特高压直流输电技术在电力系统中的应用与挑战

在全球能源互联网逐步搭建及中国能源配置转型升级的背景下,特高压直流输电技术以其高效性和长距离传输能力,正日益成为中国能源战略布局中的关键部分。本篇文章的目标是对特高压直流输电技术的当前状态进行全方位的梳理,内容涉及该技术的工作机制、演变脉络、显著优点以及面临的挑战。同时,文章将进一步剖析特高压直流输电技术在中国能源平衡、能源结构优化、能源效率提升以及新能源领域推广等方面的潜在价值,旨在为中国能源互联网的构建与持续发展提供有价值的借鉴。

基于行波模态分解的特高压直流输电线路双端行波测距方法

基于晶闸管换流器的特高压直流输电系统(ultra-high voltage direct current based on line commutated converter,LCC-UHVDC)的故障定位算法对智能电网的安全稳定运行起着重要作用。针对长距离特高压直流输电系统故障测距方法精准度低、快速性差的问题,提出了一种基于变分模态分解法(variational mode decomposition,VMD)和Teager能量算子(Teager energy operator,TEO)的双端行波故障测距方法。首先,研究了LCC-UHVDC线路故障电压行波的传播特性。利用零模电压随线路传播衰减明显的特征,通过VMD算法提取采样点处零模电压行波的时频特性。针对VMD参数选择不当导致的模态混叠问题,利用K-L散度(Kullback-Leibler divergence)对提取的模态指标进行优化。然后采用TEO对分解后信号进行瞬时能量谱提取,精确标定波头到达时间,最后采用双端迭代测距法迭代求解故障距离。在PSCAD/EMTDC搭建±800 kV LCC-UHVDC仿真模型进行验证。结果表明,所提方法在不同故障位置、过渡电阻和故障类型下具有较强的鲁棒性。

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

针对混合级联特高压直流输电系统的逆变站,基于其一次拓扑结构,按照保护无死区、故障易定位的原则,结合测量互感器的安装位置,提出了保护的分区建议和配置方案。根据逆变站故障发生的位置及严重程度,以快速切除故障、减少停运范围为目标,提出包括LCC(电网换相换流器)闭锁、单MMC(模块化多电平换流器)闭锁、MMC整体闭锁、顺序极闭锁和分步极闭锁的分级闭锁策略。以白鹤滩-江苏混合级联特高压直流输电工程实际的控制保护装置和按照工程成套参数建立的RTDS(实时仿真系统)模型组建了实时闭环仿真系统,通过仿真验证了所提保护方案和闭锁策略的可行性和有效性。

特高压直流输电工程中性母线开关故障处理策略优化

特高压直流输电工程采用双极共用接地极设计,一个极故障闭锁后需通过极隔离操作实现故障极与运行极的隔离。极隔离操作过程中,如果极中性母线开关发生故障无法分开导致极隔离中断,需配置极中性母线开关故障处理策略继续完成极隔离。根据不同直流故障时对应的工况,分析了中性母线开关故障处理策略存在的不足,基于故障特性优化了故障处理策略,最后通过RTDS仿真试验验证了策略优化的有效性。

基于PMU的特高压直流输电系统孤岛运行控制方法

受特高压(Ultra-High Voltage,UHV)直流输电系统自身运行特点的影响,孤岛运行阶段的环流难以实现快速维稳,提出基于电源管理单元(Power Management Unit,PMU)的特高压直流输电系统孤岛运行控制方法。考虑输出电压的角度会受电压源换流器(Voltage Sourced Converters,VSC)的影响发生瞬时改变,提出有功-相角下垂控制方法,逆变器通过微型PMU的同步信号,确定派克变换的参考坐标系,将特高压直流输电系统孤岛运行阶段的目标维持频率作为控制基准。以调整特高压直流输电系统中所有分布式发电装置(Distributed Generation,DG)的相角参考值处于一致状态为导向,结合微型PMU测得的公共母线电压相角参数,控制有功补偿量。在测试结果中,环流达到0值后出现的偏离情况程度稳定在10.0 VA以内,并在测试后的0.8 s内达到0稳态。

基于小波神经网络的特高压直流输电线路故障测距方法

传统特高压直流输电线路故障测距方法直接对故障区段进行识别,未对故障电压信号空间状态模型进行构建,这导致了传统方法测距的精度存在较大误差。针对这一问题,文章提出了基于小波神经网络的特高压直流输电线路故障测距方法。通过构建故障电压信号空间状态模型进行故障区段识别,最后基于小波神经网络实现故障测距。对比实验结果表明,本文研究方法测距精度误差较小,具有重要的实际应用价值。

800kV特高压直流输电线路带电作业等电位转移及强电场安全作业方法研究

本研究旨在探讨800kV特高压直流输电线路带电作业的进出等电位方法及安全防护措施,介绍了从导线下方吊入、塔身与横担连接处水平进入及从横梁向下吊入等电位等三种进出方法,并分析了进出过程中的注意事项。同时,研究了电磁场数值计算、带电作业工具的安全防护等方面。分析表明,合理的进出电场方法和严密的安全防护措施对于保障带电作业安全至关重要,为特高压直流输电线路的安全运行提供了有力支持。

超/特高压直流输电工作环境中纯铜部件点蚀行为

超/特高压输电是实现全球能源互联的核心技术。作为应用最广泛的输电系统导体材料,铜及铜合金的耐蚀性被重点关注。在超/特高压直流输电过程中,周围环境存在较大磁场,导致铜部件的服役环境与普通输电环境不同。采用动电位极化、电化学阻抗谱和元素分析等方法对纯铜在超/特高压环境下的电化学腐蚀行为进行了研究。结果表明:在超/特高压环境下,纯铜在3.5%NaCl溶液(质量分数)中的极限扩散电流高于无磁场条件下的极限扩散电流,并且无磁场条件下的反应电阻比施加了0.1 T磁场条件下的反应电阻明显提高。结合电化学阻抗谱、X射线衍射及元素分析可知,0.1 T磁场会使纯铜的耐蚀性降低,主要腐蚀产物为氧化亚铜。

混合级联特高压直流输电线路纵联差动保护适应性分析

为探究现有高压直流输电线路纵联差动保护对混合级联特高压直流输电系统的适应性,结合混合级联特高压直流输电系统的运行方式,理论分析和仿真分析3种特殊运行方式下直流系统不同位置故障的故障特性和保护适应性。理论分析发现纵联差动保护适应性较好。仿真分析发现直流线路分布电容和逆变侧模块化多电平型换流器(modular multilevelconverter,MMC)控制特性影响在直流线路故障时直流线路电流延时自减值长时间处于波动状态,导致纵联差动保护长时间处于闭锁状态,此时,系统长时间承受MMC超大故障电流冲击。直流线路区外故障时整流侧与逆变侧直流电流差值的绝对值数值较大且长时间处于波动变化状态,纵联差动保护存在误动的风险。

考虑特高压直流输电影响的省间电力现货市场协调交易方法

针对直流输电对跨省潮流模型的影响,提出了一种考虑特高压直流输电影响的省间电力现货市场(以下简称“省间市场”)协调交易方法。将省间市场展开过程拆分为省内代理报价曲线模型和省间市场协调交易模型,采用交-直流解耦的方法进行省间及省内的潮流计算。省内代理报价曲线模型以省内机组发电量/负荷需求为决策变量,通过区域等效模型得到省内机组/负荷参与省间市场的代理报价曲线。省间市场协调交易模型以省间市场交易值为决策变量实现省间市场出清,通过ADMM(交替方向乘子法)实现协调交易的分布式转化,避免交易过程中泄露省内机组信息和网络拓扑信息。算例表明,该方法实现了省间市场综合收益最大化,保障了信息隐私安全。

特高压直流输电技术发展现状与思考

随着国家能源清洁低碳转型和新型电力系统加快建设,针对未来沙戈荒地区新能源和西部水电基地高效汇集与可靠外送,提升电网支撑能力,适应直流集中接入地区可靠运行等发展需求,结合功率半导体器件技术进步,新型换流设备创新研究与应用实践情况,对不同路线换流器的直流输电技术在系统适应性、可行性、可靠性和经济性等方面开展对比分析。首先,分析了特高压直流输电技术发展需求,总结了直流换流技术最新进展;然后,从应用场景、可靠性、系统支撑能力、技术成熟度等方面,进行了各类换流技术对比,并开展特高压直流新技术风险分析探讨;最后,从确定技术路线、选择设计方案方面提出了特高压直流方案选择要求,并给出直流换流技术发展建议。

特高压直流输电系统大角度控制策略研究

当分层接入换流站直流输送功率调整和网侧电压波动时,受常规控制方法的制约,受端换流站换流变压器分接开关频繁过极性,导致乙炔体积分数缓慢增加。为减少换流变压器分接开关过极性的次数,提出一种大角度控制策略。该控制策略优先调整换流阀熄弧角的稳态范围,使换流变压器分接开关档位长时间保持稳定。仿真试验证明,直流输送功率大范围调整和网侧电压波动时,大角度控制策略能够显著降低分接开关过极性次数,提升了换流变压器运行的可靠性。

大规模特高压直流输电系统中换流站配电保护策略研究

文章深入研究大规模特高压直流输电系统中换流站的配电保护策略。通过分析换流站的配电系统的特点和存在的问题,提出以智能保护装置为基础,结合模糊逻辑控制和人工神经网络技术的保护策略,实现对换流站配电系统的全面保护,并通过仿真实验验证保护策略的有效性和可靠性。

特高压直流输电线路常见故障分析与可靠性提升研究

通过分析特高压直流线路工程常见的故障与缺陷,梳理影响线路安全运行的关键因素。影响线路安全稳定运行的故障主要由冰害、雷击等引起,缺陷主要来自跳线金具、引流线、地线金具等部位。针对特高压直流输电线路的常见故障与缺陷,从路径选择、气象条件、导地线、绝缘子和金具、杆塔设计等方面全方位地给出了提升线路可靠性的措施,可操作性强,能有效降低故障发生的概率。

送端分址级联特高压直流输电仿真系统设计与开发

针对送端分址级联的特高压直流输电(UHVDC)系统特殊拓扑结构,设计了包含直流控制保护系统的硬件在环实时数字仿真系统与自主研发的可控控制保护平台。开发设计了基于数字化I/O接口装置和光电转换装置的二次接口方式,分别用于D/A、A/D数据交互和传输换流阀控制脉冲,极大优化了实时仿真平台与直流控制保护系统之间的通信接口设计。搭建了用于工程联调用的送端分址级联特高压直流输电实时数字仿真系统,系统测试证明该仿真系统设计方案适用于特高压直流联调试验研究。

基于光纤通信的特高压直流输电线路故障检测方法研究

随着特高压直流输电技术的广泛应用,高效可靠的特高压直流输电线路故障检测方法成为保障电网安全稳定运行的关键。提出一种基于光纤通信的特高压直流输电线路故障检测方法,涵盖数据采集、信号处理、数据传输以及故障诊断4个环节。实验结果表明,与传统行波法相比,所提方法在故障检测率、定位精度及响应时间等方面均有显著提升,为特高压直流输电线路的安全运行提供了有力保障。

特高压直流输电系统动态电压控制策略研究

为提高特高压直流输电(Ultra High Voltage Direct Current Transmission,UHVDC)系统的电压稳定性与整体运行效率,分析UHVDC系统概述与动态电压控制策略设计目的和原理,并深入研究现有电压控制方法,如比例-积分-微分(Proportion-Integral-Differential,PID)控制、模糊逻辑控制、人工智能控制策略等,设计一种基于深度学习的新型动态电压控制方法。通过实际测试证实,新型控制策略在提高电压稳定性与响应速度方面具有有效性,不仅能有效应对复杂电网环境下电压波动问题,还能在保证系统稳定的同时提高能效。

我国发展特高压直流输电中一些问题的探讨

我国进行±800kV特高压直流输电建设,有许多技术问题需要解决,包括系统研究、测试、产品研究与开发、工程设计和实施等问题。讨论了我国±800kV特高压直流输电工程的电磁环境、过电压与绝缘配合、直流偏磁、控制保护系统、特高压交直流混合电网的稳定性等方面存在的技术问题。在总结已有研究成果的基础上,提出了一些对我国特高压直流输电建设、维护和运行有参考价值的建议:如深入开展高海拔下电磁环境参数的计算和测量及标准制定;高海拔、重污秽、重冰区等典型地理气候条件下绝缘配合和长空气间隙试验;直流偏磁抑制措施和接地极选址;控制保护策略和故障分析能力;特高压混合电网规划和广域电力系统安全稳定控制等方面问题的研究。

±800kV特高压直流输电线路单端电气量暂态保护

高压直流(high voltage direct current,HVDC)输电线路两端的平波电抗器和直流滤波器构成现实的边界元件,对暂态电压高频分量呈带阻传变特性,来自直流线路区外的高频电压信号通过平波电抗器和直流滤波器后被衰减,其能量显著减小,不同频带的高频电压信号小波能量可应用小波变换求得。利用区内、外故障时于保护安装处获得的暂态电压小波能量的显著差异来构造直流输电线路区内、外故障判据;利用故障暂态电压小波变换模极大值,构造启动判据;利用正极和负极暂态电压分别与+800和-800kV的相关系数,构造雷击干扰识别判据;利用两极线极波,构造故障选极判据。给出了特高压直流(ultra high voltage direct current,UHVDC)输电线路单端电气量暂态保护方案。对该保护进行了大量仿真分析,计及了雷击干扰、边界上避雷器动作、不同过渡电阻、换相失败故障等因素的影响。仿真结果表明,该保护具有绝对选择性,能可靠有效地保护直流线路全长。

特高压直流输电对系统安全稳定影响研究

以金沙江一期、锦屏梯级水电基地外送采用特高压直流输电方案为依托,研究了2015年前后大容量直流馈入华东、华中、华北交流同步电网对处于交直流并列运行系统的安全稳定影响。分析了特高压直流发生单一及严重故障时交流输电通道及受端电网承受故障冲击的能力及系统的安全稳定水平;送、受端换流站近区交流系统发生单一或严重故障对直流系统的影响及系统的安全稳定水平;交流通道加装静止无功补偿器(SVC)、系统负荷特性变化、增加直流功率调制功能情况下特高压直流双极闭锁时系统的安全稳定性。