柔性直流并入城市电网后对换流站近区短路电流的影响研究

大型城市供电电网短路电流已经接近断路器遮断容量,柔性直流接入系统后,会在故障期间提供工作电流,导致交流系统短路电流超标,柔性直流输送功率受限。从柔性直流内外环控制方式及交流系统短路电流计算原理出发,分析得出柔性直流短路电流的幅值和相位对并网点的短路电流影响均较大,其中幅值受外环电流限幅环节的影响易于控制,因此需着重对相位进行控制。基于此提出了一种降低柔性直流输电换流站两端PCC点短路电流的控制策略。以厦门柔性直流工程为例,开发了交直流混合模型,与实测波形对比验证了模型的正确性。通过对不同类型故障下、2种控制策略的PCC点短路电流进行对比,验证了所提策略的正确性,减小了PCC点短路电流。

高压电缆线路避雷器在线监测系统的研究

设计了一套基于无线测量网络的高压电缆线路氧化锌避雷器(ZOA)在线监测系统,用于评估ZOA绝缘变化状况。系统使用零磁通传感器测量泄漏电流,利用RF通信与GPS同步技术同步采集电压电流信号,采用基于FFT的均值算法提取基波阻性电流;采用无线测温模块测量避雷器阀片局部温度;通过RF网络和GSM网络将现场数据上传到监测终端与上位机系统,实现了远程数据采集与实时数据显示、分析和数据管理。从现场带电运行情况来看,系统较好地满足了电缆线路ZOA在线监测要求。

多端口电感耦合型高压直流限流断路器

直流电网接地故障将引起换流器闭锁,进而扩大故障影响面积,配置直流限流器及直流断路器是解决上述问题的通用方案。运用了2组耦合电感,针对高压直流电网设计了多端口直流限流断路器。该设备包括初级限流器、故障隔离限流器、引流支路3个部分,其中前两者串联在同一直流母线的各条线路中,引流支路是各条直流线路所共用的部分。不同部分的开关器件通过相互配合、互相借用的方式来提高限流断路器的经济性。在PSCAD仿真软件上搭建了张北四端直流电网模型,并与其他几种已有方案进行了比较,结果表明文中所提出的限流断路器能够在6ms内完成电力电子器件相关动作,各开关组所受冲击电压较低,若将其应用于n端口直流母线,则仅需要(26n+502)个开关组,经济性较高。

基于分时间尺度解耦的风电机组气动-机械动态简化表示方法

针对现有风电机组建模中气动-机械部分模型对参数依赖大、参数难以获取的问题,基于分时间尺度解耦的原理提出气动-机械动态模型的简化表示方法。首先基于小信号分析方法得出风电机组简化建模的依据并进行误差量化分析,随后基于快慢时间尺度解耦的思想提出一种由风速直接得到发电机转速和输出有功动态的方法,并制定其适应宽风速区间的控制策略。所得气动-机械动态简化模型包含气动、轴系、最大功率跟踪控制,并通过限幅近似模拟变桨作用。该模型既可以直接用于机组发电性能评估,又可以接入任意详细程度的主电气部分模型接口,进而得到用于并网分析的完整机组模型,大幅简化风电机组模型并降低参数依赖。通过将所提模型与详细模型进行对比,验证了简化建模方法的有效性和精确性。

兼备故障限流及开断功能的直流电网集成化关键设备发展现状及展望

直流断路器(direct current circuit breaker,DCCB)及直流故障限流器(fault current limiter,FCL)是2种构建柔性直流电网所必需的关键设备,对2种装备进行集成化设计及研究可以有效降低投入成本及占地面积。该文首先对直流电网关键设备进行概述;其次,分析DCCB及FCL单独接入直流系统所需面对的技术及经济问题;再次,对已有的集成化关键设备拓扑结构及接入方案进行详述,并在PSCAD/EMTDC软件中搭建张北直流电网模型,对不同方案进行仿真对比;最后,对直流电网关键设备的发展进行展望。

直流电网潮流控制器研究与应用综述

多端直流输电与直流电网技术是解决新能源发电集中并网和远距离传输问题的有效方案。直流潮流控制器(DCPFC)是直流电网稳态潮流调节的核心装备,也可为直流短路暂态故障电流抑制提供限流能力。文中概述了直流电网的发展现状及其对DCPFC的需求,归纳对比了已有DCPFC的工作原理、优缺点和研究现状,着重分析了线间DCPFC的潮流转移原理、拓扑结构和样机进展,总结了故障限流型DCPFC的限流原理、拓扑结构和实验样机。最后,对DCPFC研发和应用中的关键问题进行了展望。

含交流影响的MMC-HVDC直流故障电流递推计算方法

基于模块化多电平换流器的双极柔性直流输电系统发生直流侧单极接地故障后,其等值电路为RLC放电电路,该等值电路无法将交流量及控制环节纳入计算,结果误差较大。该文从换流器能量角度出发,采用递推公式的方法对短路电流进行计算,首先推导直流侧故障前后的放电递推公式,依据本时刻的瞬时直流电压及控制器输出的参考波求出上下桥臂子模块拟合的交流电压瞬时值,进而求出交流电流瞬时值。根据直流侧和交流侧向换流器注入或泄放的能量计算出换流器的剩余能量,利用剩余能量反求直流电压及直流电流实际瞬时值,并将所得数据作为下一计算周期的初值。使用Matlab将上述递推算法编程,并与PSCAD详细仿真模型进行对比,得出,所提出的递推方法较为精确,弥补了纯直流放电算法的不足,误差极小,可以等效代替故障前后的直流系统。

一种电感耦合型高压直流限流断路器

为保证直流电网发生单极接地故障后,健全线路仍能够正常传输功率,需要在各个直流线路上配置直流断路器,在换流器闭锁前切断故障线路,如何降低断路器的电力电子器件开断应力是目前研究的难点。以张北直流电网为主要研究对象,首先分析直流单极接地短路的等效电路以及传统直流断路器的工作机理;然后,提出一种基于电感耦合型的高压直流限流断路器拓扑结构,以降低各个电力电子器件的开断应力,并详细地论述了该限流断路器的工作机理。限流断路器由故障隔离限流器和引流限流器两部分构成,各部分的电力电子器件可以相互配合,互相借用,有效地提升了该拓扑的经济性。在张北四端柔性直流电网仿真模型上将该方法与其他4种限流方法做对比,进行限流校验、电力电子器件承压校验以及经济性校验,结果表明该文所提出的电感耦合型限流断路器能够在3ms内完成故障引流,6ms内完成故障切除,具有良好的限流、断路能力,并且仅需要632个IGBT器件,经济性较高。

基于机电信号融合的DFIG定子绕组匝间短路故障诊断

定子绕组匝间短路故障是双馈异步发电机(DFIG)常见的故障形式,发生概率高达30%,直接威胁到发电机的安全运行。发电机在复杂多变的环境下运行时,单一故障特征往往难以精准地反映故障,从而易产生误判、漏判的情况。文中提出一种基于电气、机械信号融合的定子绕组匝间短路故障诊断新方法--负序电流差与定子径向振动信号的二倍频分量联合诊断。首先利用支持向量机分别计算单一故障特征下的匝间短路故障概率;然后将其作为D-S证据理论的基本概率分配,依托证据组合规则,得出定子绕组匝间短路的最终诊断结果。实验结果表明:与基于单一信号的故障诊断方法相比,该方法能够更有效地诊断定子绕组匝间短路故障并可靠识别短路匝数,提高故障诊断的精确度,可推广应用至海上风电等对故障识别精度要求更高的领域。

含多种限流设备的柔性直流电网RT-LAB实时仿真建模

柔性直流电网具有"低惯性、弱阻尼"的特点,其故障电流上升速度快且峰值高。针对包含大量电力电子器件的限流设备不仅增加系统复杂性,同时也降低直流电网仿真效率的问题,提出不同限流设备的等效建模方法。首先,搭建包含多种限流设备的17端柔性直流输电网数字仿真模型;其次,依据单端口子模块等效建模方法,分别针对其中4种典型故障限流设备提出有效的等效建模策略;最后,基于RTLAB平台对17端直流电网数字模型进行实时化处理,完成实时模型的搭建。仿真结果显示,所提等效方法和所建实时仿真模型,可以实现对稳态、故障等多种工况的精确拟合。

基于均匀分布阵列的海上多能联合发电规划及优化

针对风能波浪能联合发电中风电场运维便利性和经济性不能兼顾的问题,提出一种海上多能源联合发电规划及优化方法。首先,对比了风机与波浪能装置并网的两种方式,并基于其抗干扰能力选取了最优并网方式。其次,分别考虑波浪力冲击对风机和波浪能装置的影响,以波高降低百分比来衡量风机运维可及性,设计了两者之间的最优布局。最后,通过算例仿真对比了不同布局下系统的度电成本、等值停运率和波高降低百分比。研究结果表明,基于均匀分布阵列的联合发电规划及优化方法可有效提高海上风电场效益及风机运维便利性。

基于制氢协同阻尼控制技术的次同步振荡抑制研究

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(MMC-HVDC)技术是大规模、集群化海上风电场并网的理想解决方案。但是双馈风机(DFIG)与柔直系统之间的相互作用存在引发系统次同步振荡(SSO)的风险。针对此问题,提出一种利用制氢系统和双馈风机控制系统的协同阻尼控制器抑制海风经柔直并网引发次同步振荡的方法。首先,建立海上风电场、柔性直流输电系统和制氢系统模型;在此基础上,提出一种基于制氢系统协同阻尼控制方案,提高系统对次同步振荡现象的抑制能力;最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建海上风电场经MMC-HVDC并网模型,进行电磁暂态仿真分析。结果表明,提出的基于制氢系统协同阻尼控制方法可以有效抑制该系统引发的次同步振荡,为解决海风柔直并网系统的SSO问题提供了新的解决思路。

厦门柔性直流输电工程动模试验与数字仿真

厦门工程是目前世界上电压等级最高、容量最大的柔性直流输电工程。首先介绍依据厦门工程建设的动模系统的设计原则和整体结构,利用动模系统对工程阀基控制系统进行全功能试验,验证阀基控制系统的控制性能和通信协议。同时,通过后期试验结果和实际工程数据的对比,证明动模系统的相似性和等效性。其次,介绍基于RT-LAB平台搭建的厦门工程实时数字模型以及与极控制保护装置的联合试验系统,通过模拟不同工况下系统的暂态特性,依据工程指标校核极控制保护装置的参数。