Transient Voltage Suppression Strategy for Hybrid Cascaded HVDC Systems Based on Enhancement of System Reactive Power Short-Circuit Ratio

LIU Jiangshan; LI Fengting; YIN Chunya; ZHANG Gaohang; CHEN Ruikang; LIU Wan

doi:10.20204/j.sp.2025.11015

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Transient Voltage Suppression Strategy for Hybrid Cascaded HVDC Systems Based on Enhancement of System Reactive Power Short-Circuit Ratio

更新时间：2025-12-10

- Transient Voltage Suppression Strategy for Hybrid Cascaded HVDC Systems Based on Enhancement of System Reactive Power Short-Circuit Ratio
- Vol. 53, Issue 11, Pages: 126-134(2025)
- 作者机构：
  
  新疆大学电气工程学院,新疆,乌鲁木齐,830017
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20204/j.sp.2025.11015
  CLC：
- Published：2025
- 稿件说明：
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刘江山,李凤婷,尹纯亚,张高航,陈睿康,刘万.基于系统无功功率短路比提升的混合级联型直流系统暂态电压抑制策略[J].智慧电力,2025,53(11):126-134.

LIU Jiangshan, LI Fengting, YIN Chunya, et al. Transient Voltage Suppression Strategy for Hybrid Cascaded HVDC Systems Based on Enhancement of System Reactive Power Short-Circuit Ratio[J]. 2025, 53(11): 126-134.
刘江山,李凤婷,尹纯亚,张高航,陈睿康,刘万.基于系统无功功率短路比提升的混合级联型直流系统暂态电压抑制策略[J].智慧电力,2025,53(11):126-134. DOI： 10.20204/j.sp.2025.11015.

LIU Jiangshan, LI Fengting, YIN Chunya, et al. Transient Voltage Suppression Strategy for Hybrid Cascaded HVDC Systems Based on Enhancement of System Reactive Power Short-Circuit Ratio[J]. 2025, 53(11): 126-134. DOI： 10.20204/j.sp.2025.11015.

摘要

针对由直流故障引发的送端混合级联型直流系统换流母线暂态过电压问题，推导了换流母线暂态过电压数学模型，得出无功功率短路比与暂态过电压呈负相关的结论。首先，提出在稳态工况下通过调相机与模块化多电平换流器（MMC）协同支撑稳态无功需求，以暂态电压不越限为约束，量化调相机需提供的短路容量，提升系统无功功率短路比。其次，提出一种换流母线暂态压升抑制策略：在稳态时基于MMC与调相机无功支撑能力适量减少换流站无功补偿量；直流故障后，由电网换相换流器（LCC）、MMC与调相机共同吸收系统中的无功盈余，以抑制暂态过电压。最后，搭建了送端混合级联型直流系统仿真模型，验证了所提策略在应对直流闭锁及换相失败引起的暂态过电压的有效性。

Abstract

To address the issue of transient overvoltage on the converter bus in sending-end hybrid cascaded HVDC systems caused by DC faults， a mathematical model of the transient overvoltage is derived，revealing a negative correlation between the reactive power short-circuit ratio and the transient overvoltage. First， a method is proposed where synchronous condensers and modular multilevel converters （MMCs） collaboratively support the steady-state reactive power demand under normal operating conditions. With the constraint that the transient voltage does not exceed limits， the required short-circuit capacity provided by the synchronous condenser is quantified to enhance the system’s reactive power short-circuit ratio. Second， a suppression strategy for transient voltage rise on the converter bus is introduced: during steady state， the reactive power compensation at the converter station is appropriately reduced based on the reactive power support capability of the MMC and synchronous condenser； after a DC fault， the line-commutated converter （LCC）， MMC， and synchronous condenser jointly absorb the surplus reactive power in the system to suppress transient overvoltage. Finally， a simulation model of the sending-end hybrid cascaded HVDC system is built， validating the effectiveness of the proposed strategy in mitigating transient overvoltages caused by DC blockings and commutation failures.

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Keywords

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陈厚合，于浩田，刘先超，等.大规模风电经LCC-HVDC送出的送端电网频率协同控制策略[J].电力自动化设备，2023，43（9）：210-217.

张雨乐，尹纯亚，李凤婷，等.考虑多馈入系统无功电压特性的同时换相失败评估方法[J].电力系统保护与控制，2024，52（21）：170-187.

史映萍，尹纯亚，李凤婷，等.送端系统故障下考虑有功无功交互影响的暂态过电压机理及控制策略[J].电力系统保护与控制，2024，52（21）：117-128.

史映萍，尹纯亚，李凤婷，等.送端交流系统故障引发逆变侧换相失败机理分析及抑制策略[J].电力系统保护与控制，2024，52（10）：54-63.

王羽丰，李凤婷，尹纯亚.换相失败期间送端系统暂态有功建模及其支撑策略研究[J].电力系统保护与控制，2024，52（17）：177-187.

易忠山，李凤婷，尹纯亚，等.直流闭锁下的多馈出直流外送系统无功分布与暂态过电压计算方法[J].电网与清洁能源，2024，40（12）：10-17.

胥仲晖，尹纯亚，达塔娜，等.计及故障分闸角与单相故障的后续换相失败分析[J].电网与清洁能源，2024，40（10）：67-75.

赵东君，郭春义，叶全，等.抑制风电场经LCC-HVDC并网系统交流过电压的无功功率分散协同控制方法[J].电力自动化设备，2024，44（1）：88-94.

唐俊，赵文强，姜崇学，等.混合级联特高压直流输电系统逆变站保护功能及闭锁策略设计[J].浙江电力，2024，43（10）：103-113.

向往，梅晓波，赵峥，等.内陆清洁能源基地±800 kV/10000 MW直流外送拓扑设计[J].高电压技术，2024，50（5）：2052-2066.

刘杉，李修一.面向高比例新能源外送的送端混合级联型特高压直流输电方案[J].中国电机工程学报，2021，41（S1）：108-120.

孟沛彧，向往，迟永宁，等.一种适用于大规模新能源远距离外送的分层混联输电系统[J].中国电机工程学报，2021，41（10）：3349-3363.

韩璐，尹纯亚，戴晨，等.高比例新能源送端系统暂态电压运行风险分析[J].电力系统保护与控制，2024，52（1）：23-34.

YIN C Y，LI F T.Analytical expression on transient overvoltage peak value of converter bus caused by DC faults[J].IEEE Transactions on Power Systems，2021，36（3）：2741-2744.

尹纯亚，李凤婷，周识远，等.基于无功功率短路比的直流闭锁暂态过电压计算方法[J].电力系统自动化，2019，43（10）：150-154，161.

索之闻，陈启超，李晖，等.混合直流输电系统送端交流暂态电压特性研究[J].电力系统保护与控制，2019，47（17）：125-132.

文劲宇，孟沛彧，向往，等.面向新型电力系统的直流输电换流器统一拓扑架构[J].新型电力系统，2023，1（1）：84-98.

仝义.混合级联直流输电系统对送端电网调频调压控制研究[D].北京：华北电力大学，2022.

李昊.大规模新能源外送混联直流系统送端频率控制研究[D].北京：华北电力大学，2023.

刘江山，李凤婷，尹纯亚，等.换相失败引发送端混合级联直流系统换流母线暂态电压波动机理及抑制策略[J].电力系统保护与控制，2023，51（20）：36-46.

刘杉，谭开东，姜喆，等.基于可控自恢复消能装置的直流送端暂态过电压抑制方法[J].电力系统自动化，2024，48（9）：142-150.

杨金刚，石振江，何成明，等.提升高比例新能源送端电网暂态电压安全的调相机优化配置策略[J].山东大学学报（工学版），2024，54（2）：174-182.

WANG T，PEI L，WANG J M，et al.Overvoltage suppression under commutation failure based on improved voltage-dependent current order limiter control strategy[J].IEEE Transactions on Industry Applications，2022，58（4）：4914-4922.

金一丁，于钊，李明节，等.新一代调相机与电力电子无功补偿装置在特高压交直流电网中应用的比较[J].电网技术，2018，42（7）：2095-2102.

杨浩，刘虎，丁肇豪，等.计及短路比提升与暂态过电压抑制的含高比例风电送端电网两阶段式调相机优化配置[J].电网技术，2024，48（2）：540-551.

刘增训，李晓飞，刘建琴.含调相机的高压直流送端换流站无功协调控制策略研究[J].电网技术，2020，44（10）：3857-3865.

刘万，尹纯亚，李凤婷，等. 换相失败及恢复过程中整流器消耗无功功率主导因素分析及暂态过电压抑制[J]. 电力自动化设备，2025，45（2）：127-133，149.

欧阳金鑫，陶睿，潘馨钰，等. 基于不平衡无功与触发角误差补偿的直流输电系统送端交流暂态过电压控制方法[J]. 电力系统保护与控制，2024，52（24）：53-63.

尹纯亚，李凤婷，王丹东，等.风电高渗透率交直流外送系统直流闭锁稳控方案研究[J].电力系统保护与控制，2019，47（3）：95-102.

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