直流保护策略对特高压换流站过电压与绝缘配合影响的仿真分析

特高压直流换流站作为特高压直流输电工程的枢纽,其绝缘配合方案对工程的技术经济性能影响较大。为研究特高压直流换流站绝缘配合研究中出现的直流系统保护策略对换流站过电压与避雷器配置的影响,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真程序建立了糯扎渡电站送电广东±800kV直流输电工程的直流暂态过电压仿真模型,仿真分析了高端换流变YY阀侧接地和接地极线或金属回线接地故障下直流保护策略对直流暂态过电压和避雷器应力的影响。研究结果表明,直流系统保护策略对换流站绝缘配合有较大影响,糯扎渡电站送电广东±800kV直流输电工程换流站中性母线避雷器配置方式或直流保护策略需要在云南至广东±800kV特高压直流输电工程基础上进行改进。工程中若不能减小换流器直流差动保护和中性母线过电压保护的延迟时间,则建议增加中性母线避雷器E1H和E2H的并联台数以满足设计要求。

土壤结构对流入变压器中性点直流电流的影响

当直流输电系统单极大地回路运行时,会在直流接地极附近的中性点接地变压器中流过较大直流电流,从而导致变压器直流偏磁等一系列后果。采用复合分层土壤结构模型,基于特定的计算模型,对直流接地极流入直流电流时引起的地中电流场分布和地电位分布进行计算,分析流入变压器中性点的直流电流。同时通过改变土壤结构模型参数,分析不同土壤结构配置下流入变压器中性点直流电流的变化。研究表明,土壤结构对流入变压器中性点的直流电流影响较大,因此在精确计算流入变压器中性点的直流电流时应考虑土壤情况的复杂性。研究结果为实际工程中直流接地极附近变电站选址提供理论参考。

±800kV换流站的雷电侵入波过电压仿真分析

特高压直流换流站的绝缘配合对系统的安全运行和经济成本至关重要。为此,针对糯扎渡送电广东±800 kV特高压直流输电工程,采用PSCAD/EMTDC软件仿真分析受端换流站雷电侵入波过电压分布及其对设备雷电冲击绝缘水平的影响。建立了换流站各设备的雷电冲击暂态模型和交、直流侧进线段线路的频率相关模型,并选取合适的换流站运行方式进行仿真分析。采用先导发展法作为绝缘子串的闪络判据计算出交、直流侧输电线路进线段内反击和绕击耐雷水平,并由电气几何模型计算最大绕击电流。根据线路耐雷水平计算交、直流侧进线段内反击和绕击时雷电侵入波在换流站内设备上形成的最大过电压,校核设备雷电冲击绝缘水平,提出了改进措施。

相模变换法分析特高压直流输电线路接地故障

为研究双极运行的特高压直流输电系统中单极接地故障过电压,采用相模变换法分析了双极运行的特高压直流输电系统单极接地故障。首先建立故障时的模量电路,分析线路不同端口性质下健全极过电压的波形特征和幅值,然后结合模量电路分析,以云广直流输电工程为对象,建立了双极直流输电系统的单极接地故障模型,计算和分析了多种因素如故障接地电阻、直流滤波器的工作状态、平波电抗器的布置方式等的影响以及故障时健全极沿线的过电压幅值分布情况。结果表明,直流滤波器的投入与否将改变直流线路端口的阻抗性质,对故障时的过电压影响显著:投入直流滤波器时,中点接地故障时健全极过电压最大可达1.76p.u.,平波电抗器布置方式对健全极过电压幅值无影响;未投入直流滤波器时,平波电抗器布置方式将直接影响到健全极过电压的幅值。

面向大规模海上风电基地低频交流送出的功率集线器

为了经济和高效地实现千万千瓦级海上风电基地多个低频交流送出通道的功率汇集,并与陆上直流输送线路进行有机衔接,提出了大规模海上风电功率集线器的概念及其实现方法。各海上低频交流输送通道上岸后分别接入功率集线器的对应接口单元。接口单元的核心是简单的柔性化二极管整流器,在保持低成本、紧凑化的前提下具有灵活可控性,将对应通道的低频交流输入变换为直流后汇集到直流母线,且各接口单元能够实现独立的黑启动和功率控制。所有输入通道的功率在集线器的直流母线汇集后,可以连接后续陆上直流线路输送至负荷中心。文中提出了海上风电功率集线器的拓扑、基本设计方法和控制策略。与现有海上风电低频交流输电方案的比较表明,所提功率集线器方案具有更优的经济性、可靠性以及紧凑化水平。仿真结果验证了所提出的海上风电功率集线器的有效性。

超大规模海上风电海陆一体直流输电技术探讨

海上风电的大规模开发是“双碳”战略目标实现的重要举措之一。常规的海上风电经柔性直流送出方案中,风电登陆后依赖交流架空线实现陆上电能传输,存在陆上输电走廊占用大、需要建设大量陆上换流站等不足,难以支撑我国海上风电资源大规模集中开发的需求。在分析我国海上风电开发需求的基础上,提出了超大规模海上风电海陆一体协同输电技术方案,为千万千瓦级海上风电基地开发提供一种新的解决思路。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了6000MW海上风电经三送、两受多端直流海陆一体送出系统模型,验证了所提技术方案的有效性和可行性。

海上风电柔性低频输电动模平台设计

柔性低频输电是一种结合了直流输电与常规交流输电各自优势的新型输电技术,在远距离高压大容量输电场合呈现出巨大的应用潜力。通过建设动模仿真试验平台,可充分验证海上风电柔性低频输电送出技术。本文首先介绍了动模平台概况;其次阐述了动模平台的主回路参数和主接线;并设计了动模平台的基本控制策略。最后通过在PSCAD/EMTDC平台上搭建仿真模型,验证了上述设计的动模平台及其控制策略的有效性和可行性。

海上换流站平台结构设计

由于工艺布置要求,海上换流站平台存在大量大跨度、转换、错层等结构设计难题,如何合理选择结构布置形式是海上换流站设计的关键因素。根据海上换流站平台典型的工艺布置方案,结合方案中对工艺布置、施工安装和运行检修等基本要求,对该平台的结构形式进行优化布置,并对4种典型结构形式方案在极端环境、施工安装、地震等主要工况下进行仿真分析,从技术经济角度对不同方案的优缺点进行对比分析,提出优化设计方案和主要的结构布置建议。

特高压复合支柱绝缘子力学性能试验研究

为了研究特高压实心复合支柱绝缘子的力学性能,对其进行了静力侧推试验和动力特性测试。通过在支柱绝缘子芯棒根部布置应变片、顶部布置位移计和加速度计来获取支柱绝缘子芯棒根部应变、力-位移关系以及绝缘子破坏前后的基频。结果显示,复合支柱绝缘子的破坏主要表现为绝缘子法兰的断裂破坏或绝缘子芯棒与法兰之间胶装部位的粘结破坏,且绝缘子破坏后基频明显降低。绝缘子在侧向力作用下的力-位移关系整体上可分为线弹性和弹塑性两个阶段。在其他参数相同的条件下,绝缘子的侧向承载力主要由法兰高度决定,法兰高度越大,其内部与绝缘子胶装高度越高且粘结效果越好,则支柱绝缘子的抗侧刚度及侧向承载力就越大;对于法兰无加劲肋的复合支柱绝缘子,其各组成部分的侧向承载能力是不同的,其中绝缘子芯棒的侧向承载能力要明显高于法兰和粘结材料。

±1000kV特高压直流换流站绝缘配合

特高压直流换流站的绝缘配合设计对特高压直流电网的安全运行和经济性有重要影响。本文依据缅甸水电送电广东相关规划研究,假设该工程采用±1 000k V特高压直流输电方式,设计了直流系统参数,搭建±1 000k V换流站直流暂态过电压仿真模型并进行暂态过电压计算。探索性研究了±1 000k V特高压直流换流站绝缘配合方案,初步提出换流站各点绝缘水平,分析了不同电压等级特高压直流换流站绝缘配合的特点。

共用接地极直流输电工程运行方式转换过程中换流站地网分流的影响及解决方案

分析了共用接地极直流系统在单极大地和单极金属回线运行方式转换过程中存在的风险,包括对变压器、开关等设备以及控制保护的影响。提出了在高速接地开关(high speed grounding switch,HSGS)与站内地网间装设限流电阻和与之并联的隔离开关的新型接线解决方案以及接地限流电阻的阻值设计方法。通过理论分析和现场调试验证了直流运行方式转换过程中的限流效果和对中性线电压的影响,通过PSCAD/EMTDC仿真分析了接地方式对直流系统故障暂态工况的影响,结果表明所提出的方案可有效解决直流运行方式转换过程共用接地极对换流站的相互影响,并不影响极线和中性线直流设备的稳态和暂态应力要求。对于直流控制保护设计,已建工程仅需修改顺控,无需修改保护配置。

常规直流柔性化改造过渡方案研究

为避免高压直流受端换流站逆变器换相失败的问题,同时提高受端换流站交流系统的电压稳定性,将受端换流站改造成柔性直流换流站,形成送端常规直流受端柔性直流的混合直流输电系统。结合南方电网贵广I直流输电工程,为减少改造过程中的停电时间,对两端换流站改造的过渡方案进行深入研究,并提出了常规直流柔性化改造过渡方案,该研究成果对混合直流输电工程有借鉴和参考价值。

海上风电送出用柔性直流换流站电气主接线

柔性直流输电是目前大规模远海风电送出至陆上电网的主流输电方式。本文提出了海上风电柔性直流送出采用双极接线的多种实现方式,与对称单极接线进行了对比,推荐采用对称单极接线,并提出了直流电压选择优化方案。分析了海上风电柔性直流送出的电气特点及其与其他柔性直流应用场景的差异。考虑海上换流站高可靠性和紧凑化设计需求以及海上换流站和陆上换流站的不同特点,研究并提出了两端换流站主接线的结论,包括柔性直流变压器、启动回路、桥臂电抗器、直流耗能装置的配置和接地方式等接线设计,在保证可靠的前提下达到简化设备要求、节省空间和降低造价的目的。

多端柔性直流系统启动回路设备选型与启动策略

启动回路设备选型及启动策略设计是多端柔性直流系统设计的关键问题。对于采用模块化多电平技术的多端柔性直流系统,通过对启动充电不控整流过程的理论分析,结合PSCAD/EMTDC仿真计算验证,提出了多端柔直系统启动电阻、联接变压器中性点电阻及启动电阻旁路开关等设备的技术要求。分析了设备参数与不同运行方式、启动策略的关系,提出了各种启动方式下的优化启动策略。研究结论已被南澳多端柔直示范工程采用。

高压直流转换开关避雷器改造方案研究

[目的]国内高压直流输电工程在进行单极大地/金属运行方式转换时,曾发生过数次MRTB (金属回线转换开关)或ERTB (大地回线转换开关)振荡平台避雷器损坏导致转换失败的情况。因此需要对直流转换开关避雷器几种改造方案进行研究。[方法]针对直流转换开关避雷器吸收能量高、通流时间长以及压比较高的特点,本文从避雷器吸收能量、通流时间和过电压等的计算结果判断增加避雷器柱数和每柱串联阀片数两种改造方案能否改善避雷器的运行环境,并分析了对其他相关设备绝缘水平的影响以及对设备布置的影响。[结果]增加避雷器柱数对改善避雷器运行特性无明显作用。增加避雷器单柱片数可降低避雷器通流时间,但将提高断路器和振荡回路电容器绝缘水平。[结论]不建议对现有换流站直流转换开关避雷器进行增加避雷器柱数或片数的改造。可在较低功率水平下进行转换以降低避雷器应力。若避雷器能量裕度足够,在因阀片缺陷引起避雷器故障的情况下可采取拆除故障台并继续运行的措施。

±800 kV直流旁路开关地震响应及减震措施

在此前的地震中,与旁路开关结构形式类似的支柱类设备已经遭受过大量的破坏。为了研究旁路开关的抗震性能,文中首先以±800 k V直流旁路开关为原型建立有限元模型并进行了地震响应分析,结果表明,在组合相关荷载作用后,该设备无法满足抗震设计要求。文中建议了一种在设备底部设置钢丝绳阻尼器和液压阻尼器组成的减震支座的方案,通过修正Bouc-Wen模型模拟钢丝绳阻尼器的滞回特性,对设置减震支座前后的设备进行地震响应分析。结果显示设置减震支座后,绝缘子根部应力响应大大减小,满足应力安全系数的要求,文中所述的减震支座能有效提高旁路开关的抗震性能。

大容量远海风电柔性直流送出关键技术与展望

大容量远海风电集中送出能够有效降低开发成本,柔性直流输电作为远海风电的主要送出方式具有广阔应用前景。全面论述了大容量远海风电柔性直流送出关键技术与展望,首先介绍了远海风电交、直流典型送出方案,对比了交、直流送出方案的经济性;接着介绍了±500 kV/2 000 MW海上风电直流送出关键技术,从整体技术方案、可靠性、接地方式等方面对比了对称单级接线系统和双极接线系统的特点,分析了海上风电场66 kV无升压站汇集带来的新问题;指出了大容量远海风电送出技术在直流海底电缆、新型送出方式、智能化运维、控制保护、海上换流平台轻型化等方面的发展方向与挑战。

背靠背直流输电技术及其在鲁西异步联网工程中的应用

背靠背直流输电技术可用于异步电网互联,文章介绍了背靠背直流输电系统的特点及世界上已投运的背靠背直流输电工程的情况。结合南方电网的首个背靠背直流工程——云南电网与南网主网鲁西背靠背直流异步联网工程(简称鲁西异步联网工程),介绍了常规直流与柔性直流组合的系统方案,包括单元接线方式、主要运行方式、主设备参数、换流站占地面积等,最后总结了鲁西异步联网工程的关键技术及创新点。

±800 kV特高压换流站绝缘配合方案的普适性仿真分析

特高压直流换流站绝缘配合方案对工程的技术经济性能影响较大。针对国内外±800 k V换流站尚无统一绝缘配合方案的情况,基于对现有绝缘配合方案的对比分析选取一种典型方案,在±800 k V直流输电工程的经济输送距离和输送容量下开展换流站绝缘配合方案的普适性研究。采用PSCAD/EMTDC仿真软件分析了输送距离和输送容量对绝缘配合方案的影响。仿真分析结果表明输送距离的变化对换流站绝缘配合方案影响不大,输送容量的增加对个别避雷器应力影响较大,但可以通过增加避雷器并联台数以保证避雷器保护水平或设备绝缘水平不变,研究结论可为换流站设计的标准化提供参考。

多端直流输电系统主回路设计研究

多端直流输电系统因其结构灵活、经济性高而备受关注。多端直流输电系统因运行方式灵活,主回路关键设备参数选择和主回路状态计算需要考虑更多因素。本文从分析多端直流的系统运行条件入手,分析了多端直流的系统运行方式和控制方式。接着剖析了多端直流关键设备参数的限制因素,提出了适用于多端直流主回路关键参数的计算方法。构建了直流网络的潮流计算方程,提出了约束条件的调节方法。最后通过设计实例验证了所提方法的有效性。该方法为多端直流输电系统的设计提供了技术手段和支撑。