基于可视化轨迹圆与改进ResNet-AT的高压直流输电换相失败故障诊断

针对逆变侧换相失败故障类型难以辨识、故障特征量难以提取等问题,提出一种基于极坐标下的轨迹圆与改进ResNet-AT相结合的高压直流输电系统故障诊断方法。首先,通过希尔伯特变换提取时序电压信号的上包络线,以此构造解析信号,进而获取复函数形式下的瞬时幅值和相位;然后,以瞬时幅值为极径、瞬时相位为极角,在极坐标系中绘制出轨迹圆图像;最后,将此轨迹圆像输入到改进ResNet-AT中训练学习,前者通过嵌入到残差网络中的通道注意力机制网络增加特征提取能力,后者利用AT对信息再次加权强化,提高故障信号的诊断能力。实验结果表明:相较于常规的深度学习模型,所提模型诊断准确率达99.40%以上,效果最优;模型在20 dB的过渡电阻下仍保持95.50%的诊断准确率,具有较强的抗噪性能。

基于换相角预测计算的高压直流输电双桥共同换相预判方法

高压直流输电系统交流故障下出现双桥共同换相会增大换相失败的风险,提前判断双桥共同换相的发生有利于及时采取措施避免换相失败。为获取对双桥共同换相进行预判所需的高精度换相角预测计算结果,利用拉格朗日中值定理建立换相角与中值时刻的关系,并构造虚拟换相过程用于确定中值时刻。仿真结果表明,所提换相角预测计算方法具有良好的鲁棒性和精度,用于双桥共同换相预判中能有效预判双桥共同换相的发生。

多馈入高压直流输电系统换相失败防御技术研究综述

高压直流输电技术具有输送容量大、输电距离远、综合成本低的优势,在解决我国能源中心与负荷中心逆向分布问题上起到关键性作用,是中国实施“西电东送”重要战略支撑技术,占“西电东送”总容量50%以上。经过20余年的应用和发展,中国逐步建成了多回直流线路接入同一地区的电网结构,形成了多馈入高压直流输电系统。多馈入直流系统虽然提高了系统运行方式的灵活性、扩大了输送容量,但是增加了系统结构的复杂性、导致系统安全稳定问题愈加突出。多馈入直流系统中,单一交流故障就有可能在大范围内引发多回直流换相失败,对系统造成千万千瓦的功率冲击,严重威胁电网安全稳定运行。换相失败造成的危害随着直流馈入数量和容量的增加越来越严重。该文围绕未来高比例新能源场景下多馈入直流换相失败难题,首先论述了多馈入高压直流输电系统的概念,分析了直流输电系统换相失败机理,然后从换流站级、换流器级及系统级3个层面对现有的换相失败防御技术进行综述,最后对未来换相失败防御技术的重点方向进行了展望,并给出相关建议。

高压直流输电系统换流阀冷却技术的应用与改进

随着我国高压直流输电技术持续高速发展,换流阀对于高压直流输电系统越来越重要,其性能和可靠性更是与整个系统运行产生直接相关的正向影响。由于换流阀在运行过程中经常会产生大量热量,所以,冷却技术改进与应用既有重要性又有必要性。鉴于此,本文将高压直流输电系统换流阀冷却技术的改进与应用技术作为研究基点,以期为我国高压直流输电系统的设计、运行和维护提供参考。

高压直流输电换相失败判定设计与应用

文章提供了一种用于高压直流输电换相失败检测的方法。该方法通过对逆变侧直流电流进行S变换,并结合信息熵理论,获得S变换奇异熵。在LCC-HVDC系统发生换相失败时,奇异熵会发生突变。通过设定门槛值,并结合直流电流变化率,可以利用S变换奇异熵来实现换相失败的检测。这一方法解决了现有高压直流输电换相失败检测方法准确性差、有效性低等问题。通过结合S变换和信息熵理论,该方法能够更准确、更有效地检测高压直流输电系统中的换相失败,从而提高系统的可靠性和安全性。

高压直流输电换流阀阻尼电容器故障机理分析和防范对策研究

详细论述了高压直流输电换流阀阻尼电容器的电气工作原理以及不同类型阻尼电容器的工艺结构和电气特性,对该电容器运行中出现故障的机理进行了分析,通过仿真及大量冲击放电试验结果的对比,说明大电流冲击下不同类型阻尼电容器元件结构及材料对其电气参数的影响,得出金属铝箔式电容器耐电流冲击特性更优,更适合作为高压直流输电换流阀阻尼电容器的结论。

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。

多馈入直流输电系统后续换相失败安全裕度评估及抑制方法

换相失败可能引起直流输电系统(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)闭锁,严重影响电网的安全稳定运行。多馈入直流输电系统中电气耦合紧密,控制响应造成多回LCC-HVDC交互影响,使换相失败的产生机理变得更加复杂。现有后续换相失败抑制方法多以单回LCC-HVDC为对象,无法兼顾自身换相恢复和相邻直流换相失败抑制的需求。为此,提出了一种适应于多馈入直流输电系统的后续换相失败抑制方法。分析了LCC-HVDC首次换相失败恢复过程中逆变站控制系统的响应时序及条件,提出了考虑故障严重程度和LCC-HVDC控制影响的后续换相失败安全裕度评估方法,进而提出了基于电压安全裕度的后续换相失败抑制方法,并在CIGRE HVDC标准测试系统验证了所提方法的有效性。仿真结果表明,所提方法根据换流母线电压自适应地调节直流电流,能够有效降低多馈入直流输电系统中无功电压耦合影响,有效抑制相邻回LCC-HVDC发生后续换相失败。

基于直流电流瞬时微分的特高压直流分层接入系统非故障层换相失败预防控制策略

在特高压直流分层接入系统中,由于层间耦合作用,某一层交流系统发生故障可能导致非故障层换流器发生换相失败。为此,考虑到故障过程直流电流的变化,提出一种基于直流电流瞬时微分的换相失败预防控制策略。该策略基于故障后直流电流的变化特性,得到换相电流时间面积控制中触发角修正量,代替原有换相失败预防控制,提高非故障层换相失败预防控制的启动精度;同时基于电流预测量和等效直流输入电阻动态调整低压限流控制器的指令值,提高其响应速度。在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型对不同工况下所提控制策略进行验证。结果表明,该策略可降低高低端换流器同时发生换相失败的风险,改善故障后系统的运行性能。

基于直流电流动态上升的高压直流输电系统换相失败分析

针对现有换相失败分析方法未考虑交流系统故障后直流电流动态上升对关断角影响的问题,在分析直流电流变化对关断角影响的基础上,首先推导了对称故障下未考虑直流电流变化以及考虑直流电流瞬时变化的换相失败分析方法。分析结果表明,当逆变侧换流母线电压跌落在一定区间内,以上2种方法会导致换相失败判别结果不准确。为此考虑交流系统故障后直流线路和直流控制的动态过程,推导了直流电流的时域表达式,通过求解直流电流最大值,提出了一种考虑直流电流动态上升的换相失败分析方法。最后基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提方法的有效性以及对高压直流输电系统换相失败判别结果的正确性。

抑制高压直流系统后续换相失败的定关断角控制改进方法

定关断角控制是高压直流输电系统抑制换相失败的主要控制策略之一,但当前针对其实测型和预测型控制的研究仍未能有效解决其响应速度与控制精度不足的问题,因此提出了抑制后续换相失败的关断角控制改进方法。首先,基于对直流系统换相过程及影响因素的分析,提出了考虑电压谐波的关断角预测方法。然后,将后续换相过程的关断角预测值引入直流系统的原有控制逻辑,从而改进定关断角控制策略。最后,基于PSCAD/EMTDC对改进后的控制方法进行了仿真分析和验证。仿真结果验证了该方法能有效地抑制直流系统的后续换相失败,提升了定关断角控制的响应速度和控制精度。

特高压直流分层接入方式下抑制连续换相失败的直流电流控制策略

特高压直流分层接入系统逆变侧交直流间均存在耦合,单一换流站发生连续换相失败容易导致电网发生连锁故障。针对这一问题,从层间交互作用机理出发,深入分析了高低端换流器控制响应差异以及其动态无功特性。分析表明:故障恢复阶段的无功交互量增加会导致非故障层换流母线电压的跌落,并直接引起该层换流器关断角的减小,从而引发连续换相失败。在此基础上,提出一种抑制连续换相失败的直流电流控制策略。该策略综合考虑无功交换量与换流母线电压的波动特征,通过系统实际运行状态实时计算直流电流指令来实现对高低端换流器的连续换相失败抑制。最后,建立了分层接入系统电磁暂态模型,通过多工况对比验证了策略的有效性。所提策略能够降低分层接入系统发生连续换相失败的概率,同时改善两层交流系统电压恢复特性,有利于系统安全稳定运行。

基于谐波状态空间的高压直流输电系统SISO阻抗建模及稳定性分析

近年来,电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based on high voltage direct current,LCC-HVDC)系统的稳定性问题得到广泛关注,多位专家学者建议采用谐波状态空间(harmonic state space,HSS)等线性周期时变建模方法对其分析。然而,HSS不可避免地提高了建模的复杂度与维数,在面对大规模交直流系统时具有局限性。同时,LCC-HVDC包含多类型谐波耦合,各部分耦合对稳定性的影响大小尚未得到充分论证。为此,文中以HSS为底层理论建立LCC-HVDC的耦合阻抗矩阵,揭示高压直流输电系统内部的谐波耦合机理。进一步,通过多频电路等效思想,提出三相系统多维阻抗的降维方法,将耦合阻抗矩阵无损降维成单入单出阻抗,以此分析不同次数的谐波耦合对阻抗特性与稳定性的影响。结果表明,考虑到13次谐波截断可以有效提升高压直流输电系统阻抗模型精度,但对稳定性分析结果的影响小于忽略工况变化、简化逆变侧带来的误差。

光伏接入直流受端电网下直流换相失败影响机理初探

随着“双碳”目标推进,大量新能源发电系统将接入高压直流输电系统受端电网,但鲜有文献涉及该研究场景,新能源接入是否会对直流运行带来不利影响存疑。为此,该文分析了电网发生交流故障后光伏、直流的输出特性及交互影响规律,发现直流发生换相失败后将向光伏输送50、100、150Hz正负序电流分量,导致光伏输出功率及并网点电压的波动,并通过受端电网反馈传递导致直流系统直流电流及超前触发角指令的波动,进而带来直流后续换相失败风险,最后结合PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了受端电网含光伏接入的高压直流输电系统模型,并通过仿真验证了上述结论的合理性及有效性。

特高压直流换流变压器分接头自动再同步控制策略

特高压输电技术承载着新能源远距离输送的重要任务,是助力“双碳目标”达成的有力支撑,然而,受新能源上网功率波动的影响,特高压直流输电系统中送电端换流变压器分接头动作次数频繁,严重影响换流变压器使用寿命。为减少分接头动作次数,文中建立了直流输电电流、晶闸管触发角及分接头档位等关键影响因子之间的数学关系,在分析现有分接头控制策略不足的基础上,提出面向特高压直流输电系统的同极换流变压器分接头自动再同步控制策略。以雁淮特高压直流输电系统为例,通过数学推导及MATLAB/Simulink仿真,对传统策略和改进策略进行对比。结果表明所提策略有效降低分接头动作次数,提升特高压直流输电系统运行质效。

基于Benders分解的交直流混合输电网随机扩展规划方法

采用随机场景模拟法描述机组和输电线路随机停电事故、负荷预测误差,提出了一种基于Benders分解的交直流混合输电网随机扩展规划方法。首先建立以交直流输电线路投资成本、失负荷成本、系统运行成本等为综合成本目标,采用Benders分解,将交直流混合输电网混合整数线性规划模型分解为规划主问题和可靠性校验和经济调度的子问题迭代求解。在6节点系统和改进的IEEE-118节点系统算例仿真结果表明:与交流输电系统相比,扩建直流输电线路可以节省更多的成本,在选择交流/直流输电线路时,直流线路输送潮流的可控性以及经济性都可以减少失负荷。

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中送端LCC换流站的电压平衡控制策略

与高压直流输电相比,特高压直流输电拥有更高的电压等级,能够以更低的经济成本实现稳定、高效的大规模电力输送。该文针对特高压直流输电系统中送端换流站的高低压阀组所存在的电压不平衡问题,分析电压不平衡现象产生的机理,并提出一种基于电压变化量对换流阀组电流参考值进行动态修正的电压平衡控制策略。然后,基于PSCAD/EMTDC搭建特高压直流输电系统的电磁暂态仿真模型,通过在稳态时切除/投入电压平衡控制策略及送端功率阶跃和送端交流系统故障3种不同工况,观测系统的动态响应特性。结果表明,所提电压平衡控制策略简单有效,且在不同工况和不同交流系统强度下都具备较好的控制效果。

抑制高压直流输电系统换相失败的可控串联电阻

针对高压直流输电系统中的换相失败问题,提出一种基于可控串联电阻(controllableseriesresistor,CSR)的解决方案。该方案比已有的换相失败防御模块省去了工频变压器;如果提供的辅助电压幅值相同,则比桥式可控串联电容少二分之一的功率器件。首先,给出了CSR的拓扑及控制。然后,基于准稳态方程分析了CSR的换相失败抑制机理及控制特性。结果表明,交流出线处的串联电阻能提高换相电压幅值并抑制相位超前跃变,从而有利于顺利换相。接着,损耗分析的结果显示,CSR稳态功率损耗仅占额定直流功率的0.045%,对系统正常功率传输的影响很小。最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态模型的仿真结果验证了所提方案的有效性:CSR的换相失败抑制能力较标准系统提高6~7.2倍,比桥式可控电容提高80%~90%。

基于整流侧最大触发角限制的直流输电连续换相失败抑制方法

直流输电首次换相失败一般难以避免,但是可以采取一定的措施抑制连续换相失败。根据直流控制系统和等值电路,提出了整流侧换流器最大触发角计算公式,在逆变侧交流系统故障后及时根据计算结果对整流侧换流器最大触发角进行限制,可抑制直流输电连续换相失败。在PSCAD/EMTDC中搭建CIGRE HVDC标准测试模型进行仿真测试,测试结果验证了所提方法有效性,且适当增大限制程度,抑制成功率将增加。