1 引言

基于电网换相换流器的高压直流输电(Line Commutated Converter High Voltage Direct Current，LCC-HVDC)具有传输功率大、传输功率快速可控和运行成本低的优点，因此在“西电东送、全国联网”工程中得到了广泛应用[1]。目前，在我国华东等地区，由于多回LCC-HVDC线路的集中馈入，已经形成了多馈入直流输电系统(Multi-Indeed Direct Current High Voltage Direct Current，MIDC-HVDC)，大量直流馈入同一区域会使该地区的交流电源发展放缓，导致系统的动态无功储备不足[2，3]。当交流系统发生故障时，交流母线电压波动可能导致多条LCC-HVDC线路同时或级联换相失败，损失大量有功功率，将对送受端电网产生较大的冲击。因此，为了改善交流母线电压波动引发的换相失败问题，提高LCC-HVDC的功率输送能力，客观上需要提高受端交流系统的无功储备。

同步调相机(Synchronous Condenser，SC)具有无功补偿能力受母线电压影响小和旋转惯性的特点，是目前电力系统中应用比较广泛的动态无功补偿装置之一。根据国家电网公司战略规划，将在多回特高压LCC-HVDC工程的受端加装同步调相机来提高LCC-HVDC的换相失败抵御能力[4]，因此有必要对同步调相机提高LCC-HVDC换相失败抵御能力的作用效果进行研究，为同步调相机的工程应用提供技术参考。但是，已有研究成果主要围绕LCC-HVDC的换相失败问题以及同步调相机的动态无功补偿特性展开，并未深入研究同步调相机对LCC-HVDC换相失败抵御能力的影响。文献[5]对比了静止无功补偿器(Static Var Compensator，SVC)和同步调相机的动态特性，结果表明同步调相机在严重的三相短路故障中具有更强的动态电压支撑能力。文献[6]提出了一种抑制LCC-HVDC连续换相失败的虚拟电阻电流限制控制方法，并基于CIGRE标准测试模型进行仿真验证，结果表明，该控制方法可以在一定程度上抑制LCC-HVDC的连续换相失败。文献[7]比较了两种判别LCC-HVDC换相失败的方法：最小关断角判别法和最小关断面积判别法，并基于研究成果提出了最小关断面积控制策略。文献[8]在PSCAD/EMTDC软件中搭建了含STATCOM的双馈入直流系统模型，仿真发现STATCOM能等效增大交流系统强度，在一定程度上提高LCC-HVDC的换相失败抵御能力。

“放心吧，现在什么事情也不会有。”他说。“这房子是租下的，签着租赁合同。在租赁合同期满之前，从法律上讲这房子是属于咱们的。”

在我国将来的药品专利链接制度实践中，可以预见也同样会出现“反向支付和解”的可能，对此需要提前在制度设计中加以规制。一方面，可以通过专利挑战和仿制药市场独占期等具体规制的设计，降低当事人通过达成“反向支付和解”协议的获利空间；另一方面，可以借鉴美国经验，通过反垄断制度来对相关协议审查并对涉嫌垄断的行为予以规制。

本文对同步调相机提高LCC-HVDC换相失败抵御能力的作用效果进行了研究，以期对同步调相机在LCC-HVDC系统应用提供一定的理论支持。文中首先分析了LCC-HVDC换相失败的发生机理和同步调相机提高LCC-HVDC换相失败抵御能力的机理，然后在PSCAD/EMTDC中搭建了含有同步调相机的LCC-HVDC系统模型，分别针对不对称故障及对称故障下同步调相机的作用效果进行仿真研究，运用换相失败免疫性指标、换相失败概率等指标量化分析同步调相机的作用效果，结果表明同步调相机可以有效提高LCC-HVDC的换相失败抵御能力。

“孩子，你身上带着一股不祥的气息，这股气息正在朝着你的内心侵蚀，让你变成邪恶的魔鬼！”天葬师的语气骤然变得激烈，一字一字击打在青辰的胸膛，“这些天，你究竟遇到了什么！”

2 含同步调相机的LCC-HVDC模型

2.1 系统主电路

含有同步调相机的LCC-HVDC系统主电路结构如图1所示。其中LCC-HVDC采用双极两端中性点直接接地系统，每极采用由2个6脉动换流器组成的12脉动换流单元，同步调相机接入逆变侧换流母线处。

为了验证所提出的新型SPAD结构的优点，我们结合TCAD仿真和理论计算对该SPAD结构和传统P+/Nwell结构[5]的光子探测效率和暗计数率两个最重要的参数进行了对比分析。

2.2 LCC-HVDC基本控制策略

文中所用LCC-HVDC模型的控制系统如图2所示，与CIGRE标准模型相同，即逆变侧配备定关断角γ控制、定电流控制、电流偏差控制(Current Error Controller，CEC)和低压限流控制(Voltage Dependent Current Order Limiter，VDCOL)，整流侧配备定电流控制和定αmin控制[9]。图2中，Id为直流电流，Ud为直流电压，γ为逆变侧关断角。

2.3 同步调相机的控制策略

同步调相机的基本控制策略如图3所示。同步调相机采用定机端电压控制方式，通过调节无功功率的输出来保持机端电压的稳定。同时为了防止励磁电流过大导致转子绕组过热的问题，同步调相机还配置有具有反时限特性的最大励磁电流限制功能[10]。当同步调相机的输出未达到其限值前，其外特性相当于一个可控电压源，但当输出达到限值后，其外特性等效为一个恒定电流源。

3 LCC-HVDC换相失败机理

当逆变器的两个阀进行换相时，一个阀进入导通状态的同时，另一个阀在反向电压的作用下电流到零而关断。但为了确保阀可靠关断，需要确保即将关断的换流阀从电流过零时刻到其两端电压由负到正过零点时刻的时间充足，否则，换流阀没有恢复正向阻断能力，在承受正向电压时就会重新导通，造成换相失败。换相失败是一种严重的故障，会引起直流功率输送中断、电气应力增大等一系列的问题。LCC-HVDC换相失败的机理可用如下公式说明[11]：

为验证本文方法在的可行性和有效性，选取条纹密度较高的模拟工程实践中出现的4倍peaks(512 pixel×512 pixel)函数进行仿真，结果如图2.

(1)

式中，γ为逆变侧关断角；k为换流变压器变比；Id为直流电流；UL为逆变侧交流母线电压；Xc为换流变压器漏抗；β为逆变侧超前触发角。

当交流系统发生不对称故障引起电压波形相角偏移φ时，换流器关断角的计算公式[11]表示为：

(2)

逆变侧有定关断角的调节器，调节器会自动调节触发角β，保持γ为设定值，以保证阀从关断到阀上电压由负变正的过零点之间的时间充足。但是，由式(1)、式(2)可以看出，当逆变侧交流母线电压降低，或者不对称故障导致电压波形相角偏移，触发角β调节不及时，都会使换流器的关断角减小，存在逆变器发生换相失败的风险。

4 同步调相机提高LCC-HVDC换相失败抵御能力的机理分析

同步调相机能提高LCC-HVDC换相失败抵御能力的实质是交流母线电压下降时同步调相机发出无功稳定交流母线电压，从而抑制换相失败。母线电压下降幅度越大，同步调相机发出的无功越多。以下主要从LCC-HVDC换相失败后同步调相机的次暂态和暂态过程分析。

式中，*为卷积符号；Xs为同步调相机与系统母线间的等效电抗；Xd为同步调相机的直轴同步电抗；为同步调相机的d轴暂态电抗；为同步调相机的d轴次暂态电抗；为计及系统阻抗时的d轴次暂态短路时间常数；为计及系统阻抗时的d轴暂态短路时间常数；Ta为定子绕组暂态时间常数；ω为交流系统的角频率；δ为系统故障前母线电压与电动势Eq间的夹角；ΔUq为ΔU的q轴分量[12]。

ΔQ=ULΔid+ΔUid0

(3)

不考虑励磁系统时，次暂态过程中同步调相机的定子电流增量表达式为：

式中，ΔQ为瞬时无功增量；ΔU为交流母线电压增加量；Δid为同步调相机d轴无功电流增加量；id0为故障前d轴无功电流。

(4)

同步调相机消耗的有功功率忽略不计，母线处发生故障后同步调相机发出的无功增量表示为：

由式(4)可知，Δid里面包含了稳态分量、直流分量和交流分量。考虑到ΔUq≈ΔU，故障瞬间次暂态过程中同步调相机瞬时无功约为:

(5)

由式(5)可知，忽略稳态时的电流id0，次暂态过程中同步调相机瞬时无功输出的变化与-ΔU变化趋势一致，当母线电压跌落即ΔU为负时，同步调相机发出无功功率。

忽略阻尼绕组和定子暂态过程，暂态过程中同步调相机无功电流增量和暂态电动势增量表示为：

(6)

(7)

式中，为暂态电动势增量；KA为励磁放大倍数；为d轴开路暂态时间常数；s为拉普拉斯变换中的复数。

由式(7)代入式(6)，可知：

(8)

式中

(9)

将式(8)代入式(3)，得到暂态过程中同步调相机无功输出增加量：

(10)

式中，ICFII为CFII值；Uac为逆变侧换流母线额定线电压；Lmax为换相失败临界电感；Pdc为直流输电系统额定功率。

从以上原理可知，当母线电压UL下降时,同步调相机发出无功功率。从系统交流侧来看，减少了线路上无功功率的交换，从而有效抑制了系统母线电压UL下降。从式(1)、式(2)可知，其等同于抑制了关断角γ的降低，避免了LCC-HVDC的换相失败。

5 仿真研究

式中，Lf为接地电感值。故障水平反映了故障的严重程度，FL值越大，故障越严重。

5.1 同步调相机提高LCC-HVDC换相失败抵御能力的原理研究

为了验证同步调相机提高LCC-HVDC换相失败抵御能力的机理，在逆变侧换流母线处设置三相感性接地故障，故障电感值设置为0.16H(案例1条件下恰好不发生换相失败的电感值)，故障时刻设置为12.11s，故障持续时间为0.05s。对比故障发生时案例1、案例2条件下的直流电压、直流电流、直流功率、交流母线电压及γ角的变化，观察同步调相机励磁电流与励磁电压的波形。仿真波形如图4所示。

由图5(a)、图6(a)可知，当逆变侧交流系统SCR为2时，此时交流系统较弱，案例1的CFII值为0.16，案例2的CFII值为0.19，案例2较案例1的CFII值提升了18.75%。当逆变侧交流系统较强SCR达到6时，案例1的CFII值为0.47，案例2的CFII值为0.51，案例2较案例1的CFII值提升了8.51%。所以，逆变侧交流系统SCR越大，案例1和案例2的CFII值分别随之增大。另外，总体来看，案例2的CFII值相比于案例1均有所增加。但是案例2较案例1的CFII值提升程度逐渐减缓，即随着SCR的增加，CFII提升率的总体趋势是越来越小。根据图5(b)、图6(b)可知，无论整流侧交流系统SCR如何改变，案例1和案例2的CFII值分别保持在约0.22和0.27不变，案例2的CFII值较案例1提升了约0.05，CFII提升率保持在约22.7%不变。

5.2 整流侧或逆变侧短路比不同时案例1及案例2的换相失败免疫性指标对比

本文采用换相失败免疫性指标(Commutation Failure Immunity Index，CFII)值衡量LCC-HVDC抵御换相失败能力的强弱。CFII值越大，代表逆变器抵御换相失败的能力越强，反之，则越弱。其定义如式(11)所示[13，14]：

(11)

由式(10)可知，暂态过程中忽略稳态时的电流id0，当母线电压跌落即ΔU为负时，同步调相机发出无功功率，-ΔU越大，同步调相机发出无功越多。

为了直观显示案例2相对于案例1的CFII值的提升程度，用CFII提升率IΔ表征，公式如下[15]：

由于周围光的噪声影响，原始PPG信号的波形具有毛刺，特征点不易识别。令Sr(n)表示原始PPG序列，其中n=0,1,...,1999表示样本编号。本文对Sr(n)进行跨度为15的滑动均匀滤波，得到滤波后的脉搏波序列Ss(n)，如公式（1）所示。滑动均匀滤波计算简单，在信号采集条件较为理想的情况下，能保持波形特征情况下消除毛刺。

(12)

式中，ICFII1为案例1的CFII值；ICFII2为案例2的CFII值。

短路比(Short Circuit Ratio，SCR)为直流换流母线的短路容量与额定直流功率的比值[16,17]，其可以作为表征交流系统强弱的指标。

将3%活化好的鲁氏酵母菌株接入到蛋白胨水培养基中，在28 ℃培养72 h，滴入吲哚3～4滴试剂，观察试验结果。同时用大肠杆菌做阳性对照，并做空白试验。

分别对比2个案例在整流侧不同SCR(逆变侧SCR不变)及逆变侧不同SCR(整流侧SCR不变)时的CFII值变动情况，以下从单相故障和三相故障两方面进行研究。

由仿射几何可知，空间直线可由Plücker坐标(L,M,N,P,Q,R)表示，其中(L,M,N)和(P,Q,R)分别表示直线的方向向量和直线相对于原点的矩。设图4中f1和f2上任意一点的坐标分别为σf1(x1,y1,z1)和σf2(x2,y2,z2)，则有z1=l/2，z2=-l/2，建立基于Plücker坐标的交点轴线方程：

5.2.1 单相故障

单相故障是最常见的接地故障，所以有必要研究逆变侧交流母线处发生单相故障时同步调相机的作用效果。以下针对整流侧和逆变侧交流系统强度变化对同步调相机作用效果的影响进行研究，通过在PSCAD/EMTDC仿真软件中进行仿真，得到单相故障时，同步调相机投入及不投入工况下，整流侧和逆变侧不同交流系统强度的临界电感值，并代入式(11)，最终得到对应运行工况下的CFII值，如图5所示。整流侧和逆变侧交流系统短路比变化时，案例2较案例1的CFII提升率如图6所示。

当逆变侧交流母线处投入同步调相机后，如果逆变侧交流母线在12.11s发生三相短路故障，案例2中的同步调相机会瞬时提高励磁电流、励磁电压，如图4(a)、图4(b)所示，说明故障瞬间，同步调相机瞬时增大了无功功率输出。然后经对比分析图4(c)～图4(h)中案例1、案例2曲线变化趋势发现，案例2曲线在故障瞬间变化幅度均比案例1曲线的变化幅度小，由此可知，同步调相机的作用可以减小逆变侧交流母线电压降低的幅度，进而使得故障发生时系统直流电压降低幅度和直流电流增加幅度都减小。最终大幅减小了故障发生后LCC-HVDC逆变器关断角γ的降落幅度，从而验证了同步调相机提高LCC-HVDC抵御换相失败能力的机理。

5.2.2 三相故障

三相接地是交流系统最严重的接地故障，为了更进一步研究同步调相机的作用效果，在逆变侧交流母线处设置三相接地故障，改变整流侧和逆变侧交流系统SCR，得到的CFII值如图7所示，CFII提升率如图8所示。

由图7(a)、图8(a)可知，在三相故障情况下，当逆变侧交流系统SCR为2时，案例1的CFII值为0.11，案例2的CFII值为0.15，案例2的CFII值较案例1提升了36.36%。当逆变侧交流系统SCR为6时，此时交流系统较强，案例1的CFII值为0.37，案例2的CFII值为0.43，案例2较案例1的CFII值提升了16.22%。所以，同单相故障情况类似，随着逆变侧交流系统SCR逐渐增大，虽然案例2的CFII值总比案例1的大，但是CFII提升率逐渐降低。根据图7(b)、图8(b)可知，无论整流侧交流系统SCR如何改变，案例1的CFII值保持0.18不变，案例2的CFII值保持约0.22不变，案例2的CFII值较案例1提升了约0.04，CFII提升率始终约为22.22%。

综上所述，无论逆变侧交流母线处发生单相还是三相故障时，均可得到如下结论：

(1)改变逆变侧交流系统SCR，投入同步调相机都能在一定程度上降低CFII值。随着逆变侧交流系统SCR增加，CFII提升率总体上有下降趋势，说明逆变侧交流系统较弱时，同步调相机可以显著提高LCC-HVDC换相失败抵御能力。

生姜汁 （g/100 mL） 75＞25＞50＞100，乳酸链球菌素 （g/100 mL） 0.15＞0.05＞0.10＞0.20，柠檬酸（g/100 mL）0.40＞0.70＞1.00＞1.30，魔芋葡甘聚糖 （g/100 mL） 0.80＞1.00＞0.60＞0.40，海藻酸钠 （g/100 mL） 0.50＞1.00＞2.00＞1.50，甘氨酸 （g/100 mL） 0.05＞0.10＞0.15＞0.20。

(2)改变整流侧的交流系统SCR，有无同步调相机投入对应的CFII值和CFII提升率均保持不变，有同步调相机投入时CFII值的降低幅度均相同，所以整流侧交流系统强度不影响同步调相机对LCC-HVDC换相失败的作用效果。

5.3 不同故障水平下案例1和案例2的换相失败概率指标对比

在相同故障水平下，LCC-HVDC是否换相失败也受同一周期内不同故障时刻的影响，因此有必要研究投入同步调相机后不同故障时刻的换相失败情况。换相失败概率是指同一故障水平下，将一个周期等分为100份，在一个周期内不同时刻发生故障导致LCC-HVDC发生换相失败的次数与总次数100的比值[18,19]，所以，采用换相失败概率来表征同一周期内不同故障时刻对LCC-HVDC换相失败的影响。

故障水平定义如式(13)所示[20]：

(13)

为研究同步调相机对LCC-HVDC抵御换相失败能力的影响程度及不同交流系统强度对同步调相机作用效果的影响，在PSCAD/EMTDC中搭建了图1所示含同步调相机的LCC-HVDC系统模型，其详细参数见表1。同时设置了2个仿真案例，并在PSCAD/EMTDC中分别对其进行研究。案例设置如下所示：①案例1：逆变侧不投入SC;②案例2：逆变侧投入SC。

庭园内主要的建筑物都安排在同一个轴网系统内，布置了方正的建筑之后，剩下不规则形状的用地则通过安排石山、树池、花池等配景去消解。树池和花池的平面形状在靠近建筑的一侧，保持与建筑外墙平行或垂直。在不规则形状的用地里，走道与花池使用了不规则的折线造型，修饰了不规则的用地形状（图16）。

为了研究同步调相机对LCC-HVDC换相失败概率的影响，在逆变侧交流母线处设置单相和三相感性故障(逆变侧交流系统SCR均为3)，仿真研究了前述2个案例的换相失败概率。

5.3.1 单相故障

压痕法是将维氏或洛氏压头以一定的载荷压入涂层，然后根据载荷与裂纹曲线的斜率来判断结合强度。王海斗等[31]研究了等离子喷涂层应力水平对声发射幅值的影响，结果表明，声发射幅值与接触应力的大小无明显的关系。马增胜等[32]采用纳米压痕法研究了拉伸应变对镍薄膜力学性能的影响，结果表明，弹性模量和硬化指数与材料的变形程度无关,屈服强度和变形阶段有关。图1为德国评价结合强度的标准，此方法采用洛氏硬度计加载，在与压痕边缘相邻的膜层破坏后卸载用光学显微镜观察以评定其试验结果。图中HF-1～HF-4(HF是德语中结合强度的缩写)表示有足够的结合强度，而HF-5～HF-6表示结合强度不够[33]。

逆变侧交流母线处发生单相故障时，案例1、案例2在不同故障水平下换相失败概率的变化情况如图9所示。

由图9可知，在A点故障水平为0.267时，案例2比案例1的换相失败概率降低了58%。随着故障水平的提高，在B点故障水平为0.468时，案例2比案例1的换相失败概率降低了10%。结果表明，逆变侧交流母线发生单相故障时，投入同步调相机能降低不同故障水平下LCC-HVDC换相失败概率。

在本试验中，选择肉蛋兼用型地方鸡种固始鸡为研究对象，采用四种不同养殖模式（无抗舍养、无抗放养、有抗舍养和有抗放养）进行养殖。在不同养殖阶段，测定鸡胸肉、腿肉和肝脏中氨基酸及其组成，并系统比较分析固始鸡的养殖方法对鸡肉品质的影响，为推进健康养殖，提升鸡肉品质提供依据。

(1)仅在预应力作用下，箱梁翼缘板上产生的正应力不均匀分布现象，仍然符合传统意义上关于剪力滞的定义，即由于翼缘板不均匀剪力流引起的，所以引用剪力滞概念来描述这种正应力不均匀分布现象是有理论依据的。由本研究得出来的结论如下：宽跨比对于箱梁剪力滞系数沿着纵向分布没有影响；腹板越来越厚时，靠近支座的剪力滞系数和剪力滞系数峰值有所减小，其他位置的剪力滞系数差别不是很大。

5.3.2 三相故障

交流母线处发生三相感性故障时，案例1、案例2不同故障水平下换相失败概率的变化情况如图10所示。

由图10可知，C处故障水平为0.194时，案例1的换相失败概率已接近100%，案例2没有发生换相失败，直到D处故障水平为0.216时，案例2的换相失败概率逐渐从0增加。结果表明，逆变侧交流母线处发生三相故障时，同步调相机能降低不同故障水平下LCC-HVDC的换相失败概率。

6 结论

本文针对同步调相机对LCC-HVDC换相失败的影响研究，首先进行了相关理论分析，然后在PSCAD/EMTDC中搭建了含同步调相机的LCC-HVDC系统模型。通过在逆变侧设置单相和三相故障两种故障类型，仿真分析得到如下结论：

(1)无论单相还是三相故障，从换相失败免疫性指标、换相失败概率指标来看，投入同步调相机后均可以提高LCC-HVDC的换相失败抵御能力，逆变侧交流系统强度越弱，同步调相机对LCC-HVDC换相失败的影响效果越明显。

(2)从换相失败免疫性指标来看，整流侧的交流系统强度不影响同步调相机对LCC-HVDC换相失败抵御能力的作用效果。

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