高压输电线路电磁感应取能电源优化设计

为解决高压输电线路在线监测装置的供电问题,利用Saber软件对CT取能电源进行优化设计。该电源利用线圈由线路获取能量,经过整流、滤波、稳压过程将其转变为可供监测设备使用的电能。其中,通过取能磁芯的选取防止电源易饱和情况;整流电路采用肖特基二极管可有效降低处理过程中的电压损失;滤波电路采用超级电容不仅能够输出波动较小的直流电压,还能够保证瞬时大功率设备的正常工作;降压电路采用闭环控制可得到稳定输出的直流电压。结果表明该CT取能电源在输电线路5~1000 A的电流变化范围内,铁芯不饱和,输出电压波形不发生畸变,电源能以5 V直流电压实现稳定输出,满足监测设备的供电要求。

基于FSC和TCSC混合复用的交直流混联线路潜供电弧特性

为提高系统运行稳定性,高补偿度串补装置广泛投入使用,但线路故障后潜供电流存在高幅值的低频分量,潜供电弧难以自熄。针对此问题,基于交直流混联输电线路,研究了不同布置方式下串补度对潜供电流与恢复电压幅值影响,提出了一种固定串补(fixed series compensation,FSC)和可控串补(thyristor controlled series compensation,TCSC)混合复用抑制潜供电弧的方法。此外,为满足线路对高补偿度的需求,设计FSC和TCSC混合复用串补度最佳配置方案。结果表明,交直流混联线路采用串补度40%的双平台分散布置方式,潜供电流与恢复电压幅值达到最小,燃弧时间最短。高补偿度串补线路TCSC采用串补度10%、20%的配置方案更利于熄弧,提高重合闸成功率。

基于混合无功功率补偿的交直流混联线路潜供电弧抑制措施

随着电压等级提高、输送功率增大,系统无功功率变化更加频繁,不利于熄弧,输电线路安全稳定运行受到严重威胁。基于交直流混合无功补偿线路研究了混合无功补偿装置(hybrid reactive power compensation,HRPC)补偿度对潜供电流与恢复电压影响,分析分级可控高抗与小电抗联动控制的措施对潜供电弧抑制效果,提出一种改进型旁路断路器时序控制策略。结果表明,串补度20%、补偿度70%及小电抗700 mH时,潜供电流与恢复电压幅值最小,抑制效果最佳。此外,采用潜供电弧熄灭后旁路断路器断开的控制策略能够进一步加快熄弧速率,提高单相重合闸成功率。研究成果为HRPC在远距离大容量混联线路中应用提供理论依据和技术支撑。

基于光伏充电的低压混合式断路器设计及仿真

直流断路器是实现直流系统电流故障清除和隔离的关键设备。基于人工过零点的直流断路器熄弧时刻具有不确定性,且换流电容需要更换辅助电源,降低断路器可靠性,增加维护成本。为此,在传统直流断路器基础上,提出了一种基于光伏充电的混合式直流断路器拓扑结构设计方案。该方案在断路器过零点未熄弧时闭锁IGBT开关,加速电弧熄灭,并设计光伏储能供电系统为换流电容预充电能,以保障断路器持续运行。同时对所提断路器的拓扑结构、开断时序、拓扑参数进行了设计,基于MATLAB/Simulink实验平台建立了150 V混合式直流断路器模型,讨论IGBT开关器件闭锁时刻及电阻电容二极管(resistance-capacitance diode,RCD)缓冲电路对断路器开断的影响。在此基础上,通过仿真实验分析了正常和短路工况下断路器开断过程,验证了所提方案的可行性。

MMC-HVDC双极故障条件下自适应限流控制策略

直流断路器(direct current circuit breaker,DCCB)广泛应用于柔直输电系统,其造价与开断电流密切相关。文中从减小断路器开断电流的角度出发,设计适用于半桥型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的自适应限流控制结构。在分析MMC直流侧短路电流特性的基础上,利用换流站输入阻抗幅值的变化反映其故障深度,定义换流站故障深度系数K f;将K f引入MMC控制结构,使其与桥臂电压参考值关联,提出针对MMC直流侧短路故障的自适应限流控制方法;在PSCAD/EMTDC平台搭建半桥型MMC柔直输电系统模型,模拟直流侧短路故障清除过程,验证限流控制的有效性。仿真结果表明:文中提出的限流控制方法可依据MMC不同故障深度,实现差异化限流控制,减小DCCB开断电流,提升故障清除速度。

低压直流断路器拓扑参数对燃弧时长影响研究

基于LC振荡换流的机械式直流断路器能够抑制开断电弧,可靠切除故障线路,保障系统安全运行。为分析机械式直流断路器拓扑参数对其开断的影响,基于人工过零点抑弧原理,在MATLAB/Simulink中搭建直流断路器仿真模型,分析不同模型下电弧抑制效果。在此基础上,针对断路器不同换流方式下的拓扑参数进行电弧抑制仿真,讨论可控参数与不可控参数对燃弧时长的影响。仿真结果表明,在强制振荡与自激振荡换流方式下可控参数对燃弧时长的影响不同,电弧时间常数、电弧散热功率等不可控参数对燃弧时长影响相同。该研究成果可为直流断路器抑弧拓扑设计提供有效参考。

C_(4)F_(7)N二元混合气体电弧温度特性研究

为实现“2030年碳达峰,2060年碳中和”的减排目标,推进电力行业绿色发展,开发环保型绝缘气体以减少SF_(6)使用已成为研究热点。环保型绝缘气体C_(4)F_(7)N凭借优良的绝缘和环保性能被广泛关注。文中基于磁流体力学方程搭建二维轴对称喷口电弧模型,通过数值计算对比研究C_(4)F_(7)N/CO_(2)与C_(4)F_(7)N/N_(2)二元混合气体、SF_(6)、CO_(2)4种气体介质电流过零前后电弧温度特性,分析4种介质灭弧性能差异原因。研究表明,与CO_(2)气体相比,C_(4)F_(7)N二元混合气体电弧径向温度分布及弧芯温度冷却速度更接近SF_(6)气体,灭弧性能介于SF_(6)与CO_(2)之间;电弧辐射吸收区的能量堆积造成C_(4)F_(7)N二元混合气体与SF_(6)气体之间灭弧性能差异。综合考虑气体传热能力与电弧散热速度,C_(4)F_(7)N二元混合气体具有较高替代潜力。

带并联电抗器的交流特高压输电线路单相自适应重合闸故障识别方法

为使单相自适应重合闸避免重合于永久性故障,需对线路故障类型进行准确的识别。笔者针对带并联电抗器的交流特高压输电线路,计算瞬时性故障与永久性故障时中性点小电抗电压与故障线路端电压幅值比,分析发现,两种故障情况下其比值明显不同,因此利用中性点小电抗与故障线路端电压幅值比为判据,可准确判别瞬时性与永久性故障。大量ATP/EMTP仿真结果表明,该方法可以有效识别不同故障类型,且判别方法简单可靠性高。

感应电压对断路器瞬态恢复电压特性影响的研究

瞬态恢复电压的幅值和上升率是断路器开断的重要影响因素,文中以特高压示范工程项目为背景,利用电磁仿真软件EMTP-ATP研究在不同故障类型和不同故障位置情况下,线路间的感应电压对断路器瞬态恢复电压参数的影响。仿真结果表明:感应电压的存在使断路器瞬态恢复电压的幅值和上升率都超过了标准规定值,对断路器的开断能力提出新的考验,仿真结果对断路器结构设计具有一定的理论指导作用。

基于积分比分布的单相接地故障熄弧时刻识别策略

现有自适应重合闸在识别出瞬时性故障后普遍经过固有延时合闸,忽视了故障点电弧熄灭与否,为进一步提高重合闸的自适应能力,有必要对故障熄弧时刻进行识别。通过计算分析超高压线路接地点熄弧前后故障相端电压特性,对比发生瞬时性故障时故障相端电压绝对值函数在二次电弧阶段和恢复电压阶段的差异,发现二次电弧阶段绝对值函数的积分在相邻时间窗内大小始终不变,积分比约为1,而恢复电压阶段初期相邻时间窗内的积分存在显著差异,其积分比出现较为明显的突变。通过设定上下阈值,将故障相端电压绝对值函数积分比作为熄弧时刻识别判据,若积分比连续5次超过所设阈值,则判断故障熄弧。大量EMTP-ATP仿真表明,该判据能可靠识别熄弧时刻,且不受并联补偿度、故障位置以及过渡电阻影响,具有较强的自适应性。

基于频率相关模型的潜供电弧参数的计算与分析

特高压输电线路上潜供电弧的存在影响系统的供电安全和稳定运行,如果不能及时熄灭,将造成单相自动重合闸的失败,因此有必要对潜供电弧进行深入系统地研究。输电线路参数是影响潜供电流和恢复电压的主要因素之一,对于特高压长距离输电线路必须要考虑线路的分布参数特性。由于线路集肤效应的存在,线路参数的分布特性实际上是频率的函数。笔者根据频率相关参数电路理论,建立了特高压输电线路单相接地故障后潜供电弧参数的传输线方程,对潜供电弧产生的物理过程进行详细的分析,给出了恢复电压和潜供电流的边界条件和初始条件,并对其进行系统的计算和分析,得出恢复电压和潜供电流的变化规律,即恢复电压静电感应分量与线路长度无关,与故障点位置无关,电磁感应分量值与故障点位置密切相关;潜供电流也由静电感应分量和电磁感应分量组成,二者均与故障点位置密切相关。文中的研究成果为进一步分析潜供电弧受各种条件和因素影响的程度提供了基础。

盆式绝缘子金属丝缺陷下电场分布仿真研究

为研究金属丝缺陷对GIS内部盆式绝缘子电场分布的影响,采用有限元分析方法,以实际1100 kV GIS内部盆式绝缘子为研究对象,利用ANSYS仿真软件仿真计算存在金属丝缺陷的盆式绝缘子电场分布,并研究金属丝的分布方向、径向距离、长度和宽度对盆式绝缘子电场分布的影响。结果表明:盆式绝缘子内部的金属丝缺陷会使电场严重畸变,电场强度最大值为无缺陷时的10.76倍,且金属丝径向分布时对盆式绝缘子电场的影响更大。盆式绝缘子的电场畸变程度与金属丝分布方向、径向距离及长度有关。

存在气泡缺陷的盆式绝缘子电场仿真分析

盆式绝缘子内部存在气泡缺陷是引起局部放电和沿面闪络的重要因素,为研究气泡对盆式绝缘子电场分布的影响,采用ANSYS有限元分析软件建立存在气泡缺陷的盆式绝缘子三维仿真模型,分别研究快速暂态过电压和工频电压作用下,气泡大小、位置对盆式绝缘子电场分布及沿面闪络的影响。结果表明:气泡缺陷会引起盆式绝缘子电场畸变,最大电场强度比无气泡缺陷时增大了30%左右,且气泡越靠近金属端,盆式绝缘子电场强度越大。电场畸变主要出现在气泡缺陷附近,畸变程度与气泡尺寸、径向距离及距表面的距离有关。

超特高压交直流线路同塔架设潜供电流特性分析

中国架空线路走廊资源紧缺,交直流同塔架设成为直流输电的必然趋势,但同塔架设的交直流线路发生故障使直流线路在故障位置产生潜供电流,影响直流重启动。针对此问题,文中基于交直流线路同塔架设产生潜供电流的机理,采用PSCAD建立交直流同塔系统仿真模型,研究不同故障位置、耦合段长度、耦合段内、外换位对交直流线路潜供电流和恢复电压的影响。结果表明:直流线路潜供电流受故障位置和耦合段长度的影响较大,并且耦合段内全换位可有效减小交直流线路的潜供电流,参照云广特高压直流重启动时序,设置重启动时序可增加第一次重启动去游离的时间以保证系统稳定运行。该研究结果可为交直流同塔架设输电线路设计提供参考。

超高压混合串补线路瞬态恢复电压暂态特性

混合串联补偿对输电线路暂态特性的影响亟待研究。为研究串联补偿混合复用对瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)暂态特性的影响,以500 kV超高压示范工程线路为研究背景,利用PSCAD/EMTDC建立可控串补与固定串补的电磁暂态仿真平台,分析系统发生单相接地故障时瞬态恢复电压变化规律,得到恢复电压上升率与短路电流变化曲线;采用对比分析方法,针对可控串补与固定串补不同配置方式,研究不同串补度对TRV特性的影响,并得出最佳串补配比。仿真表明:相比固定串联补偿(fixed series capacitor compensation,FSC)双平台分段布置,系统采用可控串联补偿(thyristor controlled series compensation,TCSC)与FSC混合复用时,TRV超标工况大幅增加;合理配置TCSC+FSC线路串补度,能够有效降低TRV与断路器短路电流,且能够满足断路器正常开断的国家标准。

双语双线混合式研究生教育教学改革研究——以“现代电力系统分析”课程为例

工程教育专业认证背景下,依据电气工程及自动化专业的研究生培养目标,结合研究生“现代电力系统分析”课程特点,针对传统教学方式的弊端,提出全新的双语双线混合式教学改革方案。针对不同的教学阶段采用不同的分层教学手段,开创了中英文混合授课和考核测评的教学模式,注重对学生创新与实践能力的培养,让不同基础、能力的学生都有所发展、有所提高。改善了教学方法,丰富了教学内容,培养了研究生的自主学习能力和实际应用能力。

慕课理念下研究生精品课程建设与实践--以现代电力系统分析课程为例

针对当前研究生精品课程建设中存在的问题,将慕课理念融入研究生现代电力系统分析精品课程建设中,优化课程教学内容,开发微课、仿真、研究专题等数字教学资源,实施混合式教学,推进过程考核改革。实践证明,研究生不仅掌握了理论知识,而且大大提高了科研实践能力。

创新视阈下专业导向型研究生教学模式构建与实践——以现代电力系统分析为例

针对研究生现代电力系统分析课程特点实施课程建设改革,提出了双线双语、教师授课与工程实践双向并行的创新教学模式,并对2020级电气专业研究生展开教学实践验证。研究生综合学习能力得到提高,为培养具有国际视野和专业素养的研究生奠定了扎实的基础。

基于雨课堂的高电压技术课程教学改革

依据人才培养目标,结合高电压技术课程特点和教学中遇到的问题,提出基于雨课堂的高电压技术课程改革思路,从教学内容优化、雨课件开发、教学模式改革等方面进行实践探索。实践证明,基于雨课堂的教学有助于激发学生学习兴趣,实时进行师生互动,获得较好的教学效果。

基于频率相关模型的输电线路行波传播数字算法

笔者利用投影变换、微分函数的代数逼近建立频率相关参数的离散时间数字方程,将其进行z变换,得到z域内的行波传输方程。利用Poisson求和公式,得到传播函数和波阻抗的递归离散序列,考虑传播函数的频率响应相当于IIR低通滤波器,采用Prony算法将其参数拟合为零极点的形式,减少离散序列的个数,最终将行波传播计算转化为系数很少的递归计算。在适合现有保护装置能够实现的较低采样频率下,基于频率相关模型的基础上实现利用首端行波计算对侧行波的快速算法。通过PSCAD仿真表明,该算法具有较高的准确性和精确性,取得了很好地效果。