基于压电陶瓷逆压电效应的电压信号变送原理

提出了一种采用压电陶瓷材料和反射式光纤位移传感器的新型电压信号变送原理,利用压电陶瓷材料的逆压电效应获得被测电压动态位移,再由反射式光纤位移传感器测量逆压电效应所产生的动态位移量,实现电压参量的测量。通过对其线性度、准确度和温度特性的测试,结果表明,基于新型变送原理的电压互感器在实验室环境下的测量准确度可以达到0.1级,温度特性稳定。

压电陶瓷式电子电压互感器的信号处理方法

为了提高压电陶瓷式电子电压互感器的静态和暂态稳定性,针对其非接触测量方式的特点,提出一种基于恒光强控制电路的光/电转换方案并开发了与之对应的动态误差补偿系统,编写了数字化程序,解析了信号处理过程中的相关问题,最终提供数字量和模拟量两类输出信号。利用该方法对10 kV压电陶瓷式电压互感器样机进行数据采集,数据表明,该信号处理装置性能稳定,能有效提高压电陶瓷式电压互感器的动态稳定性,从而提高电压互感器的精确度。

特高压直流换流阀非周期触发暂态特性分析

±800 kV/4 750 A特高压直流(ultra high voltage direct current,UHVDC)换流阀通过了型式试验。饱和电抗器是换流阀中晶闸管的串联保护元件,深入研究其电气特性对于提高换流阀的可靠性有重要意义。分析了特高压换流阀在非周期触发工况下,晶闸管开通物理过程及电气应力;分析了饱和电抗器各电气参数、铁芯电感和铁芯等值电阻动态过程对开通应力的影响。研究了饱和电抗器与晶闸管协调配合工作的原则,提出了饱和电抗器电气参数设计方法。仿真结果显示,饱和电抗器在非周期开通过程中起到了很好的保护作用,浪涌电流峰值及电流变化率均在晶闸管耐受范围内。

一种基于磁动势平衡的Rogowski线圈控制模型

Rogowski线圈主要应用于脉冲大电流的测量,而电力系统中测量用电流互感器的使用环境中存在着诸多干扰。因而,要实现Rogowski对线圈工频稳态电流的准确测量,就需要了解Rogowski线圈对工频稳态电流的测量特性以及干扰对测量的影响。为此提出了一种基于磁动势平衡思想的Rogowski线圈动态控制模型,利用该模型描述了Rogowski线圈的一、二次侧各电气参量,并对互感器工频电流的稳态测量特性、干扰信号的影响作出了分析。

含有STATCOM的高压直流输电系统控制方法

为了减小含有STATCOM的HVDC输电系统发生换相失败的概率,对STATCOM和HVDC系统原有的控制策略进行了改善。故障时,基于STATCOM的定交流电压控制,投入交流电压参考值调节功能;基于HVDC的定直流电流控制和定关断角控制,投入附加直流电流和附加关断角控制功能。在PSCAD/EMTDC中进行的仿真分析表明:当换流母线处分别发生故障水平为23.08%、84.24%的单相电感接地故障时,交流电压参考值调节功能可以有效抵御换相失败、防止连续换相失败;当故障更严重,故障水平上升为120.34%时,附加直流电流和附加关断角控制功能可以有效防止连续换相失败。所提出的控制方法可以有效提高HVDC对换相失败的抵御能力,改善系统的运行性能。

基于改进换相面积的直流输电换相失败判别方法

对换相电压时间面积判据进行了改进,在判断换相失败时考虑到直流电流的波动,得到改进换相面积判据,该判据的推导过程更接近工程实际。在仿真软件PSCAD/EMTDC下搭建了±800 kV传统直流输电仿真系统LCC-HVDC。分别采用改进前后的换相面积作为换相失败的判据,搭建了换相失败的判断程序并用于判断LCC-HVDC仿真系统中由于交流侧故障导致的换相失败。仿真结果表明,改进换相面积判据可以更加准确地判断换相失败。最后,根据仿真结果,进一步分析了故障时刻对换相失败的影响。

静止同步补偿器对高压直流输电系统运行极限的影响

为了研究静止同步补偿器(STATCOM)对高压直流(HVDC)输电系统稳定性的改善作用,分析了不同容量的STATCOM对HVDC输电系统运行极限的影响。在PSCAD/EMTDC中搭建了含有STATCOM的HVDC输电模型,分别分析了在逆变侧交流母线发生故障和连接较弱受端系统情况下,STATCOM对单馈入HVDC输电系统的影响。此外,搭建了含有STATCOM的双馈入HVDC输电系统,研究了STATCOM对多馈入HVDC输电系统运行极限的影响,以及直流子系统之间的电气距离对STATCOM改善作用的影响。仿真结果表明:接入STATCOM可以使HVDC输电系统在较低的短路比情况下稳定运行;随着STATCOM容量的增大,系统临界短路比的降幅逐渐减小;在多馈入直流系统中,随着子系统之间电气距离的增大,STATCOM对远端子系统临界短路比的改善作用降低。

直流参与受端弱交流系统黑启动的技术条件

针对江苏电网现状,考虑利用宜兴抽水蓄能水电站作为黑启动电源,启动龙政直流参与初期黑启动可加快电网恢复速度。通过对直流参与黑启动时的控制模式、启动方式、解锁方式及顺序控制的研究,确定了黑启动时直流自身的技术要求。同时针对直流以最小功率启动的情况,研究了黑启动时的交流系统强度要求、励磁涌流抑制和无功协调配合。利用PSCAD电磁暂态模型进行仿真,结果验证了理论分析的正确性。

提高直流输电换相能力的强迫换相拓扑结构研究

针对传统高压直流输电逆变侧易发生换相失败的问题,提出了一种新型强迫换相桥路拓扑,该拓扑的阀臂采用了两组串联晶闸管通过电容器并联结构。基于该拓扑结构,给出了3种工作状态及相互切换模式,设计了电容电压控制策略,并通过理论计算得到了电容预充电压的最优值。最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了所提出的新型桥路模型,进行正常及故障情况下的仿真,验证了电容电压控制策略的正确性,且与传统HVDC相比,新桥路能防御交流系统大部分单相故障,对三相故障也有很好的防御效果,有效地降低了换相失败发生的概率。所提出的拓扑结构可以有效提高HVDC对换相失败的抵御能力,改善系统的故障恢复特性。

基于无功潮流分析的多馈入直流输电耦合作用

为深入分析多馈入直流输电耦合作用机理,提出了无功潮流耦合作用分析方法。该方法通过无功潮流的变化,分析了当某子系统受到无功扰动之后,各子系统电压变化的机理。为定量分析多馈入直流输电各子系统之间的无功潮流支撑作用,提出了无功潮流支撑系数这一稳态指标,同时推导了该指标的表达式。基于无功潮流耦合作用分析方法,推导了双馈入系统中多馈入静态电压稳定性指标的表达式。该表达式揭示了无功潮流支撑系数、多馈入交互作用因子与多馈入静态电压稳定性指标之间的关系,结合表达式对无功潮流支撑系数的影响因素进行分析。最后,在PSCAD环境下的双馈入直流输电模型中进行仿真,验证了理论推导的正确性。

±500kV柔性直流输电系统雷电反击侵入波对直流断路器的影响

500 kV张-北柔性直流输电工程拟采用架空线路输电和混合式直流断路器方案,雷电侵入波会对混合式直流断路器绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolartransistor,IGBT)等器件的绝缘产生较大威胁。为此,基于混合式直流断路器支路阻抗频率特性,分析双端±500k V柔性直流架空输电系统中雷电反击侵入波在断路器各支路中的分布规律,研究断路器元件参数对由电阻(resistor)电容(capacitor)和二极管(diode)构成的RCD支路分流'窗口期'及固态开关支路各个节点过电压的径向分布特性的影响规律,包括杂散电感和RCD支路电容、电阻值。结果表明,RCD支路对侵入波有显著的分流作用,而且存在于一个'窗口期'内。此外,增大RCD支路杂散电感可有效降低RCD支路的雷电冲击电流;增大RCD支路电容可有效降低该支路冲击电流的陡度,然而会增大该支路冲击电流的幅值。因此电容C的选择需综合考虑混合式直流断路器的开断性能、关断过电压峰值及RCD回路冲击电流值。研究成果可为±500k V柔直架空输电系统中混合式直流断路器各支路参数和绝缘参数的设计提供参考。

±500 kV双端柔性直流架空输电系统中混合式直流断路器重合闸操作暂态特性

±500 kV柔性直流输电系统采用架空线路输电方案时,输电线路出现暂时性短路事故的概率激增,需采用断路器实施重合闸以保障系统的可靠运行,目前直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)重合闸时的暂态操作特性尚不清楚。本文建立了含换流站关键设备和混合式高压直流断路器在内的双端±500 kV伪双极柔性直流架空输电系统模型,研究了柔性直流输电系统单极暂时性对地短路故障发生后,混合式直流断路器开断至重合闸过程的电磁暂态特性以及直流断路器关键参数对其开断和重合闸特性的影响。仿真分析表明直流断路器能够在5 ms内切断该故障;由于换流阀不闭锁,断路器开断后换流变阀侧电流未降至0。150 ms故障去游离时间后断路器可在4 ms内重合闸,换流变阀侧电流和极线电压将在200 ms内振荡上升至额定运行工况。此外,随着RCD支路电容C增大,断路器关断性能降低,而断路器重合时固态开关支路与机械支路电流转移速率则与RCD支路的电容C无关。研究成果可为±500 kV柔性直流架空输电线路断路器性能校验提供相应的数据参考。

基于博弈论和雷达图法的黑启动方案评估

当电力系统发生故障"全黑"时,快速准确地选出最优的黑启动方案是保证电网快速恢复的前提条件。提出了一种基于博弈论和雷达图法的黑启动方案评估方法。首先运用熵权法和改进层次分析法分别计算出指标的客观权重和主观权重,通过博弈集合模型将主客观权重有机结合从而建立综合权重;然后,根据综合权重确定圆心角并绘制雷达图,提取其特征向量来构造合理的评价函数,从而实现方案的排序与优选。在天津电网的实例应用中,验证了该方法的有效性。与现有的数值方法相比,计算快速,提供数值和图形两种结果。调度人员制定黑启动方案时,科学、高效地为其提供决策依据。

换流阀设备换相失败故障的暂态分析

换相失败故障发生后引起的的故障电流会对直流输电系统带来严重影响。目前,对换相失败故障发生后暂态机制的研究主要针对的是作为理想开关的换流器,文章利用叠加原理和等效分析的方法考虑了实际阀参数对故障电流的影响,并通过建立考虑实际换流阀的12脉动换流器的PSCAD仿真模型,将仿真波形与理论分析结果进行对比,验证了理论分析方法的正确性。

张北柔直电网单极接地故障短路电流计算方法及接地策略

基于模块化多电平换流器的柔性直流电网在消纳可再生能源等方面具有广阔前景,而单极接地故障是柔性直流电网中最常见故障,因此故障电流水平的研究对电网规划和设计具有重大意义。分析了张北直流电网单极接地故障的放电机理,通过阻抗高频特性提出故障电流计算方法,所提方法对真双极系统直流侧单、双极短路故障均适用,且最大误差不超过4%,为系统绝缘配合、接地网设计提供指导。根据对短路电流特性和直流电网接地极、线路侧重的分析,提出了直流电网接地策略,显著降低了直流电网故障电流水平。所提计算方法和接地策略在PSCAD/EMTDC仿真平台上得到了验证。

考虑子模块均压约束的混合型模块化多电平换流器功率极限分析

混合型模块化多电平换流器具备降压运行和不闭锁穿越直流故障的能力,子模块均压约束是其降压运行时对稳态功率运行范围起主要限制的运行约束。从满足子模块均压约束的换流器桥臂电流和桥臂电压的特性出发,分析了混合型模块化多电平换流器在降压运行时的功率极限运行范围。提出了快速确定混合型模块化多电平换流器可行功率运行域的计算方法。通过对比解析扫描计算的结果和电磁暂态仿真共同验证了计算方法的准确性和有效性。分析了全桥子模块比例对功率运行极限范围的影响。从功率运行能力的角度提出了全桥子模块最小比例的设计方法。

半控型H桥子模块提高HVDC换相失败免疫力的机理

为提高传统直流输电(line-commutated-converter high voltage direct current,LCC-HVDC)换相能力,提出一种适用于串入LCC-HVDC阀臂的半控型H桥子模块拓扑结构。它由晶闸管和电容器构成,从提高LCC-HVDC系统阀臂电压可控性的角度增大换相电压裕度。设计了子模块的工作原理及其基本控制策略,分析了子模块晶闸管电压电流应力及电容器相关参数,仿真计算了换相失败免疫因子与子模块个数关系。PSCAD仿真表明,阀臂串入半控型H桥子模块的LCC-HVDC,系统对称及不对称故障下其换相失败发生概率明显降低。研究结果验证了子模块拓扑的有效性及可行性,为解决换相失败问题提供了一定的思路。

直流控制方式与受端电压稳定性研究

针对直流不同控制方式下逆变侧电压下降时,直流无功消耗情况,探讨有利于受端电压稳定性的控制模式。同时,对已有研究工作的保守性及推论的不明确性进行补充研究;并进一步详细推导不同模式下直流外送有功功率、消耗无功功率及熄弧角等变化情况,明确相应模式下直流逆变侧电压下降的动态特性。在此基础上,得出有利于及不利于直流逆变侧电压稳定的控制方式,给出适合相应控制方式的应用场景。最后,利用电磁暂态仿真软件对相应理论推导进行仿真,验证结论的正确性。

降低直流输电换相失败概率的改进拓扑及其控制策略

为了降低电网换相高压直流输电(line-commutatedconverter high voltage direct current,LCC-HVDC)的换相失败概率,提出一种LCC-HVDC改进拓扑。该拓扑从增大换流阀换相电压的角度出发,在原阀臂中串联接入新型可控子模块,以辅助换相。首先介绍该拓扑中子模块的3种工作状态,并分析子模块开关管的电压和电流。然后设计改进拓扑的控制策略,提出"最优充电初始电压"这一概念,并对其进行优化计算。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,该拓扑能灵活切换子模块的工作状态,提高了LCC-HVDC防御换相失败的能力;所提出"最优充电初始电压"的优化计算方法效果良好,对该拓扑的换相失败防御能力有进一步的提升作用。

一种降低直流输电换相失败概率的控制方法

为减小直流输电系统发生换相失败的概率,分析了换相失败机理,得出促进换相过程的关键。首先,基于数字信号处理器实时监测装置,结合故障电压和故障电流特征,提出了一种功率分量检测法。然后,利用该方法的故障检测结果,提出了一种基于电流指令速动的控制方法,能迅速减小直流电流。理论分析表明,功率分量检测法具有更好的灵敏性与准确性,而电流指令速动控制不仅能快速减小换相面积,而且在一定程度上增大了换相电压。在PSCAD/EMTDC中搭建了双馈入直流输电系统模型。仿真结果与理论分析相符,证明所提出的功率分量检测法与电流指令速动控制具有一定的优越性,能降低换相失败发生概率,减小换相失败的影响范围。