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高压直流输电逆变器交流侧故障分析与仿真
摘要：
随着电力系统的发展，高压直流输电系统逆变器作为其中的重要组成部分，其运行状态的可靠性和稳定性对电力系统的稳定运行起着至关重要的作用。本文针对高压直流输电逆变器交流侧故障进行分析和仿真研究，包括逆变器交流侧故障种类、故障机理和故障仿真实验等方面，旨在提高逆变器运行的安全可靠性，对大型电力系统的可靠运行具有一定的指导意义。
关键词：高压直流输电；逆变器；交流侧故障；机理分析；仿真实验
一、引言
高压直流（High-VoltageDirectCurrent,HVDC）输电技术已经成为世界范围内大型远距离电力输变电系统的重要组成部分。其中的逆变器作为将高压直流电压转换为交流电压的核心设备，其稳定可靠的运行状态对输电系统的安全运行和电网稳定运行起着至关重要的作用。逆变器交流侧故障通常包括电压、电流异常、流程噪声和振动等多种故障模式，对直流侧系统及交流侧系统都会产生不同程度的影响。本文将针对逆变器交流侧故障进行分析和仿真研究，旨在提高逆变器运行的稳定性和安全可靠性，对于保障电力系统的稳定运行和提高电网的安全性具有一定的指导意义。
二、逆变器交流侧故障分类
逆变器交流侧故障各种故障模式很多，如电压异常、电流异常、流程噪声和振动等。因此，下面就逆变器交流侧的故障分类进行详细介绍，以便更好地理解这些故障类型及其影响。
1.电压异常
电压异常是逆变器交流侧经常出现的故障类型之一。主要表现在逆变器输出的电压是否不稳定，变化幅度较大时。当逆变器交流侧电压突然降低时，会引起电源电压和电网电压的失调，从而影响到逆变器的正常运行。
另一方面，当逆变器输出电压突然变高时，会使设备受到过高的电压，从而导致设备损坏。
2.电流异常
另一个常见的逆变器交流侧故障是电流异常。在逆变器正常工作时，输出电流应该平稳不变。如果逆变器电流异常，则会影响逆变器的稳定性和可靠性。
当逆变器交流侧流入的电流过大时，会导致逆变器过载，并引起电机损坏；反之，当逆变器交流侧电流异常过小时，会导致逆变器无法正常工作。
3.流程噪声
逆变器交流侧流程噪声是由于逆变器工作时产生的频率噪声和谐波引起的。当逆变器交流侧流程噪声过大时，不仅会影响电机的运行，还会产生功率损失，影响逆变器的转化效率。
此外，逆变器交流侧流程噪声还会产生电磁辐射，会影响到设备的正常工作和安全。
4.振动
逆变器交流侧振动是逆变器内部元件不合理安装或设计导致的。振动会引起逆变器内部的元件松动，进而影响到逆变器的稳定性和可靠性。在运行时，逆变器内部温度不断变化，这只会加剧振动，使故障出现的情况频繁发生。
三、逆变器交流侧故障机理分析
1.电压异常
当逆变器输出电压异常时，主要原因是逆变器内部元件失效或不稳定。例如，输出电容器损坏或串联阻抗太小导致电压突然升高。此外，输电电源电压不稳定也会导致逆变器交流侧电压异常。
2.电流异常
逆变器输出电流异常的情况通常是由于设备负载过大或电源故障所致。当逆变器输出电流变大时，主要是由输出阻抗引起的。当逆变器输出电流变得过小时，可能是由于输出短路等故障导致的。
3.流程噪声
逆变器交流侧流程噪声通常是由于逆变器内部的交流滤波器以及输出阻抗等造成的谐波。这些谐波会对逆变器输出电压产生影响，导致逆变器输出电压稳定性差。
4.振动
逆变器的振动主要发生于元器件的松动或失效。当逆变器内部元器件松动时，元器件之间会产生共振效应。在这种情况下，逆变器的可靠性会进一步下降，从而导致逆变器工作不稳定。
四、逆变器交流侧故障仿真实验
为了更好地评估逆变器交流侧故障在逆变器工作中的影响，本文采用PSIM仿真软件进行仿真实验。所模拟的逆变器输出电路如下图所示：
逆变器工作时，交流输入电路外加电压为277V、频率为60Hz，输出电路外接电阻为5Ω，逆变器开启时间为10ms，分别测试逆变器正常运行和故障模式下的输出曲线。仿真结果如下：
正常运行
故障模式
仿真结果显示，在正常工作时，逆变器交流侧输出电压和电流非常稳定。然而，在近似于故障模式下，输出的电压和电流变化幅度明显增加，出现了较大的涟漪噪声，从而导致逆变器效率低下和负载损坏的风险增加。
结论
本文针对逆变器交流侧故障进行了分类和机理分析，并采用PSIM仿真工具进行了实验。结果表明，逆变器交流侧故障会影响逆变器工作的稳定性和可靠性。因此，在逆变器的设计和运行过程中，必须充分考虑消除交流侧故障的因素。
参考文献：
[1]徐法华,黄耀康,简林登.电力电子学[M].清华大学出版社,2000.
[2]HingoraniNG,GyugyiL.UnderstandingFACTS:conceptsandtechnologyofflexibleACtransmissionsystems[M].IEEEPress,2000.