中国变电站二次系统技术发展趋势分析

变电站二次系统担负着对电网及其设备的保护、控制、测量、监视任务,实现运行、告警、监视等数据和信息的实时采集与上送,对保障电力系统安全稳定运行至关重要。总结了我国变电站二次系统几个主要发展阶段的技术特征和近年来智能变电站二次系统的建设经验,分析了二次系统现阶段存在的不足。通过剖析推动二次系统技术进步的因素,对二次系统技术发展趋势进行了研判,从整体架构、监控水平、业务可靠性、安全防护能力等方面提出新的发展思路。在整体架构方面,重点阐述了全站在数据高效可靠采集、设备功能优化整合、通信网络部署实施、变电站系统配置描述文件(substation configuration description,SCD)应用水平提升等优化方案;在提升监控能力方面,从满足设备监控和方便运维的角度,阐明了监控系统的通用平台和开放应用功能相结合的架构,以及提升远方集中监控能力和监控运维能力的支撑手段;在提升业务运行可靠性方面,提出了提升保护系统全环节可靠性、提升宽频测量能力、提升预警能力和高并发数据处理能力等措施;在加强安全防护方面,在已经建立的变电站边界防护体系基础上,提出加强设备内生安全的方案,在保障变电站信息安全的基础上,实现多种新型传感信息的无线安全接入。国家电网公司将对上述技术方案开展应用实践,并在建设应用中不断总结提升。

新能源经柔直送出场景下功角变化导致比相式距离保护不正确动作机制分析

新能源电源经柔性直流输电线路接入交流系统已经成为电力系统中的典型场景。以基于模块化多电平换流器的柔性直流(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC)受端交流线路配置的正序电压为极化电压的比相式距离保护为研究对象,结合受端换流器的控制策略,分析了新能源经柔性高压直送出系统中柔直受端交流线路发生短路故障场景下该保护的适应性:在发生相间金属性短路故障情况下,距离保护存在区内短路拒动以及反向区外短路误动的风险。为探究保护不正确动作机制,首先在电压平面上分析了参量变化对距离保护动作行为的影响,揭示了距离保护内在的系统功角与短路容量约束,推导了距离保护正确动作的功角边界。通过将柔直侧系统进行合理等值,受端交流线路发生相间金属性短路故障后,受端换流器控制策略使得系统等值功角增大,距离保护特性位于动作边界,存在拒动/误动风险。利用RTDS建立了风电经柔直送出系统的仿真模型,分析了受端交流线路故障后系统的等值功角特征,验证了距离保护的不正确动作特性。

继电保护设备元器件温度仿真分析与寿命评估

针对继电保护设备热设计阶段定量分析手段不足的问题,开展设备高热损元器件温度仿真分析及寿命评估。首先分析了继电保护设备的结构特征及散热机理,提出了继电保护设备机箱及板卡热仿真精细化建模方法,并基于Icepak软件建立了典型继电保护设备有限元仿真模型。然后通过改变继电保护设备有限元模型的仿真参数,仿真计算了不同环境温度、不同散热措施下各板卡高热损元器件工作温度,定量分析了高热损元器件温度变化情况。在此基础上,提出了基于继电保护设备温度分布特性及阿伦尼乌斯方程的高热损元器件寿命评估方法,揭示了设备运行环境温度对元器件寿命及可靠性的影响规律。得到的元器件温度特性及寿命分析结果,可为继电保护设备开展热设计及优化提供数据与理论依据。

中国与东盟农产品贸易关系研究

随着2010年中国与东盟自贸区建立,以及“一带一路”的提出,中国与东盟各国的农产品贸易发展愈加迅速,并且与东盟各个成员国的贸易伙伴关系越发成熟。基于UN Comtrade的数据,利用RCA指数与TCI指数对中国与东盟农产品的竞合关系进行分析,得出东盟国家的农产品竞争性比中国要高,中国与东盟农产品贸易的互补性指数又比较低的结论。这说明双方的农产品贸易有着较大的发展潜力。在此基础上提出了提高中国农产品竞争力、改善贸易基础设施、加大对东盟农产品进口等对策。

适应变电站二次系统全面优化的继电保护系统级测试关键技术

变电站二次系统优化完成了从技术架构到功能设计的全面提升,继电保护作为二次系统核心业务,确保其可靠运行是电网安全稳定运行的关键基础。为了充分考核验证新一代继电保护系统的可靠性,该文首先从自主可控、功能优化、运行监控以及安全防护方面分析了变电站二次系统全面优化提升下的继电保护技术革新点以及由此带来的运行风险。然后在梳理继电保护业务功能交互数据流的基础上,针对继电保护系统级测试关键技术进行了探讨,提出了继电保护在复杂工况下动作性能、功能交互、配置管控、虚回路可靠性等方面的测试方法。最后建立了继电保护系统级测试平台,完成了对继电保护动作性能和功能实现关键环节的全面考核验证,对于消除设备缺陷和运行隐患、推动优化总体方案的实用进程具有重要意义。

一种适用于介质阻挡放电型准分子灯的双极性脉冲式供电电源

如何为介质阻挡放电(DBD)负载构建结构简单的高性能供电电源一直是DBD应用领域面临的难题。通过利用DBD负载呈容性这一特性,结合DBD负载对激励波形特殊需求的基础上,本文提出了一种适用于DBD负载的双极性脉冲式供电电源。该供电电源仅由一个直流电源、两个功率开关器件、两个二极管和一个升压变压器构成。为了在DBD负载上生成同时具有高上升率、下降率和间歇时间的高频高压双极性脉冲激励,本文设计了该供电电源的工作时序,并进行理论分析和以准分子灯为负载的实验装置来验证供电电源的可行性。实验结果表明,本文构造的供电电源不仅能在准分子灯上生成期望的脉冲激励,而且实现了所有功率开关器件工作在软开关状态。此外,本文构造的供电电源除了具有元器件少的优点,而且能实现准分子灯放电光强线性调节和充分发挥准分子灯性能的特征。

基于电流突变采样值轨迹特征的快速母线保护

新能源电源提供的短路电流幅值受限,故障特征弱化,影响母线故障的快速准确识别。该文利用三相电流同一采样值突变量快速提取电流突变特征,将母线各支路电流进行分组,分别构造了两种启动元件,根据启动元件的动作时序,快速识别母线区内、外部故障和区外转区内故障。建立了母线多支路分组电流突变量采样值的分析平面,经过极性转换与采样值积分,直观反映母线区内外故障时电流突变采样值的运动轨迹,在此基础上,建立了识别母线区内外故障的保护动作区。利用实时数字仿真平台(real time digital system,RTDS)建立仿真系统,仿真结果表明,母线故障时,启动元件动作时间小于1ms,利用电流突变采样值轨迹可以快速识别区内外故障及转换性故障。

基于知识流动分析的汽车企业海外创新策略研究——以宝马全球研发中心为例

为解决如何在技术变革过程中重塑新型海外研发策略、实现创新发展可持续性问题,试图在跨国企业创新理论基础上引入知识流动分析方法及技术异质性维度,探讨跨国企业高效获取知识与实现持续创新的模式。以德国宝马公司从1980到2020年的创新国际化进程为例,基于知识流动视角,通过专利申请与专利引文数据、采用定性与定量相结合的方法,从一般技术、新能源技术以及数字技术3个领域分析其总公司、海外研发中心与东道国供应商之间的知识流动和创新国际化模式差异。结果发现:宝马在一般技术领域,德国总部持有核心技术知识,知识流动呈现“总部—海外研发机构—总部”循环;在新能源技术领域,采用创新联盟模式,知识流动限于联盟成员之间;在数字技术领域,集团内部的知识流动并不活跃,更多在海外技术高地通过企业风险投资(CVC)布局相关创新研发,呈现由东道国向其子公司的反向知识流动。对于中国汽车企业创新实践而言,一方面企业可借鉴宝马在新能源与数字技术领域多类型的创新国际化合作模式,另一方面政府部门应加强相应的创新生态建设。

基于断线识别的同塔双回线零序纵联保护防误动方案

为了解决同塔双回线一回断线时健全线零序方向纵联保护误动的问题,提出了基于断线识别的零序纵联保护防误动策略。首先分析了同塔双回线一回断线期间健全线路零序纵联保护的误动机理,进一步提出了同塔双回线断线识别判据,利用健全线路故障前负荷电流和故障后零序电流的幅值及相位特征,区分邻线断线故障和本线接地故障。基于此,构造了零序纵联保护防误动逻辑,当邻线发生断线故障后,会自动闭锁本线两端零序电压补偿策略,从而能够有效防止零序纵联保护误动。最后通过数字仿真验证了所提出方法的有效性和可行性。

LCC-MMC型混合直流送端交流系统故障时直流电流的暂态过程解析

电网换相换流器和模块化多电平换流器(LCC-MMC)型混合直流输电解决了传统直流受端的换相失败问题,目前葛洲坝—上海直流系统正在进行受端柔性直流化改造的方案论证,而焦点在于送端交流系统故障引起直流电流快速下降的故障穿越问题。为此,首先根据送端交流系统故障时的系统等值电路得到其拉氏运算电路,基于回路电流法通过拉氏反变换求得直流电流的暂态过程,并分析了暂态电流的衰减分量及振荡分量。在PSCAD/EMTDC仿真平台上建立了葛洲坝—上海直流的电磁暂态仿真模型,仿真结果验证了分析的正确性。进一步地,忽略暂态电流的振荡分量,得到了直流电流及其过零时间的近似解析表达式。最后,利用解析表达式分析了交流电压跌落程度、平波电抗器和控制策略对直流电流过零时间的影响。所提方法可为LCC-MMC型混合直流输电的送端交流系统保护定值整定及平波电抗器参数的选取提供依据。

高压并联电抗器匝间保护防饱和误动方法研究

高压并联电抗器(high voltage shunt reactor,HVSR)易于在端电压突增的情况下饱和,电气特征上高抗饱和与匝间短路之间较为模糊,传统的基于零序电气量的匝间保护存在误动风险。提出一种新型高抗饱和防误动方法,针对高抗饱和误动问题,构建了基于谐波分量及直流分量的闭锁判据,防止匝间保护在高抗饱和时误动作;同时,为避免所提出的闭锁判据导致匝间保护灵敏度下降,利用高抗在故障及饱和条件下的阻抗特性差异,构建了基于绕组计算电感波动的开放判据,实现了对高抗饱和匝间短路的准确识别,且在高抗匝间短路故障与饱和同时发生时也能可靠开放保护动作。RTDS仿真结果验证了该方法的有效性。

受端混联型LCC-MMC直流输电系统的自适应电压协调控制方法

受端混联型LCC-MMC直流输电系统是一种在整流侧采用电网换相换流器(line commutated converter,LCC),逆变侧采用高压阀组LCC和低压阀组模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)相串联的混合直流输电系统。当送端交流网侧电压跌落时,整流侧LCC直流电压减小,将会影响整个系统功率的传输。为此,分析了送端交流侧电压不同跌落程度对受端混联型直流输电系统运行特性的影响。在逆变侧MMC电压控制及LCC低压限流的基础上,优化了混联直流输电系统的电压协调控制逻辑,实现低压阀组MMC在正常运行状态与降压运行状态之间进行自适应切换。通过在PSCAD/EMTDC中建立受端混联型直流输电系统模型并进行仿真,结果表明,所提出的自适应电压协调控制方法能够提高受端混联型直流输电系统在送电端低电压状态时的传输功率。

空间光学遥感器真空热试验工装模块化设计

针对空间光学遥感器在空间环境地面模拟试验中舱板温度分布不均的问题,运用模块化思想对某型号空间光学遥感器工装的舱板结构开展了优化设计。将舱板按照温度分布进行分块,提出模块化拼装和模块化热控2种设计方案,模块化拼装是对舱板及其表面加热片进行独立分块划分,模块化热控则是将舱板视为整体,仅对其表面的加热片进行分块设计。结果表明:模块化热控的舱板平均温度偏差为0. 205 K,低于未模块化设计的0. 87 K和模块化拼装的0. 30 K,提高了舱板的温度均匀性。同时,模块化拼装改善了舱板温度分布,使得符合热控要求的测点比例由34. 8%提高到96. 7%,但独立划分的模块之间仍存在一定温差;模块化热控则消除了模块间的温差,将符合热控要求的测点比例进一步提高到100%,完全满足热控要求。

利用差动电流及支路序电流特征的母线CT断线识别及保护闭锁策略研究

现有3/2接线母线的电流互感器(current transformer,CT)断线闭锁策略由于无法引入母线电压信息,某些场景下难以可靠区分CT断线与母线短路故障,存在将母线经高阻短路故障误判为CT断线、重负荷支路CT断线母线差动保护误动的问题。为此,不改变现有母线差动保护动作特性的基础上,文章充分利用母线差动电流及支路序电流的幅值和相位特征,提出一套高适应性的CT断线闭锁策略,避免因CT断线闭锁策略不当导致的母线保护不正确动作的问题。首先推导母线CT断线与母线短路故障时母线差动电流和支路序电流的特征,利用其在相位和幅值上的差异构造一套全新的CT断线识别判据,可实现无需电压信息的CT断线可靠识别,避免单一变量构成的过量保护整定困难的问题。此外,优化CT断线与母线保护间的动作逻辑,短路故障情况下,通过附加短路故障识别判据可实现短路故障后的母线保护快速开放。利用数字仿真系统(real time digital simulation system,RTDS)建立典型3/2接线的母线模型,大量仿真实验验证了CT断线识别判据及母线保护闭锁逻辑的可靠性。

混合多端直流输电系统线路保护方案研究

混合多端直流输电具有较好的工程应用前景,目前对于混合多端直流线路保护的研究主要集中在原理与算法方面,缺乏对保护配置方案进行系统的研究。该文在PSCAD上搭建了混合多端直流输电典型拓扑结构仿真模型,分析了混合多端直流输电线路保护技术难点,研究了混合多端直流线路故障特征,在此基础上提出了直流线路保护的配置方案及直流断路器重合闸策略,具有一定的工程应用价值。

基于差分积聚量的柔性直流线路单端高速保护

柔性直流输电系统的快速推广迫切需求提出高性能的柔直线路保护原理。该文推导了柔性直流线路在不同性质故障下电气量的暂态特征,根据直流线路边界特征限制电气量突变陡度的特点,提出利用采样值差分积聚量提取线路故障波动特征;从防止正向超越、提升高阻故障识别和故障选极能力及防止雷击干扰造成保护误动等方面入手,构造高灵敏性、高可靠性的柔性直流线路电压电流复合量单端高速保护原理。大量仿真分析表明,该文方法运算量小,可灵敏、快速识别区内故障,在各种区外故障及扰动下可靠不误动,动作性能优异。

高压直流输电线路故障初始阶段解析方法研究

本文对高压直流输电线路故障初始阶段的暂态特性及故障机理展开研究。首先建立了适用于直流故障初始阶段暂态分析的LCC换流器、直流滤波设备及直流线路的等值模型。在此基础上,提出了直流线路故障电气量中首行波暂态量的时域解析方法,对故障点入射波的产生、行波在线路上的传递过程以及保护安装处首行波的传播过程进行了解析。在分析故障初始阶段电气量的稳态分量和暂态分量组成基础上,通过算例仿真验证了所提故障解析方法的有效性,分析了不同影响因素下所提解析方法的精度和时效性。根据所提解析方法,对故障初始阶段的暂态电流时域特性进行了系统性分析,分析了不同情况下故障暂态电流的波动、方向及突变特性。

GIS变电站开关操作瞬态电磁骚扰研究进展

随着智能变电站的发展,GIS开关操作瞬态电磁骚扰问题更加突出,需要引起重视。该文介绍了国内外在GIS开关操作瞬态电磁骚扰试验、仿真和防护3个方面的研究进展,分析存在的问题,并给出解决思路。试验研究方面:建议采用光学效应传感器测量以解决D-DOT和B-DOT传感器低频带宽的不足;研制GIS隔离开关操作骚扰试验平台,可开展就地化保护装置端口的电磁骚扰测量。仿真研究方面:建议完善GIS套管模型以计及辐射损耗和对波形的调制作用;建议发展基于全波模型的地电位差传导骚扰和空间电磁场仿真。防护研究方面:推荐了互感器二次中性点和二次电缆屏蔽层的接地方式;建议在制定就地化保护装置电磁兼容抗扰度标准之前,可以基于GIS隔离开关操作骚扰试验平台开展抗扰度试验。

基于随机截尾数据及极大似然估计的继电保护可靠性分布

保护装置缺陷严重影响装置运行可靠性。装置缺陷分布是评估装置可靠性的重要依据。受制于装置运行时间长,缺陷发生率低,无法获取完整的缺陷数据,缺陷数据存在随机截尾特征。采用极大似然估计法,基于两参数的威布尔分布模型,实现对继电保护装置缺陷分布的参数估计。基于保护装置的电源模块、CPU模块、交流采样模块及液晶显示模块存在独立分布的假设,建立装置整体缺陷分布的联合分布模型,实现对装置各模块及整体缺陷概率分布模型的参数估计。所提出的方法能够有效指导装置缺陷分布分析,并指导装置检修。

基于双树复小波变换的混合直流输电线路行波保护方法

首先分析了混合直流输电线路故障特征,并以葛南工程为例,搭建了混合直流输电系统电磁暂态仿真模型。理论与仿真分析表明,直流电压共模量和差模量之间相互解耦,且故障前后特征差异显著,该参数可用于混合直流输电线路保护。其次,研究了双树复小波变换在混合直流输电线路保护中的应用,仿真计算表明,利用直流电压差模量二层分解量可作为区分混合直流线路区内外故障的依据。同时,根据直流电压共模量三次方积分值的极性,可以实现故障线路选极。基于以上分析,提出了基于双树复小波变换的混合直流输电线路行波保护方法,该方法能够快速可靠地识别出线路区内外故障,并对高阻接地故障有较高的灵敏度,该方法通过了仿真验证。