Research on Total Electric Field for DC Lines Converted from Double-Circuit AC Lines

With rapid growth of power demand, transmission capacity is also in urgent need of upgrading. In some cases, converting existing AC transmission lines to DC lines can Improve the transmission capacity and reduce the construction investment. In this paper, the upstream finite element method was expanded to calculate the total electric field of same tower multi-circuit DC lines converted from double-circuit AC lines, and the validity of the algorithm was confirmed by experiments. Taking a DC line converted from a typical same tower 500 kV double-circuit AC transmission line as an example, the surface electric field and the ground total electric field in different pole conductor arrangement schemes were calculated and analyzed, and the critical height of pole conductors for DC lines in residential and non-residential area were determined. Then, the corridor width of DC and AC lines at critical height in residential and non-residential areas before and after AC-DC line transformation were compared. The results indicate that for DC lines converted from common 500 kV double-circuit AC lines, the ground total electric field can meet the requirements of corresponding standard with appropriate pole conductor arrangement schemes.

基于矩阵变换器的AC/DC变换器

对传统的三相/三相矩阵变换器进行变换,得到一种新型的AC/DC变换器拓扑,并对该电路的工作原理进行了分析,通过在变换器的高频部分加入变压器,既实现了输入和输出的电气隔离,又减小了系统的重量和体积。本文对所采用的基于输入电压的双线电压调制策略机理进行了详细的分析,推导了在该调制策略下的输入电流和输出电压的表达式,说明采用该调制策略能实现三相交流输入侧电流正弦和单位功率因数,输出电压与调制指数之间存在线性的关系。采用MOTOROLA的16位微处理器和CPLD协调控制制作了一台样机,验证了理论和控制方法的正确性和可行性。

新型单级功率因数校正AC/DC变换器

提出一种新型带抽头电感的单级功率因数校正AC/DC变换器。该变换器与采用两个电感的单级功率因数校正变换器同样可实现电流连续导通模式(CCM),若合理利用抽头电感的漏感有进一步减少器件的可能。对所设计的电路进行工作原理分析,并对电路进行了仿真和实验研究。实验结果证明,输入电压在宽范围内(100～240V),均满足高次谐波IEC6100032ClassD国际标准,最高效率可达到87%。

AC/DC电源线自动绕扎系统的设计与实现

针对原AC/DC电源线绕扎设备存在的问题,设计了一个AC/DC电源线自动绕扎系统。介绍系统的工艺流程与结构组成,给出系统的硬件电路设计和软件程序流程。该系统在实际生产环节中可代替4~5人的人工操作岗位,使AC/DC电源线的生产效率提高5~7倍。

新型高功率因数三相AC-DC变换器的研究

提出一种新型高功率因数三相AC -DC变换器 ,由一个同步变压器 (LIT)、两个三相二极管整流器、一个脉冲宽度调制 (PWM)DC -DC变换器组成 ,输入变换器的交流电流频率固定且不连续 ,排除了三次、五次、七次谐波 .通过LIT和平衡电抗器的电流是高频的 ,变压器可用小铁芯 .分析了其电路拓扑结构、工作原理 ,并给出实验结果 .

集成功率解耦电路的PFC AC/DC变换器

电动汽车车载充电器前级PFC AC/DC变换器多采用大容量电解电容抑制直流母线输出电压纹波的方式,电解电容寿命短、易受温度影响等自身因素会降低充电机整体的使用周期和可靠性,甚至产生炸机故障。为此,提出采用PFC AC/DC变换器输出侧并联功率解耦电路的方式,大幅减小直流母线处并联的滤波电容容量,为使用性能优良的薄膜电容予以替代电解电容提供可能,旨在使PFC AC/DC变换器在减小直流母线输出电压纹波的同时实现充电机的安全可靠运行。为此,基于功率解耦电路工作状态的详细分析,建立功率解耦电路的数学模型,设计改进型比例谐振(Proportional Resonant,PR)控制器实施控制;此外,为了提升系统的控制性能及鲁棒性,对于PFC AC/DC变换器实施无模型非线性功率控制。在上述研究工作的基础上,制作700 W的实验样机,基于dSPACE 1007平台搭建实验样机测试系统,验证集成功率解耦电路的PFC AC/DC变换器一体化解决方案的可行性与有效性。

基于行波电流极性差异的交直流混联系统纵联方向保护方法

交直流混联系统中逆变站的换相失败使交流线路发生频率偏移,导致工频量纵联方向保护的可靠性受到影响。提出了一种基于行波电流极性差异的交直流混联系统纵联方向保护方法,利用线路区内、外故障时,传播到两端保护的电流故障初始行波波头之间极性差异构成纵联保护。该方法仅利用电流初始行波极性差异进行方向判别,消除了电容式电压互感器无法准确传输宽频带电压信息导致保护的低可靠性问题,且利用高频电流进行计算,避免了交直流混联系统频率偏移的影响。仿真结果显示,基于行波电流极性差异的纵联方向保护方法能够准确、快速地识别单相故障和多相故障,适用于交直流混联系统。

CCC-HVDC系统的故障恢复特性

随着大容量、远距离输电的应用日益广泛,应用传统换流器的直流输电系统有明显的缺陷,而电容换相换流器(CCC)由于其特有的换相特性,成为研究的热点。如果要应用于实际工程,必须首先对它的暂态特性有详细的了解。为了研究CCC-HVDC系统的故障恢复特性,首先利用PSCAD/EMTDC对CCC-HVDC系统和普通换流器系统分别建模,研究二者在各种暂态故障下的动态特性,记录了两个系统在各种故障下,整流侧和逆变侧的电压和电流。仿真结果表明CCC-HVDC系统和普通换流器系统在不同的故障情况下,表现出的暂态特性有明显差异。通过比较发现,在三相交流故障,直流线路故障和阀短路故障中,CCC的故障恢复特性都比普通换流器好,CCC提高了抵抗换相失败的能力,降低了甩负荷过电压,CCC在整流装置中的阀短路过电流比普通换流器的小。在CCC中通过使用可控串联电容可减小铁磁谐振。但在不对称故障中,CCC系统的恢复特性没有传统换流器系统好。

基于云边协同的交直流混联电网线路过负荷协调控制方法

针对交直流混联电网线路过负荷影响因素较多导致线路运行特征难捕捉、难以实现精准控制的问题,提出基于云边协同的过负荷协调控制方法。建立过负荷状态数学模型,采用解耦算法求解不同程度过负荷情况下电力参数增量值并进行特征提取,将其作为云边协同算法的云计算参照值,获得同时符合功率最佳、能耗最小以及避免切负荷要求的协调控制参数,实现协调控制。实验结果表明:云边协同方法在盲区约束下可以准确检测盲区以外的所有节点,未出现漏检现象;光伏、风电出力的节点功率变化明显高于正常节点,节点过负荷控制效果较好。

特高压交直流输电线路带电作业安全防护及碳减排效应分析

特高压(ultra high voltage,UHV)交流与直流线路同廊道运行时带电作业区域电压高、场强大,交直流混合电场比单一电场更为复杂。为确保作业人员安全,结合实际±1100 kV直流和1000 kV交流线路,建立了包含输电导线、杆塔及带电作业人员的三维计算模型,通过分析开展带电作业时人员的体表混合场强、电位转移电流及暂态能量,对作业人员安全防护进行研究。结果表明:随着作业人员不断接近直流线路,体表场强受交流线路影响越明显,最高可使作业人员体表场强增大约9%,达到1920 kV/m;交流线路的存在将导致电位转移电流增长约7%,但对暂态能量影响较小。通过对特高压线路不停电检修所减少的碳排放量进行进一步计算,验证了特高压带电作业对减少碳排放具有促进作用。

混合直流系统中直流侧故障暂态电流的解析表达与故障特性的研究

由基于线性换流器高压直流输电系统(LCC-HVDC)和基于电压源换流器高压直流输电系统(VSC-HVDC)共同构成的混合直流输电系统,其故障特性与传统直流输电系统不同。针对此问题,对混合直流输电系统中直流侧故障暂态电流特性进行了研究。首先建立了送端电网采用LCC型换流站、受端电网采用VSC型换流站的两端混合直流输电系统,利用拉普拉斯变换定理推导了直流侧故障时的等效电路,解析了LCC侧和VSC侧直流故障电流简易表达式。其次,在简易表达式的基础上,充分考虑送端LCC侧换流站的触发角动态变化过程和受端VSC侧换流站交流电流的馈入,进一步解析了两侧精确的故障电流表达式。然后,从故障电流幅值、谐波等方面对比分析了三种高压直流系统中直流侧故障电流的变化特征。最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提故障电流解析表达式的正确性。

白浙线长江大跨越±800 kV/500 kV交直流混压段张力架线施工优化

通过对特高压白浙线工程±800 kV/500 kV交直流混压同塔架设池州长江大跨越段的导地线张力架设施工方案进行分析,结合该方案在实际施工中的表现,探讨提升大跨越段封航架线施工效率的主要方式和手段。这是国内首次采用±800 kV单回直流及下挂500 kV双回交流混压设计的特高压大跨越工程,跨越档距2 354 m,档内导地线总计38根,建造规模非比寻常,常规架线方法无法满足施工需要。经过方案对比研究,结合工程实际,分别针对±800 kV直流及500 kV交流采用2ד2牵3”及4ד1牵1”总体放线施工工艺,通过对放线滑车设置、牵张设备选型及场地布置、牵引绳索及船只配置等方面进行改进优化,有效减少了封航次数,缩短了施工工期,满足工程要求。经工程实践验证,采用该方案可在保障工程质量的基础上按工期要求完成全部施工任务。此技术对大跨越段架线的总体施工效率提升有重要意义。

基于虚拟能量调节偏差的MMC-HVDC输电线路保护方案

柔性直流输电对继电保护的速动性及可靠性提出了更高的要求。为实现直流故障的快速可靠识别,文中分析了模块化多电平换流器(MMC)的控制参数在系统发生故障时的响应特性,并提出了一种MMC型高压直流输电线路保护新方案。根据MMC控制参数定义了虚拟能量调节偏差,利用虚拟能量调节偏差对系统故障时的响应特性识别直流线路故障,并结合虚拟能量调节偏差的比值进行故障类型的判别。该保护方案融合了交直流侧的故障信息,提高了保护的可靠性,保护判据利用了换流器控制参数信息,无须测量线路的电气量。仿真结果表明,所提保护方案可以快速准确动作且具有较强的耐过渡电阻能力。

逆变站交流出线保护近区故障方向判别方法

逆变站作为交直流混合电网的核心枢纽,其故障特性相较于传统同步机更加复杂。逆变站交流出线发生故障时,受逆变站故障特性影响,传统基于工频量的保护无法正确动作。通过分析逆变站交流出线两端系统故障特性差异,基于R-L模型时域微分方程算法,提出了一种新型方向元件。当逆变站交流出线发生短路故障时,直流系统侧提供的故障电流和受端交流系统提供的故障电流特性差异极大,通过计算测量电压降落和计算电压降落变化趋势的相关系数,所提方向元件可正确判断故障方向。分析表明,所提出的方向元件适用于逆变站交流出线线路保护,且在逆变站仅有一条出线的情况下仍能正确动作。仿真结果表明,该方向元件具有良好的保护性能,不受雷击、故障类型、逆变站换相失败等因素的影响。

基于并联电抗器引发拍频效应的特高压交直流碰线保护改进方案研究

特高压交直流混联电网的迅速发展增加了交流线路与直流线路发生碰线故障的风险,现有交直流碰线保护存在无法区分瞬时性和永久性故障、直流系统无法自适应重启、交流系统重合于永久性故障时造成直流线路过电压等不足。据此通过优化直流系统的交直流碰线保护出口逻辑,利用交流系统两端装设并联电抗器的特点,提出了基于并联电抗器引发拍频效应的交直流碰线保护改进方案,并结合直流重启时交流系统的冲击电压特征,实现了故障类型的识别,直流系统的自适应重启以及交流系统的自适应重合闸,避免了交流系统重合于永久性故障时直流线路的过电压风险。在PSCAD/EMTDC平台中搭建了交直流碰线故障的仿真模型并进行了大量仿真实验,仿真结果验证了所提交直流碰线保护改进方案的可行性。

基于模型识别的交直流混联输电系统时域双端量选相方法

针对传统单端量选相元件在交直流混联系统受端交流长线路不适用的问题,文中提出基于模型识别的时域双端量选相方法。首先,利用模型识别的思想,研究故障期间受端带并联电抗器的交流长线路非故障相和故障相的时域模型,经分析可知,非故障相的差动电流和差动电压满足电容模型而故障相不满足。其次,通过Spearman等级相关系数计算各相的电容模型符合度,与门槛值对比进行故障选相。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建交直流混联系统模型,从故障类型、故障位置、过渡电阻、采样频率以及噪声干扰等方面对所提故障选相方法进行仿真验证。结果表明,该故障选相方法在受端交流线路各位置故障期间均能快速准确地选出故障相,不依赖直流侧电源特性、不受并联电抗器的影响,并具有较好的抗过渡电阻和抗干扰性能。

基于网络能量的交直流混联电力系统暂态稳定评估

利用网络变量运行轨迹分析交直流混联电力系统的暂态稳定性,能够更加直观地展现分析结果,为暂态稳定的局部控制提供理论基础。首先,基于网络结构构建了适用于混联系统的暂态能量函数,依据直流线路有功功率的分布规律构造了直流线路势能函数;其次,构建了针对直流线路势能的稳定性判别指标,定量分析了混联系统的受扰程度和割集位置;最后,仿真计算改进后的新英格兰10机39节点系统,结果表明直流线路位置不同,其势能的稳定性不同,并且直流线路的接入不改变系统的割集分布,所提指标能够有效量化评估交直流混联电力系统的暂态稳定性。

特高压直流线路与接地极线路共塔设计探讨

对特高压直流线路与接地极线路共塔设计进行研究,分析共塔架设背景条件、铁塔导线布置、层间距计算、塔高控制条件、共塔设计优缺点及共塔架设适用范围。结果表明,通过合理的导线布置、层间距控制及适当加高铁塔,特高压直流线路与接地极线路共塔架设可节省土地资源,有效改善经济发展与生态环境等之间矛盾。

一种交直流混合配电网薄弱线路识别方法设计

传统方法单纯以运行状态失效概率为基础,作为供电网络薄弱线路识别的方法,在应用到交直流混合配电网时,面临运行状态特征概率波动,识别过程存在明显误差。提出一种交直流混合配电网薄弱线路识别方法。分别从运行状态与拓扑结构两个方面出发,兼顾交直流混合配电网线路运行状态与固有拓扑结构发生改变后,对于电网造成的影响,搭建交直流混合配电网的线路薄弱性评估指标体系,实施薄弱线路辨识。实验选择一个直流电压等级为±10 k、交流电压等级为10 kV的交直流混合配电网,利用大功率数字化恒流源与电路老化监测器,测试试验交直流混合配电网薄弱线路的老化程度,在不同接线模式下实施试验配电网薄弱线路的可靠性测试。实验结果表明:在单辐射接线模式下,薄弱线路4的可靠性最低。在手拉手接线模式下,薄弱线路10可靠性最低。在三供一备接线模式下,薄弱线路9的可靠性最低。该识别方法可以有效识别交直流混合配电网在各种接线模式下,薄弱线路的老化程度。