基于风速概率分布与风切变指数的直流输电线路离子流场数值模拟方法

特高压直流(UHVDC)输电线路下方的离子流场是电磁环境的重要评估指标之一。风速作为常见也是影响较大的因素之一,有着明显的地域特点。为了避免资源浪费,在对地高度设计时,应考虑到不同地区的风速分布差异,而不是用过大裕度换取安全度。为此,该文提出一种基于风速概率分布与风切变指数的输电线路离子流场数值模拟方法。该方法通过待计算地区的风速数据构建Weibull风速概率分布函数模型,选择风速数据在95%以内的最大临界风速作为参考值,考虑风速传感器的安装高度,根据风切变指数计算场域不同高度处的风速分布,作为离子流场计算中不同高度节点的风速输入量。结果表明,引入风切变指数后的离子流密度与合成电场强度误差分别下降了16.2百分点和3.8百分点,明显优于传统固定风速模型。并以昆明地区某±800kV直流输电线路为例,采用该方法进行了计算。该方法能够有针对性地考虑输电线路所处区域的风速影响,特别是在高海拔高风速地区,可为输电线路在合成电场安全限值下的对地高度设计提供参考依据。

柔性直流换流站阀控系统故障分析

近年来,柔性直流输电技术已成为支撑大规模新能源消纳、能源互联网构建的主要方式之一,而阀控系统是柔性直流输电技术的关键组成部分,对电力系统安全稳定运行至关重要。以±420kV柔性直流背靠背开路试验(openlinetest,OLT)闭锁事故为研究对象,提供了一种基于顺序查找法的换流站阀控系统故障分析思路。首先介绍了柔性直流控保策略、阀控系统及其结构。随后,针对OLT过程中引起的故障闭锁事件进行介绍,并阐释了阀控系统暂时性闭锁原理。最后,根据故障录波和阀控系统架构,按顺序排查可能发生故障的位置并进行综合分析,进而确定故障原因,故障分析思路为实际工程中故障排查提供了参考。

基于正交信号和延迟采样周期的电网序分量实时检测方法

随着我国新能源装机容量逐渐增加,电网稳定运行能力受到了巨大挑战。而新能源系统主动支撑电力系统运行技术的关键是在不对称电网环境下快速准确地检测电网序分量。据此,该文从数学上推导出一种基于正交信号和延时采样周期的序分量开环检测方法。首先,使用正交信号构造法在同步旋转坐标系下构建电网电压的正交信号,之后将电压延时采样信号、电网电压及其正交信号使用提出的数学运算规则,实现快速准确地提取序分量。其次,为了消除检测方法在动态响应时间内造成的波动,提出一种计算误差规避方法,通过判断电网电压信号实时状态来规避计算误差。当电网电压不对称时,该方法可实现快速精确地提取正、负序分量的幅值和相位,动态响应时间小于3ms。最后,仿真实验结果证明了所提出方法的正确性和实用性。该方法具有响应速度快、精度高、易于实现的特点,为新能源系统主动支撑电网提供了保障。

构网型柔性直流系统动态特性分析

随着新能源渗透率的不断增加,传统同步发电机装机容量下降,使得电网的惯性效应和阻尼能力逐渐降低。为了解决上述问题,以构网型柔性直流系统为研究对象,通过电气转矩分析法研究了影响构网型柔性直流系统惯量水平和阻尼特性的主要因素。研究结果表明:构网型柔性直流系统的虚拟同步发电机控制系数和下垂系数可以等效地调节系统的惯性和阻尼特性。仿真结果验证了研究结论的正确性和有效性,结论将有助于设计有效的构网型柔性直流系统控制策略,以辅助提升交直流混联大电网的惯量水平与阻尼能力。

高海拔高风速情况下特高压直流输电线路离子流场计算与测量研究

在特高压直流输电线路离子流场的求解中,对于高海拔高风速情况下采用传统算法计算时存在一定偏差,本文研究了高海拔条件对导线起晕场强的影响机理,并基于风速分布规律模型,使用有限元法求解特高压直流输电线路离子流场。本文选择云广±800 kV特高压直流输电线路昆明段作为试验线路,通过试验测量了线路下方的地面合成电场与离子流密度;根据国标规定选择测量设备,并给出了试验中测量点的选择、测量设备布置以及数据采集的方式。据误差分析,数值计算结果与试验数据一致性较好,验证了本文算法的可靠性。同时,分析了风速对地面离子流场分布情况的影响,研究结论表明特高压直流输电线路在高海拔与高风速条件下地面合成电场与离子流密度有超过安全值的风险。

基于功频下垂控制的并网型储能系统惯量与阻尼特性分析

基于功频下垂控制的并网型储能系统可有效解决分布式电源大规模接入导致的电网频率稳定性降低的问题,同时等效提高电力系统的惯量水平与阻尼能力。以基于功频下垂控制的并网型储能系统为研究对象,通过建立其直流电压时间尺度的动态模型,利用静止同步发电机模型分析了影响储能系统惯性水平、阻尼效应和同步能力的主要参数及其影响规律。研究结果表明:下垂控制环节和功率控制环节是储能系统惯性效应与阻尼效应的主要来源,通过下垂系数和功率环PI参数的优化设计即可等效改变系统的惯性/阻尼特性。仿真实验的结果证明了研究结论的正确性,研究结论将有益于设计有效的储能系统控制策略,以辅助提升电网的惯性水平和阻尼能力,增强分布式发电系统及其接入电网的稳定运行能力。

特高压直流输电线路离子流场快速稳定计算方法

特高压直流输电线路下方的离子流场是电磁环境重要评估指标之一。基于牛顿-拉夫逊法和上流有限元法提出了一种快速稳定地求解离子流场算法。首先,通过有限元法来求解泊松方程,之后将获得的空间电场信息用于上流有限元法计算电流连续性方程。随后,利用基于牛顿-拉夫逊的迭代收敛算法更新导体表面电荷密度。将上述3部分反复迭代即可实现迭代过程的快速稳定收敛。同时,研究了风速对±800 kV特高压输电线路的地面合成电场和离子流场影响规律。试验结果验证了该算法的有效性和正确性。研究结果表明:本算法与迭代收敛控制因子法和传统方法相比不但对导线表面电荷密度初值不敏感,而且具有较高的快速收敛能力。研究结论可以提升离子流场计算的稳定收敛能力,实现特高压直流输电线路电磁环境的快速准确计算。

考虑锁相环影响的直流下垂控制电动汽车系统并网动态特性分析

随着新能源在电网中的渗透率不断增加,传统电力系统的惯性效应、阻尼水平以及同步能力都发生了改变,致使电网稳定运行能力下降。为此,基于静止同步发电机模型,建立了考虑锁相环影响的直流下垂控制两级式电动汽车(EV)系统的并网模型,揭示了EV系统惯性、阻尼以及同步特性的影响因素和影响规律,使得EV系统具备辅助电网稳定运行的能力。研究结果表明,变流器控制策略、锁相环、电路结构以及系统的稳态工作点共同决定了系统的动态特性。当EV系统使用直流下垂控制策略时,通过改变频率控制环、功率控制环、恒压控制环和锁相环参数,可等效调节系统的惯性效应、阻尼水平以及同步能力。同时,在强电网中调节锁相环参数对电网侧发生扰动时的动态特性具有改善作用,但对EV侧振荡的改善作用较小。所得结论可以辅助提升电力系统的安全运行能力,实现EV系统与电网的友好互动。

运用下垂控制的并网储能系统惯量阻尼特性分析

为了揭示并网型储能系统的惯量与阻尼特性,缓解分布式能源接入导致的电网稳定性降低的问题,通过构建并网型储能系统的直流电压时间尺度的动态模型,利用静止同步发电机模型,分析了影响并网储能系统惯性效应、阻尼水平以及同步能力的内在机制、主要参数及其影响规律。同时,揭示了下垂控制模式的并网储能系统从物理本质上对应了原动机的下垂控制特征。研究结果表明:DC/DC变换器使用频率下垂控制策略、并网逆变器使用电压电流双闭环控制策略,通过调节频率控制环和恒压控制环的PI参数,即可等效改变储能系统的惯性效应、阻尼水平以及同步能力。研究结果不但可以用于设计有效的并网储能系统控制策略,而且可以辅助提升分布式发电系统的惯性效应、阻尼水平以及同步能力。

基于EMAF的新型电力系统电压畸变工况下并网逆变器快速锁相方法

为了提高新型电力系统电压畸变工况下电压信号同步相位的检测精度,提出了一种基于增强型滑动平均滤波(EMAF)算法的快速锁相算法。首先使用dq旋转坐标变换获得直流电压信号;然后利用EMAF算法滤除谐波、负序分量及噪声;最后,通过数学推导公式获得并网同步信息,实现并网逆变器的高性能控制。该算法无需复杂的锁相闭环回路,即可实现同步相位和电压幅值的快速检测,消除电网电压幅值、相位和频率跳变对正序分量提取的影响,具有较强的适应新型电力系统畸变环境的能力。仿真结果验证了所提算法的正确性和有效性。

不平衡工况下电网电压序分量快速提取方法

快速准确地获取三相不平衡电网电压的序分量(即正、负、零序分量)是实现高性能并网逆变器控制的基本要求。文中提出了一种实用的瞬时序分量提取方法,可提高不平衡电网电压序分量的提取速度。首先,使用虚拟正交信号构建法和单相锁相运算获得虚拟三相电压相量,之后利用对称分量法和单相锁相逆运算,即可快速获得序分量的幅值和实时相位。该方法仅需电网电压及其虚拟正交信号,即可直接获得瞬时电压序分量,无需闭环检测方法中的参数设计和调试过程,且计算精度能够满足工程要求。通过MATLAB/Simulink实时仿真平台验证了该方法的正确性。

地质灾害对超高压输电线路杆塔杆件失效影响分析

地质灾害容易导致输电线路杆塔基础发生移动和变形,造成杆塔结构失效甚至损毁,严重影响输电线路的安全稳定运行。针对地质灾害导致的某500 kV杆塔结构受损问题,提出一种基于第四强度理论的判断杆件失效的方法,可准确判断杆件失效部位和失效程度。利用ANSYS软件建立杆塔精细化有限元模型,施加地质灾害下各工况塔基约束条件,基于失效判据对杆塔应力进行分析。结果表明:塔基沉降量达29 mm时,塔腿上横隔面交叉材屈曲失稳;沉降量达76 mm时,塔腿主材失效。塔基沉降和倾斜对杆塔破坏最为严重,塔基侧滑对杆塔影响较小。根据塔材失效的特点,提出杆塔结构加固及灾害监测与预防的建议,结合工程实际,为地质灾害下杆塔的稳定性分析及处理提供一定的指导作用。

储能系统抑制电网功率振荡的机理研究

为了揭示储能系统(ESS)抑制电网功率振荡的机理,首先建立含有ESS的单机无穷大电网在机电时间尺度下的数学模型。随后,利用经典的电气转矩法分析影响同步机电力系统惯性效应、阻尼水平和同步能力的物理机制、关键因素及其影响规律。结果表明:ESS控制策略采用功角控制时,ESS只需调节功角控制环的PD参数即可等效改变同步机电力系统的同步能力和阻尼水平;ESS控制策略使用转速作为外环反馈信号时,转速控制环的PID参数分别影响同步机电力系统的阻尼水平、同步能力和惯性效应。仿真结果证明ESS抑制同步机电力系统功率振荡机理分析的正确性。此外,研究结论有助于设计有效的ESS控制策略,以辅助提升电力系统的惯性水平和阻尼能力。

±535kV直流断路器用隔离供能变压器电场计算与起晕校核

直流断路器用隔离供能变压器作为新型电力系统中的关键设备,需要保证其正常工作时表面电场强度在电磁环境规定的限值之内。为了得到准确的计算结果,讨论了瞬态电场、静电场与恒定电场的区别,通过绝缘材料伞裙结构分析了空气电导率对恒定电场的影响,提出了交直流混合复杂设备的电场校核原则,完成了供能变压器的电场仿真分析与起晕校核。结果表明,在对该供能变压器进行电场计算时,为了留有裕度,应当采用静电场进行导体金具的起晕电场校核;采用恒定电场进行绝缘材料的绝缘性能设计,同时还要考虑空气电导率的影响,选择空气电导率10-16 S/m(干燥)和10-12 S/m(湿润)中的计算结果最大值作为参考最大电场。

考虑电网调频需求时的直流负载电压下垂控制方法

电解电镀、冶金化工、电动汽车等行业的直流型用电负载在电网中的占比越来越大,对电网频率稳定性的影响也因此更加明显了。以响应电网调频需求为目标,提出了在保证电网电能质量的前提下,通过电力电子接口电路实现对直流负载电压的下垂控制,使可调型直流负载能够对电网频率异常事件进行响应。此外,为了确保直流负载的正常用电,并且避免对直流负荷进行频繁切换控制,还进一步提出了分区间调频控制模式,从而满足了需求侧响应、电网友好等电网需求。提出的控制方法结构简单,容易实现,可降低直流负载接入对电网的影响,提升电网对大规模直流负载接入的适应性。最后通过Simulink仿真验证了此方案的可行性、有效性。

Y形链式STATCOM的相间电容电压平衡控制策略研究

Y形链式H桥形STATCOM在不对称运行工况下容易出现严重的直流侧电压不平衡问题,特别是各相之间的直流侧电压均衡控制非常困难。针对这个问题,在经典的分层控制策略的基础之上,重点针对Y形结构相间均压控制困难这一问题进行了深入分析和研究,提出了在不影响系统外部功率输出特性的前提下,通过注入零序电压分量的方法,使系统内部不平衡的功率可以在三相之间交换,确保各相的直流侧电压都能得到平衡。仿真试验证实了该控制方法的正确性和有效性。

链式STATCOM在电网电压不平衡时的正负序协调控制方法

当电网电压不平衡时,针对平衡系统设计的控制策略将使STATCOM输出正序电压,电网电压中的负序分量可能会造成装置过流而退出运行。围绕链式STATCOM在电网电压不平衡工况下的过流问题,利用先进的电网相位开环同步控制方法来应对电网电压相位的扰动,实现了对装置输出电压以及电网电压的相序分离,实现了对链式STATCOM输出电压的正负序分离与协调控制,通过将装置分解为正序和负序两部分控制,并且从功率平衡的角度分析,得到了正负序协调控制所需满足的相移角、调制比两方面的关系,提出了完整的链式STATCOM在电网电压不平衡时的正负序协调控制方法。仿真实验结果证明了该控制方法的正确性、有效性。

某市吉河线严重低电压问题分析与解决方案

介绍了某市电网公司吉河线出现的严重低电压问题,分析了该线路低电压问题持续恶化的主因,探讨了低电压问题的可行性解决方案,重点对串联补偿电容器方案的可行性进行了研究。根据吉河线低电压问题产生的原因以及该市电网运行的实际情况,提出了近期、中期、远期的三阶段工程治理方案,并指出了解决农村偏远地区配电网低电压问题的最佳路径,以期为配电网低电压问题专项治理工作提供参考。

基于IPM模块的并网逆变器系统实验平台设计

分析了并网逆变器的三种拓扑结构的优缺点,并根据实验需要选择了非隔离型拓扑结构作为实验平台主电路拓扑。采用IPM模块为核心的逆变电路,控制部分采用通用逆变器控制器作为系统的控制核心,运用Lab VIEW软件实现了实验平台的控制系统和上位机监控显示系统的有机集成,对系统中的各个参量进行实时监测,并完成了三相PWM逆变器的离网、并网实验。实验结果表明:控制系统给出的相位成功跟踪电网的同步相位,始终与电网电压的相位保持一致,并网成功。