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。

基于自适应虚拟同步发电机的多端高压直流输电系统协调控制

基于模块化多电平换流器的多端高压直流输电(modular multilevel converter based multi-terminal DC,MMC-MTDC)系统中虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制在维持交流电网的频率稳定时,无法兼顾直流电压波动调节的问题。针对MMC-MTDC系统中的受端换流器,将U^(2)-P直流电压下垂控制引入VSG控制器中,得到附加直流电压的VSG控制,该控制既能实现交流区域频率调节,又可以控制直流电压。通过分析VSG中转动惯量大小对交流电网频率响应的影响,在附加直流电压VSG控制基础上,设计一种基于模糊控制的自适应虚拟转动惯量调节方法,通过灵活调整虚拟惯量使换流器在支撑频率波动过程中表现出更平滑、迅速的动态响应性能。在MATLAB/Simulink仿真平台,对所提策略有效性进行验证,表明所提策略可以同时调节频率与直流电压,并能表现出更佳的频率动态响应性能。

高压直流输电保护定值整定依据及配合关系探讨

在中国30余年的高压直流输电工程实践中形成了一套高压直流输电保护系统定值体系。文中结合近年来在应用中出现的复杂案例,对以下保护的定值整定依据开展了进一步探讨:阀短路保护启动定值需避开与换流阀并联的阻容回路的充电电流;换流器过流保护过负荷段定值整定依据是直流控制系统失控造成直流运行电流超过控制的过负荷目标值,以及控制目标电流超过所设定的运行时间;直流低电压保护阈值及延时定值的整定需兼顾保护的后备功能,不确保与换相失败保护双桥原理长延时段配合。另外,深入探讨了交直流系统间、金属回线运行方式下直流保护间,以及高压线路再启动与低压再启动间的定值配合问题。最后,提出了高压直流输电保护系统的定值及定值间的配合应有一定的规范性和适度的灵活性的建议。

山西地磁台阵受晋南线高压直流输电接地极干扰的特征分析与处理

2014年9月山西省地震局与中国地震局地球物理研究所在山西北部恒山断裂带区域共同建设了地磁台阵,布设了5台GM4型磁通门磁力仪,安装于代县、山阴、应县、繁峙和怀仁,以获取区域场地磁三分量观测资料,台阵的5个测点位于高压直流输电晋南线接地极附近。通过对比山西地磁台阵5个测点GM4型磁通门磁力仪与其他台站地磁秒数据,量算出高压直流输电线路(晋北—南京)对山西地磁台阵地磁数据干扰幅度,对其进行相关性和误差分析,求得拟合公式。结果表明,山西地磁台阵受晋南线高压直流输电干扰,Z分量变化幅度随台站位置至晋南线垂直距离增加而减小,H、D分量干扰幅度与Z分量干扰幅度线性相关,以Z分量变化量为因变量,使用参考拟合公式求取的H、D分量变化量,可应用于山西地磁台阵受晋南线高压直流输电干扰的日常处理工作。

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。

基于IPOA-LSSVM模型的高压直流输电线路故障定位

故障定位在长距离高压直流输电系统中起着至关重要的作用.针对线路衰减系数计算不准和二次波头难以捕捉的问题,提出了一种改进鹈鹕优化算法(IPOA)优化最小二乘支持向量(LSSVM)的故障定位模型.根据行波衰减原理,推导故障距离和线路两端线模分量模极大值比的计算公式,发现二者具有非线性关系.使用LSSVM泛化二者之间的关系,将改进后的POA算法对LSSVM的关键参数进行寻优,建立IPOA-LSSVM故障定位模型.通过在两端采集故障信号,对其进行小波变换得到首波头幅值比作为模型的输入量,故障距离作为输出量进行仿真验证.仿真结果表明,该模型不受过渡电阻和故障类型的影响,能够可靠准确地定位.

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。

地磁时变观测数据中高压直流输电干扰事件多尺度表示及识别方法

高效准确地识别地磁时变观测数据中受高压直流输电干扰的波形对于提高地磁时变观测数据质量具有重要意义.然而,由于高压直流输电干扰事件持续时间长短不一、干扰程度变化多样,给识别任务带来巨大困难.为了能自动识别长短不同的高压直流输电干扰事件,本文提出一种高压输电干扰事件的多尺度表示及识别方法:利用小波技术具有多尺度的特性,卷积神经网络具有自动特征提取的特性,将二者结合,设计了一个多输入卷积神经网络模型来识别地磁中的高压直流输电干扰事件.首先使用离散小波技术将地磁时变观测样本进行多尺度分解,得到原始样本的多尺度表示,再将分解后的多尺度地磁时变观测样本分别输入到含有多个输入分支的卷积神经网络中,每个分支分别自动提取不同尺度的特征,然后将多个尺度的特征融合,并加入注意力机制来自适应计算每个尺度特征的权重,对多尺度特征进行加权处理,再采用全连接层和SoftMax层进行分类,本文将该模型命名为CBAM-MCNN.在中国地震前兆台网中心提供的高压直流输电干扰样本上进行试验,并将本文所提出模型的识别效果与现有的全卷积网络、残差神经网络、多输入卷积神经网络、IICM-HVDCT-CNN-LSTM进行了对比,在5271条测试样本集上,本文所提出的CBAM-MCNN模型识别准确率达到了97.14%,F_1值达到了97.12%,远远高于其他4种对比模型.

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。

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。

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。

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。

高压直流输电干扰对江油地震台、盐源地震台地电场优势方位角的影响

利用大地电场优势方位角方法对四川江油地震台、盐源地震台地电场进行研究,选取2个台站受高压直流输电干扰时段的地电场原始日变化分钟值数据,进行计算和统计分析。研究发现:①2个台站不同日期受干扰的幅度、起止时间不同,如1天内可能出现多次高压直流输电干扰事件,干扰导致地电场日变数据曲线呈现方波形态,此外,还可能存在持续多日的高压直流输电干扰,地电场观测曲线表现出持续性方波变化;②高压直流输电干扰在台站不同测向上出现的时间一致,如江油地震台、盐源地震台地电场长极距三测向观测曲线均在同一时间表现出跃变;③在2个台站受高压直流输电干扰的当天,优势方位角均显示出减小的变化特征;④2个台站在持续性干扰时段内优势方位角的趋势性变化不同,江油地震台为致密的异常变化,而盐源地震台为下降式波动变化。

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。

一种高压直流输电保护与控制国产化硬件平台的功能研究与实现

为提升高压/特高压直流输电保护与控制设备的国产化水平,设计与研制了自主可控的国产化保护与控制硬件平台。该平台基于高压直流输电保护与控制硬件平台架构和应用功能,采用国产元器件与国产嵌入式实时操作系统(real-time operating system,RTOS),结合高速串行背板总线技术、高速时分复用通信技术(high-speed time division multiplexing communication,FTDM)与图形化编程等技术,具备高性能的采集测量、计算处理、控制输出与高速率通信连接能力。与国外企业采用的高压直流输电保护与控制硬件平台以及国产现有平台的性能指标进行了对比,并进一步介绍了平台级、装置级、系统级数字动模试验验证与工程应用情况。结果表明,所研制的国产化保护与控制硬件平台工作稳定可靠,可满足高压/特高压直流输电工程应用需求。

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。

基于改进基频调制电流源换流器的高压直流输电系统

主动换相型电流源换流器(current source converter,CSC)是一种新型的电流源换流器,其具有功率密度高,控制灵活,且无换相失败风险等优点,在直流输电领域具有广阔的应用前景。采用脉冲宽度调制的CSC存在直流电压波动大,开关损耗高等问题,不适用于直流输电场景。基频调制的CSC虽然缓解了直流电压波动,但是其仅有一个控制自由度,无法实现有功无功独立控制。针对上述问题,在基频调制CSC的基础上,提出一种适用于高压直流输电的改进型基频调制电流源换流器。首先分析改进基频调制原理和换流器交直流侧谐波特性,并设计直流滤波器;然后,建立系统的数学模型,并提出相应的系统功率控制策略;同时考虑到系统需要向无源网络供电的情况,提出一种无源网络供电控制策略。最后在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,验证所提调制方法和控制策略的正确性和有效性。