改善局部电网暂态电压稳定特性的LCC-HVDC控制策略优化

随着广东电网负荷中心柔性互联工程的实施,电网分区间的交流联系变弱,大容量常规高压直流馈入的局部电网动态无功支撑能力下降,在逆变站近区严重交流故障冲击下可能暂态电压失稳。结合穗东换流站近区的暂态电压稳定问题,提出了优化直流低压限流控制(voltage dependent current order limiter,VDCOL)参数并附加限制直流功率上升速率的优化控制策略,设计了基于逆变站交流母线电压特征的控制策略自适应切换逻辑,有效减少了直流恢复过程中的无功消耗,达到以最小的控制代价实现最优控制效果的目的;基于实际电网运行方式和直流控制保护系统,仿真验证了所设计方案能显著提升换流站近区的暂态电压稳定性,并在一定程度上可减少交流系统故障后的直流换相失败。相关技术方案已在多个直流工程投入实际应用。

数字化集成保护控制系统的实现方案

变电站数字化、智能化为站域信息共享提供了技术保障,因此开发了一种新型数字化集成保护控制(DIPC)系统。系统主要由设备层智能终端(IT)、合并单元(MU)和系统层多功能保护控制器(MPCU)三大核心部分构成,分别给出了它们的硬件架构和软件设计方案。该系统基于IEC61850标准,采用两级相量计算和保护起动判据,提高了保护的快速性和可靠性。测试结果表明,该系统可对故障作出快速、可靠的反应,其集成通信和运算能力满足保护跳闸的要求。

事故过负荷情况下距离保护的动作行为分析

距离III段在事故过负荷情况下动作是连锁跳闸的重要原因,对电网安全构成严重威胁。该问题的解决包含3部分:事故过负荷的识别;在不危及设备安全前提下,保护可靠闭锁;在危及设备安全的情况下,保护可靠动作。对事故过负荷的有效识别是解决该问题的第1步,然而目前国内外研究尚未完全解决识别问题,其根本原因是对事故过负荷下保护动作的分析不够深入彻底。针对该缺陷,分别从时间动态过程、空间网络及前提条件等3个方面剖析事故过负荷及距离III段的动作行为,为彻底解决事故过负荷的识别和闭锁问题铺平道路。

提升电网暂态电压稳定特性的直流自适应VDCOL切换策略

为解决广东目标网架建设期间深圳电网电压稳定问题,提升严重交流故障情况下深圳电网稳定性,开展了广东背靠背柔性直流工程投产后深圳电网电压稳定问题机理分析,提出了自适应切换低压限流功能(voltage dependent cur⁃rent order limiter,VDCOL)策略并应用于新东直流和兴安直流,最后通过RTDS仿真验证该策略的有效性。深圳电网电压稳定问题是由电网动态无功功率支撑能力不足和交流故障后直流系统消耗无功需求快速增大导致。VDCOL在逆变侧严重交流故障情况下能够正确切换优化参数,对新东直流功率恢复特性影响较大,但其功率恢复特性延慢不会造成云南电网频率越限。新东直流和兴安直流实施自适应切换VDCOL策略后,深圳电网发生严重交流故障的情况下均不存在电压稳定问题,充分验证了所提策略的有效性。

智能配电变电站集成保护控制信息共享分析

分布式新能源的大量馈入及用户供电质量的提高要求智能配电变电站提供更加灵活、快速、可靠的保护与控制功能。跨间隔信息的实时共享融合能有效提高变电站的保护测控性能,但需要解决过程总线站域保护控制信息交换的高度实时性和稳定可靠性。针对智能配电变电站站域保护控制通信的需求,基于OPNET软件仿真建模,并基于实际开发的集成保护试验平台测试了过程总线多间隔信息共享的通信特性,分析了延时原因,给出了满足实时性和可靠性要求的最大跨间隔信息共享数量,提出了跨间隔信息共享通信的改进措施。该研究结果对智能变电站站域保护控制系统的实现奠定了通信基础。

智能变电站126kV智能终端设计与测试方案研究

过程层智能化是变电站智能化的前提和基础;作为过程层核心设备之一,智能终端在保障GOOSE通信可靠性、实时性的基础上,一方面应具备传统断路器操作箱的逻辑功能,另一方面还应实时监测断路器的运行状态,为变电站过程层的高级智能化奠定基础。针对以上需求,结合126 kV智能开关设备的结构特点,采用ARM+FPGA的构架模式,设计开发了一款智能终端,实现了断路器的运行状态实时采集,及断路器、隔离开关、接地刀闸等实时逻辑闭锁控制。设计中ARM主要负责过程层GOOSE通信、开入开出的采集处理等,FPGA负责开入开出的扩展和装置内部逻辑控制,以满足装置的实时多输入、多输出的需求。现场试验测试表明,装置性能符合企业标准,具有较高的现实意义和应用价值,设计中也考虑了后续高级功能实现的有效接口。

印度大停电与继电保护的三大功能

简介了印度电网在2012年7月30日和7月31日发生的两起大停电事故。两起事故均起源于同一回输电线路距离保护Ⅲ段因过负荷保护动作跳闸,并导致其他设备继电保护的不合理动作而引发连锁跳闸,造成大面积停电。印度大停电事故暴露了现有电力系统的脆弱性,尤其是继电保护在过负荷和系统振荡情况下的动作缺陷。基于对停电事故中继电保护行为的分析,提出了满足现代电网需求的继电保护三大功能:面向系统安全的系统保护功能、预防性保护功能和快速切除故障设备功能。

提高大规模风电接纳及送出的系统保护研究

为了提高酒泉风电的接纳和送出,从系统视角提出一种大规模风电接入电网线路的继电保护与控制一体化新方法。利用基于统计分析的潮流波动判据和基于本地信息量的潮流转移识别,从风电潮流波动中甄别出某重负荷线路发生了故障、判别出该线路因故障被继电保护动作切除、进而还识别出原先由故障线路承担的负荷潮流转移到了非故障线路上,并导致非故障线路过负荷。结合自适应过负荷保护,在线路安全的前提下尽可能挖掘其潜在载流能力。同时融合紧急控制功能,按实际需要切除风电,消除非故障线路的过负荷而不是切除该线路,解决连锁解网问题。在理论和仿真研究的基础上,研制并现场安装保护装置并检验所提系统保护方案的正确性。

现代电力系统集成后备保护方案

后备保护不可或缺,特别作为相邻设备的远后备保护功能尤为重要。由于距离保护仅仅依赖本地信息构成,容易实现且性能稳定,因此,所有高压输电线路都把距离保护作为后备保护。遗憾的是,后备保护在大停电过程中所起的作用是消极的,可以说它导致了电网连锁跳闸。因此,有必要重新认识后备保护的作用及其构成方式。提出了一种集成后备保护方案,它把同一个变电站所有被保护设备的后备保护集成在一个装置或者系统中,而所有设备的保护只包含主保护功能。这样的方案有利于构成性能完善的后备保护方案,也可以有效减小大停电的范围。

大规模光伏集群经柔性直流构网送出的运行控制技术研究

在沙漠、戈壁与荒漠地区开发新能源是国家战略。此类地区的新能源覆盖面积广、场站电气距离远,且电网结构薄弱、缺乏常规支撑性电源,采用具有电网构造能力的柔性直流实现新能源稳定高效送出是一种较好的技术方案。针对沙漠、戈壁、荒漠地区大规模100%光伏发电基地经柔性直流送出的场景,分析系统的典型特征和关键问题,从稳态运行、交流故障穿越、直流故障清除、多站协同等方面,系统性地阐述柔性直流与大规模光伏场站构网送出的运行控制技术,为我国沙戈荒地区的大规模光伏开发和电力外送提供实现路径参考。

避免事故过负荷条件下远后备保护不合理动作的解决方案

潮流转移引起的连锁跳闸是导致世界各国大停电的重要因素之一,基于此,针对距离保护III段在事故过负荷下的不合理动作问题,进行基于广域测量系统信息的广域后备保护、基于就地信息的过负荷限制和基于站域共享信息的过负荷识别及闭锁3类研究。总结了国内外提出的解决该问题的方案,分析了现有研究存在的问题,指出了需要研究和解决的关键问题。

特高压混合多端直流线路保护配置与配合研究

特高压多端混合直流可提供更大容量、更经济和更灵活的输电方式,并兼顾了常规直流和柔性直流的技术优势。特高压多端混合直流与两端直流保护系统相比,在线路保护方面差异最大。采用全桥和半桥混合拓扑的特高压柔性直流输电换流器,具有直流线路故障自清除特性,因此对直流线路故障的处理要求也不同于采用半桥结构的多端柔性直流系统。基于特高压混合多端直流输电系统对线路故障处理的需求,分析了该系统直流线路保护的关键问题,并提出了直流线路保护配置方案和直流线路保护的配合策略,最后基于PSCAD/EMTDC仿真模型验证了所提出方案的可行性和有效性。

对称单极柔性直流输电系统不对称交流故障解析模型

交流故障电流计算尤其在不对称故障情况下对断路器选型和直流保护起到至关重要的作用,然而面向直流保护的交流故障电流计算多依赖于电磁暂态仿真。该方法存在仿真计算耗时长、缺乏物理机理剖析和参数影响因素分析等诸多弊端。为了解决上述问题,本文针对实际对称单极结构柔性直流输电系统的交流不对称故障场景,推导出故障下控制系统响应前桥臂电流与交流线路电流上升速率,以及控制系统响应后交流线路短路电流d轴、q轴正序分量和三相短路电流的解析模型。对比解析模型与实际直流工程的仿真结果,验证故障解析模型的正确性。该研究的重要价值在于无需经过多次电磁暂态时域仿真结果,可以通过理论计算得到交流不对称故障下短路电流的动态过程,最终计算结果可以为控制保护策略的设计提供参考。

用于减少换相失败持续时间的直流附加控制策略

在高压直流输电工程中,当逆变站的交流母线连接到弱交流电网时,在运行过程中更容易发生换相失败故障,严重影响电网安全运行。改进高压直流输电控制,从而减少换相失败发生的可能性并提高系统故障恢复能力成为目前这类高压直流输电工程的迫切要求。本文提出了一种用于减少换相失败持续时间的直流附加控制策略,将直流电流变化量与熄弧角变化量的关系设计成PI控制器,通过增大故障期间直流电流的变化率,增大熄弧角,从而减少换相失败的持续时间,同时提高直流系统故障后的恢复速度。结合实际工程使用PSCAD进行了建模仿真,验证了所提控制策略的有效性。

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。

一种抑制高压直流输电换相失败的优化控制策略

为减小直流输电系统发生换相失败及持续换相失败的概率,分析了换流站逆变侧交流母线电压幅值跌落、过零点偏移和直流电流激增对换相失败的影响,提出了一种逆变侧考虑换相电压过零点偏移的关断角整定值动态调整、并在整流侧配有滞后触发控制的优化控制策略。分析了优化控制策略对直流系统运行参数的影响,基于CIGRE标准测试模型,在PSCAD/EMTDC中实现了所提出的控制方法。仿真结果表明,所提的优化控制策略可在一定程度上降低不对称故障和对称故障下传统直流输电系统换相失败的概率,改善系统的故障恢复特性。

高铝粉煤灰钙矿相转化行为研究

从高铝粉煤灰的矿相特性入手,研究转化剂的种类及用量、温度、时间、液固比等对高铝粉煤灰钙矿相转化行为的影响及其反应机理,并提出了高铝粉煤灰制备铝硅合金新工艺。结果表明,高铝粉煤灰中Al2O3和SiO2含量之和达到70%以上,Ca元素主要以CaSO4形式存在,还有一部分以2CaO·Al2O3·SiO2形式存在。粉煤灰中钙矿相转化为碳酸钙后对后续酸浸除杂过程中氧化铝损失影响不大,但能够大幅度提高除钙率。高铝粉煤灰钙矿相转化最佳条件为:转化剂Na2CO3添加量为2倍理论值、转化温度60℃、反应时间1.5h、液固比4,在此条件下除钙率能够达到90%以上。

多端常规直流第三站在线投入与退出策略

多端常规直流输电可实现多能源基地供电或多负荷中心受电,是一种运行方式灵活、较为经济的技术方案。对于多端常规直流,第三站在线投入与退出是实现其运行方式灵活转换的关键策略。基于高速并列开关的技术路线,对多端常规直流输电系统的第三站在线投入与退出策略进行了研究,从高速并列开关性能、设备冲击、交流系统功率损失等角度对比分析了不同策略的优缺点。为降低设备操作过应力,以及为高速并列开关创造良好分合闸条件,首次提出了一种在运换流站移相的第三站在线投入与退出策略。最后,现场试验结果验证了所提策略的可行性。