西北750kV电网合空变导致青藏直流闭锁故障分析

针对西北750kV电网官亭、武胜两站空载变压器合闸(简称合空变)导致800km外的青藏直流系统闭锁故障进行了分析。合空变过程中可能产生大量谐波,其中包括明显的2次分量;从合空变位置看入西北电网的阻抗特性中存在接近二倍频的谐振频率;西宁—日月山—海西—柴达木750kV线路长度接近二倍频下电磁波的1/4波长,容升效应显著;柴达木末端电网在二倍频下呈大阻抗特性;青藏直流系统交流侧电压中负序2次谐波将在直流侧引起3次谐波。以上多个因素导致合空变产生的2次谐波电压沿线放大,并引起直流系统谐波保护动作。研究结果阐明了合空变过程产生的谐波远距离传输特性及对直流系统的影响,为研究直流谐波保护问题提供了理论依据。

750kV磁控式可控高抗谐波特性仿真与实测分析

基于新疆西北联网第二通道工程中的鱼卡母线可控高抗系统调试,对750 kV磁控式可控高抗的谐波特性进行仿真与实测分析。建立可控高抗详细电磁暂态模型,对稳态运行及空载投切操作产生的谐波进行仿真计算,并与现场实测波形进行对比分析。可控高抗稳态运行时网侧电流主要含有3次、5次、7次等奇数次谐波;预励磁方式下投空载可控高抗的励磁涌流比无预励磁时幅值高,产生的谐波以2次分量为主,谐波的衰减趋势与可控高抗工作点的移动有关。研究结果明确了磁控式可控高抗的谐波特性,为进一步分析其与电网的相互影响提供参考。

大规模电力系统仿真用新能源场站模型结构及建模方法研究(三):电磁暂态模型

在对含新能源接入的电力系统进行仿真分析时,往往需对新能源场站进行等值建模,其中电磁暂态模型的应用场景可分为大扰动和小扰动2类电网问题,目前在适用于2类场景的等值建模方面缺乏系统性论述。该文以风电场作为重点研究对象,首先在阐述大扰动的等值原则和方法的基础上,从理论上分析功率水平对直驱风机(direct drive permanent magnet synchronous generator,PMSG)、光伏(photovoltaic,PV)和双馈风机(doubly fed induction generator,DFIG)频域阻抗特性的影响,从而明确按风速/光照度、功率或风机转速进行等值的合理性。其次,从多频段稳定问题需求出发,研究汇流线路阻抗及机组扩容方式对等值精度的影响;在此基础上,总结兼顾大扰动和小扰动场景的值建模方法,提出1~4机新能源场站模型结构,分析等值机台数对于等值精度的影响。最后,针对不同扰动场景进行时域仿真分析,验证所提等值建模方法的有效性。

基于输入导纳的直驱风电次同步振荡机理与特性分析

近年来新能源发电并网系统中多次发生了次同步振荡问题,其中直驱风电并网系统出现了新型的次同步振荡问题,迫切需要开展这种次同步振荡机理研究。该文基于同步参考坐标系,推导了直驱风机动态模型和输入导纳模型,分析了输入导纳实部及虚部(电导及电纳)的频率特性,提出了直驱风机网侧输入导纳在次同步频率范围的负电导特性是次同步振荡的重要表现形式,进一步分析了前置滤波、电流内环、直流电压外环及锁相环控制参数和接入系统强度对负电导特性影响;最后,采用传递函数的极点分析和时域仿真验证了所提出机理的正确性。

接地系统中接触电阻的仿真模型及其影响因素分析

接地装置与土壤间的接触电阻的正确估算,对于提高接地网设计施工水平、合理选择接地导体规格都有重要意义。但其准确值尚无科学的计算方法,所以在实际工程设计中一般无法准确考虑。为此,通过建立一种接触电阻的仿真分析模型,利用有限元工具ANSYS,就不同工况对接触电阻的影响进行了分析;仿真计算结果表明,接地导体规格、土壤特性是影响接触电阻大小的主要因素;为了便于计算复杂接地网的接触电阻,在原模型的基础上建立了一种简化模型;依据简化模型、利用接地分析软件CDEGS对不同接地网的接触电阻进行了计算;最后提出了实际工程中减小接触电阻的方法,为接地设计及施工提供了参考。

接地模块降阻特性的现场实验与仿真建模

在目前的接地工程中,如何将接地电阻降至安全限值以下依然是主要技术难题之一。近年来人们开始采用接地模块作为接地体来解决接地降阻难题,但对于接地模块的各方面性能还缺乏较为科学的分析,因而在使用中存在着一些盲目性。为此,通过现场实验测量与仿真模型计算,对渗透型、非渗透型两类接地模块的综合性能进行了分析。依据半年内的实验测量结果研究其降阻特性,经过开挖检查了解其腐蚀情况,并利用有限元工具AN-SYS以及接地分析软件CDEGS建立仿真模型,估算接地模块对不同接地网的降阻效果,为工程应用提供参考。

基于变压器电流直流分量衰减特性的励磁涌流识别方法

为有效区分励磁涌流与短路电流,确保变压器保护的可靠性,针对变压器励磁涌流与短路电流直流分量衰减特性的差异,提出了一种新的励磁涌流识别方法。该方法以变压器高压侧和中压侧出口断路器电流作为识别励磁涌流与短路电流的信号源,将电流直流分量与基波分量幅值比的衰减速率设置为判据,可以辨识出励磁涌流与短路电流。基于典型建模仿真分析了励磁涌流与短路电流直流分量衰减特性的差异,以及不同系统短路容量、变压器额定容量、铁心剩磁等因素的影响。经典型仿真结果及工程现场实测数据验证,该方法有效,适用于断路器未加装合闸电阻的情况,并具有原理清晰、所需测量数据少、简单易实现等优点,为新型继电保护装置开发及工程应用提供了参考。

新疆与西北主网联网第二通道工程系统调试

新疆与西北主网联网750 kV第二通道工程是国家电网公司"十二五"规划重点建设项目之一,涉及7站12线,是我国西北750 kV主网架的重要组成部分,也是新疆及西北地区煤电、风电及光伏的重要外送通道。工程在世界上形成首个由750 kV级母线磁控式可控高抗、线路阀控式可控高抗及66 kV级大容量SVC等新型柔性交流输电装置组成的FACTS设备群。工程系统调试研究解决了远距离弱电网新设备启动及电压控制策略、柴拉直流及新能源安全预控、新型FACTS设备系统调试及多目标网架安控策略等技术难题,圆满完成系统调试实施。该文介绍了工程系统调试概况,系统调试研究及调试方案的确定,以及现场调试的主要结果,为工程投产运行及后续工程建设提供参考。

合闸750kV空载变压器引起的系统电压暂降现场实测与计算分析

结合新疆与西北750 kV联网工程乌北变电站合闸750 kV空载变压器现场实施情况,分析了合闸空载变压器引起系统工频电压暂降现象的机制,提出励磁涌流及系统短路容量是影响合空变电压暂降的主要因素。并利用EMTP工具对合空变引起的电压暂降进行仿真建模分析,得出的合空变励磁涌流及系统电压暂降特性与现场实测基本一致,验证了仿真方法的有效性。提出了采取断路器装设合闸电阻的措施可以有效抑制合空变操作引起的系统电压暂降,另外采取系统调压、调整系统运行方式、消除剩磁等措施也有助于缓解合空变电压暂降对系统运行造成的不利影响。

带高抗500kV长线路合闸引起的电流直流偏置问题及应对措施

以重庆电网张家坝—隆盛带高抗500kV长线路为研究对象,通过电磁暂态仿真,研究了典型线路合分闸操作时的电流直流偏置问题,包括不同合闸相位进行各种合分闸联动操作时的电流直流偏置情况。此外还研究了采用合闸电阻及控制相角合闸技术抑制电流直流偏置的效果,结果表明,采用这2种方法可以加快电流过零,降低电流延迟过零出现的概率,但并不能完全消除电流过零延迟现象,对此进行了讨论并给出了建议。

新疆与西北联网第二通道应用串补的次同步谐振风险及对策研究

对750 kV新疆—西北联网第二通道应用串补可能带来的次同步谐振问题进行了研究。采用系统频率扫描及时域仿真方法,分析了750 kV新疆—西北联网第二通道应用串补后周边火电厂发生次同步谐振的风险。研究结果表明,西北750 kV电网应用串补后,在个别极端情况下存在发生次同步谐振的风险,而采用750 kV可控串补可对次同步谐振起到抑制作用。由于西北电网现阶段发生次同步谐振的可能性较低,建议在实际运行中避开危险工况并加装扭应力继电器等保护措施;而是否采用750 kV可控串补宜结合经济性方面的因素综合考虑。

特高压串补线路断路器短路电流过零延迟特性及对策

特高压线路加装串补使得线路发生故障时流经断路器的短路电流特性与无串补线路相比存在差别。受故障工况及串补布置方式、过电压保护措施等因素影响,特高压串补线路回数为双回及以上时,一回线故障时流经断路器的短路电流可能存在过零延迟,与无串补或单回串补线路相比更加突出,对断路器开断不利,需要加以抑制。该文仿真研究特高压串补线路断路器短路电流的过零延迟特性,并结合串补金属氧化物限压器(metal oxide varistors,MOV)、放电间隙的动作状态,采用时、频域解析方法,建立串补装置的等效模型,探讨串补线路短路电流过零延迟的产生机理,研究分析典型影响因素,并提出对策建议。研究成果为特高压串补的规划设计、断路器设备选型提供一定参考。

特高压远距离高补偿度串补线路故障清除操作过电压特性及对策

在远距离特高压线路上加装高补偿度串补是实现更远距离、更大容量输电的合理选择,在我国特高压电网发展及全球能源互联网战略中具有广阔的应用前景。特高压高补偿度串补线路发生故障清除过程中,在健全相和相邻线路上产生的操作过电压与无串补或常规串补线路相比有升高趋势,且在现有避雷器及线路保护联动旁路串补措施条件下可能超过现有标准限值,有必要开展过电压特性及抑制措施研究。文章采取理论分析和数字仿真手段,研究了高补偿度串补对特高压线路故障清除操作过电压的影响特性,并基于闪络率评估,分析了快速联动旁路串补、加装低残压避雷器及"联动+低残压避雷器"组合等多种措施对故障清除过电压的抑制效果,并提出了综合对策。研究成果可为特高压远距离高补偿度串补线路的工程设计、设备选型提供技术依据,为实现跨区或跨国输电提供技术支撑。

750kV强耦合并行单回架设线路感应电压和电流研究

交流输电线路采取同塔双回架设方式时,必须对由于回路间电气耦合而产生的感应电压、电流问题进行关注,并对线路的接地开关参数进行合理选择,以确保运行安全。对于2条并行架设的单回线路,当回路间距较近时,其回路间的电磁耦合作用也较强,使得感应电压、电流问题也较为突出,需要采取措施加以限制。目前该问题尚未引起关注,也未开展限制措施研究。依托西北地区某在建的750 kV并行单回架设线路,采用EMTP电磁暂态仿真工具对其感应电压和电流问题进行研究,针对其静电感应电压高且超过现有接地开关技术参数的突出问题,提出一种新的线路换位及相序布置方式,可以明显降低感应电压、电流水平,解决接地开关设备选型问题。研究成果为限制超/特高压强耦合并行单回架设线路的感应电压、电流问题提供了一种新的思路,对解决工程实际问题具有借鉴意义。

直驱风机与静止无功发生器的次同步振荡特性及交互作用分析

我国西北等风电汇集地区存在不同程度的次同步振荡问题,其中大容量的直驱风机和动态无功补偿装置接入弱电网诱发的次同步振荡机理尚不明确。该文推导直驱风机并网变流器和静止无功发生器的线性化分析模型,获取其输入阻抗模型及并网系统的传递函数;探讨同步旋转坐标系下双输入双输出系统的稳定性判断方法;通过阻抗特性分析、传递函数极点分析及时域仿真验证,提出两者间次同步振荡交互作用及影响因素。

基于附加比例谐振控制的风机次同步振荡抑制方法

针对风电机组接入串联电容补偿系统及弱交流系统所引发的次同步振荡问题,提出在风机控制器内附加比例谐振控制的振荡抑制方法。给出控制器的基本原理及分析模型;考虑不同风机类型及抑制方式,提出控制器的结构及参数设计原则;基于特征值法和时域仿真法,分析控制器的振荡抑制效果;考虑附加控制设备的容量限制及电网实际运行条件变化,分析该控制器的工程适应性。

基于频域阻抗分析的直驱风电场等值建模方法

针对风电并网可能引发的次/超同步振荡问题,采用频域阻抗模型研究含直驱永磁风电机组(directdrive permanent magnet synchronous generator,PMSG)的风电场的等值建模方法;分析风机输入导纳对于风速的参数灵敏度;建立风电场的输入导纳模型及并网系统的状态空间方程,提出将机组的输入导纳或对主导振荡模式的参与因子作为机组分群指标;基于风电场电路方程的推导,提出一种逐点消去的聚合等值方法,实现不依赖于详细模型的简化等值流程;分析不同等值机台数对于风电场输入导纳以及次/超同步振荡特性的模拟精度,并基于时域仿真进行验证。

直驱风电机组次同步振荡阻尼控制方法及其适应性

由风电波动引发的次同步振荡具有振荡频率多变、涉及动态装置多、影响因素复杂等特点,现有的阻尼控制类装置难以实现有效抑制,需研究适用的附加阻尼控制方法。文中通过线性化方法推导了直驱风电机组并网系统的特征方程和传递函数,并获取了风电机组并网系统在不同工况下的频率响应特性。然后提出了基于奈奎斯特稳定判据的风电机组次同步振荡阻尼控制器的参数设计方法,以及基于粒子群优化算法的参数优化方法;结合特征值法及时域仿真法,分析了阻尼控制器对于次同步振荡的抑制作用。研究结果表明,依据前述方法设计的阻尼控制器在多种运行条件下均具有较好的适应性。

直驱风电场送出线路甩负荷工频过电压机理及限制措施

计算输电线路的甩负荷工频过电压,是进行输电工程设计和设备选型的重要基础,对于风电场送出线路,若甩负荷形成风电场带空载线路运行状态,可能导致风机端及线路端出现高幅值的过电压。其过电压产生机理和特性,与常规结构电网存在较为显著的差别,需着重考虑风电机组的暂态响应特性。该文针对直驱风电机组的无故障甩负荷及单相接地甩负荷工频过电压问题,首先基于简化模型,从理论上分析了两种甩负荷工况下风机控制器的暂态响应及限幅特征,提出过电压、过电流的产生机理,其中针对单相接地故障甩负荷分析了电压、电流的序分量特征;其次结合自建详细仿真模型及厂家封装模型分析了过电压、过电流特性及系统参数的影响;最后,从优化风机电流控制角度研究了过电压、过电流的限制措施,并通过仿真验证其应用效果。

特高压交流变压器选相合闸技术研究及工程应用

变压器空载合闸励磁涌流注入电网可能引起严重的电压暂降或谐波过电压问题,对交直流系统及设备的正常安全运行造成不利影响,目前国内多次出现超、特高压主变空载合闸励磁涌流引起电网异常的问题。选相合闸技术已在国内电厂升压变、高压直流系统换流变等场景有实际应用,但在特高压交流系统中尚属空白。针对国内在晋北特高压交流变电站示范开展的特高压主变选相合闸技术应用实践,介绍了基于剩磁测算的特高压变压器选相合闸技术原理,并结合晋北站特高压交流工程调试系统工况开展建模仿真,比较分析了不同措施抑制变压器励磁涌流的效果,并结合现场实测结果进行验证分析。结果表明,特高压主变断路器采用选相合闸技术可以有效抑制合空变励磁涌流,推广应用价值良好。研究成果可为特高压交流工程设计、设备选型提供参考。