基于故障区域局部迭代的工程实用化新能源短路电流计算

新能源快速发展,正在由辅助电源向主力电源过渡。现有新能源工程短路电流计算存在两大问题。一是用1.2~2倍额定电流表征新能源故障特性,过度简化导致计算精度差,难以满足保护要求;二是现有短路电流整定计算软件不支持迭代,因而无法根据节点电压变化而更新新能源故障电流,体现其压控电流源特性。针对该问题,首先,基于新能源的故障特性精细化解析模型,结合现场故障录波数据,构建满足工程实用计算要求的电压电流映射关系;然后,根据电网故障后节点电压跌落程度和节点之间的连接关系划分故障区域,并在故障区域内依据新能源的工程实用化计算公式进行局部迭代计算来求解网络的节点电压和短路电流,从而避免了全局迭代可能带来的收敛性问题,同时也缩短了计算时间;最后,通过工程计算软件验证了所提方法的计算效果。

海上风电接入柔直系统交流侧故障特征及对保护的影响分析

柔性直流输电是解决大规模海上风电远距离外送问题的首选方案。然而,柔直送端交流系统发生故障时,线路两侧短路电流均由电力电子换流器提供,系统的故障特征发生了根本性变化,直接导致传统保护性能的下降、甚至不正确动作,影响系统的安全运行。因此,针对永磁风电场经柔直外送的拓扑,分析了柔直送端交流侧故障的特征,并结合交流侧故障穿越控制目标提出了换流器短路电流解析表达方法。理论分析表明,当风电场弱出力时,仅由柔直换流器提供短路电流,且短路电流呈现出幅值受限特性、甚至低于额定电流;当风电场正常出力时,柔直换流器与风电场均提供短路电流,且二者控制目标不同,两侧同相别短路电流必然存在相角差。基于故障特征的研究,对现场常用的保护原理进行了性能分析,获知了线路距离保护、差动保护均会存在性能下降的问题。在PSCAD/EMTDC中建立了风电柔直送出系统的精细化模型,验证了理论分析的正确性,为现场保护配置以及保护新原理的研究提供了理论基础。

基于奇异值分解的海上风电接入柔直系统的交流线路保护

柔性直流输电(voltagesourceconverterbasedhigh voltage direct current transmission,VSC-HVDC)已成为海上风电远距离、大容量送出必然的发展方向。然而,海上风电场汇集升压接入VSC-HVDC换流站的交流线路两端均体现电力电子受控源特征,系统的故障特征发生了根本性变化。近端严重的交流故障可能引起VSC-HVDC换流设备闭锁,此时系统中故障电流持续时间短暂,失去故障特征后传统交流线路保护面临严重的不正确动作风险。针对该问题,提出基于奇异值分解的交流线路保护新原理。对交流线路两侧短路电流分别构造Hankel矩阵,综合利用Hankel矩阵能够快速反映信号及信号的导数奇异性的特点,以及奇异值分解法可以使用短窗提取波形特征的优点以实现故障的快速识别,所提原理可以利用VSC-HVDC换流器闭锁前故障特征可靠实现故障区段、类型的识别,从而解决传统保护因故障特征消失引发的不正确动作问题。在PSCAD中搭建了海上永磁风电场VSC-HVDC并网的精细化电磁暂态模型,通过仿真验证了所提保护原理的有效性。仿真结果表明,所提方法能够快速、可靠地识别区内、外各种类型故障,故障识别时间小于5ms,解决了传统保护在该场景下的不正确动作问题。

计及锁相环动态特性的逆变电源故障暂态电流解析

现有的逆变电源交流送出侧短路故障分析研究针对暂态期间控制系统非线性控制环节的影响缺乏定量考虑,因此难以保证暂态电流的解析精度。为精确刻画逆变器故障暂态特征,提出了一种计及锁相环(phase-locked loop,PLL)输出动态特性的逆变电源故障暂态电流解析方法。首先详细分析了锁相环故障暂态特征及其对电流环动态特性的影响,其次针对PLL输出角频率与工频补偿角频率存在静态误差的情况,提出基于复数域形式解耦的数理方法,分析该场景导致dq耦合下的暂态电流。进一步基于时间断面分段描点实现了考虑PLL非线性动态输出影响下的暂态电流解析。相较于现有未考虑PLL动态特性的逆变电源故障暂态解析方法,所提方法详细揭示了逆变电源故障暂态期间PLL非线性动态输出对暂态电流的影响机理,刻画了逆变器故障暂态电流的欠阻尼特征及振荡衰减特性。仿真结果与现场录波数据均验证了所提方法的有效性及准确性。