海上风电柔性低频送出系统无功电压协调控制策略

柔性低频交流输电在海上风电送出具有广阔的应用前景,但国内外针对海上风电柔性低频送出系统无功电压特性分析与运行控制的研究较少。为此,首先建立了低频下海上风电经电缆送出系统的无功/电压数学模型;其次,建立了以降低海缆最大电流和系统损耗的目标函数和数学模型,提出了海上风电柔性低频送出系统无功协调控制策略;最后,建立了海上风电经柔性低频送出系统算例,开展了多运行工况下的动态仿真验证,结果表明:所提无功优化控制策略具备响应快速灵活的优点,且无需额外安装无功补偿装置。研究结果证明了所提优化控制策略的有效性。

海上风电柔性低频交流送出系统输送能力计算与分析

柔性低频交流输电应用于中远距离海上风电送出具有技术经济优势,研究其输送能力对确定系统参数和方案具有重要参考意义。文中分析了约束海上风电柔性低频交流送出系统输送能力的电压、电流条件,推导建立了由最大输送功率和最远输送距离描述的输送能力计算方法;计算了220 kV和330 kV系统的输送能力,分析了系统频率和海缆截面的影响。结果表明,选择12.5~30 Hz频率范围、最大1200 mm^(2)海缆截面,离岸距离为250 km时,单回220 kV和330 kV系统输送的风电场最大容量分别约为200~400 MW和200~570 MW。实际风电场柔性低频交流送出系统的参数还应在经济性分析的基础上具体确定。

先进输电技术的发展与趋势

随着全球各国低碳化能源转型,电力系统的“源网荷”正发生着深刻变化,先进输电系统具有灵活调控能力强、输电效率高、适用范围广等特点,是新型电力系统构建的核心要素和关键路径。该文首先从先进输电系统构建、先进输电关键装备、先进输电基础技术3个方面,阐述先进输电系统向局部小系统与广域大系统多场景同步发展的趋势;然后,分析先进输电装备最新研究进展与发展情况,介绍仿真试验、器件和材料等基础技术研究现状及技术方向;最后,对先进输电技术发展及意义进行总结及展望。

MMC-UPFC不同接地设计的故障特性及对本体保护配置影响

根据MMC-UPFC示范工程的实际需要,提出3种可行的交流侧接地方式:仅并联变阀侧中性点经大电阻接地、仅串联变阀侧中性点经大电阻接地及仅并联变阀侧中性点经小电阻接地。结合示范工程系统参数与实时数字仿真(RTDS)实验,详细分析了不同接地方式对故障特性与保护配置的影响,重点讨论接地点位置对串联变网侧单相接地故障及对应保护配置影响,以及接地电阻阻值对阀侧短引线单相接地故障、换流器桥臂单相接地故障及相应保护配置影响。最终得出仅并联变阀侧中性点经大电阻接地为较优的MMC-UPFC接地方案。

基于IGBT串联阀组的UPQC换流器带载实验方法

采用绝缘栅双极型晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)串联阀组可使得统一电能质量控制器(unified power quality conditioner,UPQC)换流器结构紧凑,控制简单。其中串联IGBT的动态均压及换流器的带载实验方法是关键技术。采用有源电压箝位方法实现串联IGBT的动态均压,并采用以UPQC一侧换流器为电源、另一侧换流器为负载的方法,实现UPQC换流器的带载实验,验证基于IGBT串联阀组的换流器的有效性。

UPFC与其他FACTS装置的协调控制研究

基于统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)以及目前常用柔性交流输电系统(flexible alternative current transmission systems,FACTS)装置(晶闸管控制串联补偿器(thyristor controlled series compensation,TCSC)、静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)等)模型,对它们之间的协调控制原理进行机制分析,借助仿真分析获得各种装置关键控制参数及其控制规律;然后提出同时考虑统一潮流控制器及其他FACTS装置的协调控制策略,以IEEE-9节点系统验证该策略的可行性;最后将其应用到实际分区电网中,实现基于模糊综合评判的分层协调控制。

级联H桥SSSC主参数设计和控制技术研究

随着电力系统的高速发展,其结构日益复杂且运行环境更加多变,而电力电子技术的发展推动了静止同步串联补偿器(static synchronous series compensator,SSSC)的应用以提高电网特性。该文结合SSSC拓扑结构特性,分析了H-SSSC的稳态输出模型;通过对H-SSSC的运行约束分析推导了相关公式,系统地提出了针对H-SSSC主参数的设计原则,其主要包括滤波器、直流电压、电容和换流器的设计方案;通过对解耦控制方式的分析,提出了基于电容电压不均衡控制策略的3类稳态运行控制方法;通过分析和仿真验证了第3种综合控制策略的优势,为SSSC的工程应用提供参数设计及控制方案理论;最后,通过EMTDC/PSCAD仿真验证了参数选取的合理性和控制策略的准确性。

电力弹簧稳态运行范围及越限失灵机理分析

在介绍电力弹簧的研究背景和基本原理的基础上,通过相量图法对电力弹簧稳态调节能力进行详细分析,得到电力弹簧稳态运行范围,同时分析电力弹簧越限失灵的机理,给出了网侧电压越限条件下的关键负载电压设定值优化计算方法。若网侧电压在稳态运行范围内波动,经电力弹簧调节,可使关键负载电压幅值稳定到标准值;若超出稳态运行范围,即发生越限,则受电力弹簧调节能力限制,关键负载电压稳定值会发生偏离,甚至会发生电力弹簧失灵情况。通过优化网侧电压越限情况下的关键负载电压设定值计算方法,考虑关键负载电压允许小范围波动,可以保证电力弹簧在网侧电压越限情况下依旧正常工作,从而扩大电力弹簧稳定运行范围。最后,通过仿真实验对分析结果进行了验证。

MMC-UPFC动态建模及内部特性仿真研究

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)有谐波特性好、易于模块化设计、体积紧凑和不需要器件直接串联等优点,适用于高压大容量的输电领域,可以提高线路输电容量,改善系统暂态稳定,优化潮流降低网络损耗,因此受到重视。基于MMC的统一潮流控制器的动态模型是理解其工作原理和设计控制器的基础,该文分层次地逐步建立MMC型的UPFC开关周期平均模型和简化开关周期平均模型。在RTDS上对MMC型UPFC进行内部动态特性仿真,对仿真结果进行详细分析,仿真和分析结果表明基于MMC的统一潮流控制器的串联侧和并联侧内部动态有很大的差异,该结论和所建立的动态模型相互印证。

静止同步串联补偿器的优化选址定容方法

针对静止同步串联补偿器(static synchronous series compensator,SSSC)在选址定容方面研究不足的问题,提出了一种灾变变速量子遗传算法用于SSSC的选址定容优化。推导了包含SSSC的电力系统潮流方程,建立了SSSC在电网中的数学模型;通过潮流计算得到系统的有功损耗、电压偏移率和负荷裕度,使用归一化的处理方法将不同量纲的量同时考虑,并赋以权重,得到目标函数;使用所提灾变变速量子遗传算法求取目标函数的最优解。在Matlab下分析了不同权重下最优解的分布情况,为权重的选择提供了依据。同时与另外2种算法进行对比,结果表明提出的算法在寻优结果稳定性、收敛速度和全局寻优能力上有所改善。

一种接入SSSC的交流线路自适应距离保护方法

针对含有SSSC的交流线路,考虑过渡电阻对SSSC旁路保护的影响,提出了一种可靠的自适应距离保护方法。根据线路故障时短路电流SSSC旁路保护电流整定值的关系,提出临界过渡电阻的概念,划分SSSC退出运行区和不退出运行区。基于电压电流的相位关系,提出SSSC退出运行和不同补偿模式下的自适应距离保护方案。PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了该方案的准确性和可靠性。

基于有限元法的高频变压器漏电感和绕组损耗计算与分析

高频变压器绕组结构和排布方式对漏电感与绕组损耗的影响很大,明确不同绕组结构和排布方式对漏电感和绕组损耗的影响,对于高频变压器大规模优化设计至关重要。基于有限元分析方法,本文研究了无交叉换位、部分交叉换位和完全交叉换位方式,以及绕组层数对宽频区间内漏电感、绕组损耗的影响规律。结果表明,导体内高频涡流效应造成漏电感和交流电阻存在频变特性;交叉换位程度越高,漏电感和绕组损耗的降低越明显;控制绕组总匝数保持不变的情况下,降低绕组层数可以显著降低漏电感和绕组损耗。最后提出了高频变压器漏电感和绕组损耗的控制方法,该方法对于高频变压器的优化设计具有一定的指导意义。

统一潮流控制器多时间尺度混合实时数字仿真

结合上海220 k V电网统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)示范工程,针对UPFC控制系统闭环测试,提出了UPFC装置多时间尺度混合的实时数字仿真试验方法,并在RTDS实验平台上进行了UPFC装置ns级开关暂态、ms级电磁暂态混合实时仿真。RTDS试验结果表明该UPFC装置具备良好的无功稳定输出能力,母线电压控制能力,并能独立控制线路有功和无功潮流,其阶跃响应时间小于30 ms。从而表明该UPFC控制系统具有良好的稳态控制及动态响应特性,验证了控制系统功能和性能的有效性。

SSSC提高系统阻尼特性的控制策略优化设计

分析了含静止同步串联补偿器(static synchronous series compensator,SSSC)电网的次同步振荡数学机理,基于单机无穷大系统推导了考虑SSSC暂态特性的改进系统模型,提出了将调度和本地测量信号作为输入来提高系统阻尼特性的控制策略。利用复转矩分析法的测试原理提出了新型阻尼控制器参数的设计方案,通过合理设计参数可提高系统阻尼及系统稳定性。分析系统的控制目标函数和约束条件,提出了结合遗传算法的参数优化方案,该方法将阻尼控制器参数的协调优化问题转化为阻尼比的最优定值,结合算法得到了提高系统阻尼的控制参数。PSCAD/EMTDC仿真表明,此时系统阻尼值为正,阻尼控制器增大了系统阻尼比,实验结果证明了控制策略对提高系统稳定性的有效性。

站内源荷集中接入直流母线的极间短路故障线路识别方法

针对站内源荷短线路集中接入直流母线的情况,分析各线路故障下直流电流的特征,基于此提出基于符号秩检验电流的方向和基于欧氏距离检验电流变化程度的方法。以典型场景为例,对不同线路故障下各线路电流进行仿真分析,对所提方法进行验证,结果表明所提方法能够快速准确地识别故障线路。最后,分析了3种直流电流互感器采集数据异常的影响,结果表明互感器数据异常不影响所提方法进行正确判断。

统一潮流控制器大功率在环仿真试验技术研究

结合上海220 k V电网统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)实际工程,首次提出了面向UPFC阀控及保护硬件测试的大功率在环仿真试验系统架构和测试方法,总结了现有常用的信息?功率接口算法,建立了基于理想变压器模型法的UPFC信息?功率接口模型,设计了接口延时补偿算法,为UPFC装置阀控及保护系统的测试提供了先进的技术手段。通过模拟装置启动、运行控制等各种复杂运行工况,对UPFC真实阀控系统进行功能及性能测试,试验结果验证了该方法的有效性。

基于可关断器件电力电子装置纳秒级开关暂态实时仿真技术研究

为实现全面的装置特性分析和物理测试,介绍了基于可关断器件电力电子装置多动态混合实时仿真方法和仿真平台实现方案。在ns级仿真模块中建立绝缘栅双极晶体管(IGBT)受控源模型,针对基于开关特性曲线嵌入法求解IGBT开关暂态过程进行仿真试验验证。试验内容涵盖半桥型、全桥型模块化多电平换流器(MMC)子模块全部工作状态,试验结果验证了基于开关特性曲线嵌入法的ns级开关暂态实时仿真方法的正确性和完整性。该仿真方法反映了IGBT开通关断细节的小步长仿真,可用于装置物理特性分析、控制系统闭环测试、器件级保护策略验证等方面的研究。

统一电能质量控制器的故障响应特性研究

研究了10 kV/1 MVA统一电能质量控制器的故障响应特性,提出附加旁路晶闸管,通过其续流作用,可有效降低换流阀IGBT的过流值和直流电容的过压值。仿真结果与理论分析均验证了该方法的可行性。

基于模块化多电平的统一潮流控制器换流器和直流侧故障特征分析及保护配置

统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller, UPFC)是为实现对交流线路的实时控制和动态补偿而提出的串并联混合型灵活交流输电系统装置,其换流器和直流侧的故障特征复杂,对保护要求高。首先介绍基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的UPFC基本结构与工作原理,其次分析了换流器和直流侧几种典型故障的故障特征。在此基础上,给出了换流器和直流侧保护配置方案。针对换流器桥臂单相接地故障和直流侧单极接地故障情况下保护可靠性低的问题,提出了改进的保护配置方案。最后结合RTDS仿真实验,验证了所给出的UPFC保护配置方案的有效性。

MMC-UPFC本体保护系统研究

统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)作为高度可控的柔性交流输电系统(flexible AC transmission system,FACTS)装置,保护系统是其实现动态性能的保障,是安全、可靠、高效运行的基础。统一潮流控制器装置能否在电力系统中充分发挥其调节潮流、增强稳定性、提高电网传输能力等方面的作用,保护系统极为关键。综述基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的统一潮流控制器本体结构、本体保护配置、控制保护系统设计、本体保护对系统的影响4个方面的研究,分析国内外研究现状,评述各种保护方案的优缺点,指出研究的重点、难点,并对相关技术的发展趋势与仍需解决的关键性问题做出展望。