擬電容值Cv求積得電流附加量Δid，將Δid經(jīng)過慣性環(huán)節(jié)進行濾波優(yōu)化，防止諧波造成干擾，可使控制方法的抑制效果更佳。Δid經(jīng)過補償電阻產(chǎn)生壓降后作用到VDCOL環(huán)節(jié)中。通過上述分析可得式(10)和式(11)。同時，為了避免Δid出現(xiàn)極端值而使直流系統(tǒng)運行性能惡化，本文對微分器的輸出k進行限幅處理，使得-20≤k≤20。濾波環(huán)節(jié)的時間常數(shù)T可根據(jù)系統(tǒng)實際情況確定，在本文中T取典型值20 ms[17]。

(10)

Ud*=Ud_inv*+Rv(id_inv*-Δid)

(11)

當交流系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行時，逆變側(cè)直流電壓保持為額定值不變，由式(10)可知，虛擬電容上產(chǎn)生的電流附加量Δid=0，Ud*=Ud-inv+Rvid-inv*，即得Ud*=Ud，意味著系統(tǒng)額定運行時，該控制方法不會干擾LCC-HVDC正常運行。

在受端換流母線發(fā)生接地故障時，直流電流增大，逆變側(cè)直流電壓發(fā)生跌落，虛擬電容及時響應(yīng)，由式(10)可知，虛擬電容上產(chǎn)生的電流附加量Δid<0，Ud*>Ud，起到抑制VDCOL的輸入電壓大幅跌落的作用，進而有效減緩了電流指令的大幅下跌。

在故障恢復(fù)過程中，逆變側(cè)直流電壓會迅速回升，虛擬電容產(chǎn)生的電流附加量Δid>0，此時Ud*

綜上所述，虛擬電容器能夠?qū)崟r地捕捉到直流電壓的變化情況，并及時有效地抑制VDCOL輸入電壓的大幅劇烈波動，進而有效地抑制了直流電流指令的連續(xù)大幅劇烈波動，避免了后續(xù)換相失敗的發(fā)生。

2.2 虛擬電容參數(shù)對抑制效果影響及選取原則

當虛擬電容的參數(shù)Cv取偏小時，由式(10)可知，虛擬電容產(chǎn)生的電流附加量Δid不大，對VDCOL輸入電壓的波動抑制作用較小，輸出電流指令的波動同樣無法得到明顯抑制，虛擬電容控制無法有效發(fā)揮對直流系統(tǒng)后續(xù)換相失敗的抑制作用；而當Cv取值過大時，其對直流電壓變化響應(yīng)過激，即虛擬電容產(chǎn)生的電流附加量Δid過大，直流電流指令無法隨電壓跌落而及時減小，因此延緩了換相進程，LCC-HVDC系統(tǒng)將面臨巨大的換相失敗風險，因此對虛擬電容參數(shù)Cv的合理取值是十分必要的。

本文采用控制變量法，選取不同的虛擬電容參數(shù)值，在CIGRE直流標準測試模型中，加入虛擬電容控制，在3.0 s時，受端換流母線發(fā)生經(jīng)0.45 H電感的A相接地故障，關(guān)斷角對比結(jié)果如圖7所示。虛擬電容參數(shù)Cv取值過大或過小都將無法充分發(fā)揮其抑制后續(xù)換相失敗作用，系統(tǒng)面臨再次換相失敗的風險。

圖7 不同虛擬電容參數(shù)對比效果

由于換流器響應(yīng)的非線性，Cv的精確值無法通過理論推導(dǎo)得出，且不同故障工況對應(yīng)的Cv值會略有差異，因此本文結(jié)合大量故障工況下的仿真結(jié)果(峰值、波形振蕩情況)以及換相失敗的抑制效果，近似取Cv=5 p.u.。

3 仿真驗證

3.1 仿真模型

為驗證所提出的虛擬電容控制的有效性，本文搭建了基于圖8所示的CIGRE直流標準模型，并在其控制電路中實現(xiàn)了所提控制方法。其中參數(shù)Cv=5 p.u.，T=20 ms。

圖8 直流輸電系統(tǒng)簡化模型

Z1、Z2分別為送端和受端交流系統(tǒng)的等效阻抗；Rdc、Ldc分別為直流線路上電阻與電感的集中參數(shù)值；C為直流線路的對地電容值。CIGRE直流系統(tǒng)的主要參數(shù)如表1所示。

表1 CIGRE直流系統(tǒng)主要參數(shù)

3.2 仿真分析與驗證

工程實際中最常見的電感性接地故障更容易導(dǎo)致LCC-HVDC發(fā)生換相失敗[23]。因此，本文在受端換流母線處設(shè)置了感性接地故障，接地電感值Lf代表故障接地點到換流母線之間的電氣距離，Lf越小表示電氣距離越短，故障越嚴重。針對所搭建的仿真模型，本文設(shè)計了如下4種直流控制方案：

方案1：采用CIGRE直流標準測試模型原有控制策略；

方案2：在方案1基礎(chǔ)上，加入文獻[16]提出的虛擬電阻控制；

方案3：在方案1基礎(chǔ)上，加入文獻[17]提出的虛擬電感控制；

方案4：在方案1基礎(chǔ)上，加入本文的虛擬電容控制。

本文為便于分析比較，在相同工況下各控制方案的電氣量響應(yīng)曲線放在同一坐標軸上。

工況1：在受端換流母線處設(shè)置A相接地故障，接地電感Lf=1 H，故障時刻設(shè)在3.0 s，時長為0.5 s。直流輸電系統(tǒng)在4種控制方案下直流線路的部分電氣量響應(yīng)曲線如圖9所示。

圖9 單相接地故障Lf=1 H時系統(tǒng)的響應(yīng)特性

由圖9可見，此時Lf值較大，表征實際的LCC-HVDC系統(tǒng)中故障點與換流母線電氣距離遠，采用CIGRE原控制策略的方案1未發(fā)生換相失敗。分別加入了虛擬電阻、虛擬電感、虛擬電容的控制方案也同樣沒有發(fā)生換相失敗。

本文對于類似輕度故障進行大量仿真實驗，實驗結(jié)果表明：若直流系統(tǒng)采用方案1后未發(fā)生換相失敗，則在相同故障條件下方案2、方案3、方案4的直流系統(tǒng)也都不會有換相失敗故障發(fā)生。以上結(jié)果表明：在控制系統(tǒng)中加入虛擬電容控制不會帶來不良效果，相較于方案1，關(guān)斷角跌落幅度更小，安全裕度更大。

工況2：在3.0 s時受端換流母線A相發(fā)生經(jīng)Lf=0.45 H電感接地故障，時長為0.5 s。直流輸電系統(tǒng)在各控制方案下部分電氣量的動態(tài)響應(yīng)曲線如圖10所示。

圖10 單相接地故障Lf=0.45 H時系統(tǒng)的響應(yīng)特性

該工況下Lf較小，故障程度嚴重。當采用方案1時，直流系統(tǒng)連續(xù)發(fā)生3次換相失敗(關(guān)斷角γ三次跌落至0°)。同理，方案3發(fā)生了2次換相失敗。通過進一步觀察VDCOL輸出電流指令的動態(tài)響應(yīng)曲線，得出結(jié)論：VDCOL輸出的直流電流指令連續(xù)大幅劇烈波動，是造成方案1連續(xù)3次換相失敗、方案3發(fā)生2次換相失敗的重要原因。但在分別加入虛擬電阻控制、虛擬電容控制后，LCC-HVDC系統(tǒng)首次換相失敗因故障嚴重，控制反應(yīng)不及時故難以避免。但虛擬電容控制通過對逆變側(cè)直流電壓變化情況及時響應(yīng)，進而對VDCOL輸出電流指令的連續(xù)大幅劇烈波動起到很好的抑制作用，虛擬電阻控制也同樣有較好的改善作用。因此，方案2和方案4在首次換相失敗恢復(fù)后關(guān)斷角維持在10°～30°之間，抑制了后續(xù)2次換相失敗，避免了發(fā)生多次換相失敗。僅從直流電壓的暫態(tài)波形上看，在故障期間，方案4中直流電壓跌落至0.28 p.u.,高于方案1的0.18 p.u.、方案2的0.26 p.u.、方案3的0.20 p.u.，有利于直流電壓快速恢復(fù)；從圖中換流母線波形可以明顯看出，方案4的故障恢復(fù)時間比方案2提前約0.28 s；通過對VDCOL輸出電流指令波形的進一步觀察，可以發(fā)現(xiàn)，由于方案2中虛擬電阻將直流電流諧波引入到VDCOL環(huán)節(jié)中，造成輸出的電流指令在故障及恢復(fù)期間有幅度較大，頻率較高的波動，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定恢復(fù)。綜上所述，虛擬電容控制方法具有抑制效果好、恢復(fù)時間短的明顯優(yōu)勢。

工況3：受端換流母線于3.0 s時發(fā)生三相感性接地故障，接地電感值Lf=0.4H，時長為0.5 s。在該工況下，直流輸電系統(tǒng)在各控制方案下部分電氣量的響應(yīng)曲線如圖11所示。方案3雖然未發(fā)生后續(xù)換相失敗，但是關(guān)斷角第二次跌落至1.75°，安全裕度低，仍面臨較大的換相失敗風險。經(jīng)對比可知，方案2、4在此故障情況下的響應(yīng)情況類似于工況2：在恢復(fù)時間上，方案4仍快于方案2；方案2中VDCOL輸出電流指令的動態(tài)曲線上仍有一定程度的波動干擾。綜上分析，虛擬電容控制在抑制效果、恢復(fù)特性上具有一定的優(yōu)越性。

圖11 三相接地故障Lf=0.4 H時系統(tǒng)的響應(yīng)特性

本文為進一步驗證虛擬電容控制在其它故障條件下對LCC-HVDC后續(xù)換相失敗的抑制效果，在前文仿真實驗基礎(chǔ)上，以2 ms為步長，故障發(fā)生時間由3.000 s增至3.018 s(直流系統(tǒng)周期為20 ms)，受端換流母線的接地電感值由1.2 H遞減至0.1 H，步長為0.1 H，接地故障持續(xù)0.5 s后切除。每種方案共進行了240次仿真實驗，4種控制方法的實驗結(jié)果如圖12～圖15所示。

圖12 Cigre 直流標準控制方案對換相失敗的抑制

圖13 虛擬電阻控制方案對換相失敗的抑制效果

圖14 虛擬電感控制方案對換相失敗的抑制效果

圖15 虛擬電容控制方案對換相失敗的抑制效果

從統(tǒng)計結(jié)果上看，虛擬電感控制對后續(xù)換相失敗的抑制效果最差，由于其作用機理是只是一味壓低VDCOL的輸入電壓，進而減小了VDCOL輸出的直流電流指令值，在故障期間使電流指令的跌落幅度更大，在一定程度上，盲目地過分壓低電流指令，加劇了電流指令的波動，不利于電流的穩(wěn)定恢復(fù)，惡化了抑制效果。虛擬電阻控制和虛擬電容控制的抑制效果則分別從單相接地故障和三相接地故障兩種狀況討論。

從單相接地故障結(jié)果來看，虛擬電阻控制方法和虛擬電容控制方法均可以有效抑制后續(xù)換相失敗，然而，由于LCC-HVDC運行于非對稱故障下，直流電流的諧波特征更為明顯，因此在部分故障工況下，虛擬電阻控制方案依舊發(fā)生多次換相失敗，甚至造成結(jié)果惡化的情況；而本文所提方法有效抑制了電流指令值的大幅劇烈波動，實現(xiàn)了對后續(xù)換相失敗的抑制。從統(tǒng)計結(jié)果可以明顯看出，本文所提出的控制方法對于單相接地故障的后續(xù)換相失敗發(fā)揮了更大范圍、更為顯著的抑制作用。

從三相接地故障結(jié)果來看，在輕度故障下，虛擬電阻控制方法和虛擬電容控制方法都對后續(xù)換相失敗起到良好的抑制效果，并且虛擬電容控制方法對單次換相失敗也具有一定的抵御能力；在嚴重故障下，當接地電感Lf=0.1H(故障程度非常嚴重)時，虛擬電阻控制惡化了抑制效果，直流系統(tǒng)多次發(fā)生高于三次的換相失敗事故，本文所提的虛擬電容控制方法雖較好地起到了抑制作用，但抑制效果有所減弱。

綜上所述，本文所提出的虛擬電容控制方法在LCC-HVDC后續(xù)換相失敗的抑制效果上，明顯優(yōu)于虛擬電阻控制方法和虛擬電感控制方法。但是，在受端換流母線三相接地故障嚴重的工況下，虛擬電容控制的抑制能力仍有一定的提升空間。

4 結(jié) 論

針對LCC-HVDC故障期間后續(xù)換相失敗問題，首先，研究分析了故障期間VDCOL輸出的電流指令對系統(tǒng)換相失敗的影響，指出了電流指令大幅劇烈波動是直流輸電后續(xù)換相失敗的關(guān)鍵成因。然后，借鑒電容在電路中可以穩(wěn)壓的物理特性，提出了基于虛擬電容的VDCOL輸入電壓的限制方法，根據(jù)故障后逆變側(cè)直流電壓的變化速率產(chǎn)生相應(yīng)的電流附加量，經(jīng)過補償電阻轉(zhuǎn)化為電壓分量作用到VDCOL上，可對VDCOL輸入電壓的劇烈波動進行有效抑制，進而有效抑制了輸出電流指令的大幅劇烈波動。最終，得出如下結(jié)論：

(1)所提出的虛擬電容僅是在控制環(huán)節(jié)中的一種控制方法，可實時監(jiān)測直流電壓變化速率進而輸出相應(yīng)的附加電流，并非電容器實體，這樣減少了硬件投資和場地占用，具有很好的自適應(yīng)特性和經(jīng)濟性。

(2)虛擬電容具有良好的兼容性，在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時，不會帶來任何負面影響；在故障期間，控制系統(tǒng)穩(wěn)定恢復(fù)并減小故障給系統(tǒng)帶來的沖擊，有效地抑制了后續(xù)換相失敗。

(3)虛擬電容控制方法比起虛擬電阻、虛擬電感控制方法在抑制后續(xù)換相失敗效果和系統(tǒng)恢復(fù)特性上具有顯著優(yōu)越性。