送端交流系统故障引发逆变侧换相失败机理分析及抑制策略

针对送端交流系统故障恢复期间引发逆变侧换相失败的问题,首先,基于交直流系统无功功率交互作用机理及关断角表达式深入剖析了逆变侧的运行特性,阐明了不同故障严重程度下直流电流上升速度与幅值变化规律,得出直流电流在轻微故障下过大的幅值及严重故障下过快的上升速度是导致换相失败的主要原因。其次,定量计算了不同故障严重程度下的整流器无功消耗量指令值,建立了整流器无功消耗量与直流电流、直流电压的数学关系,据此提出一种基于整流器无功功率控制的换相失败抑制策略。最后,基于PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了理论分析的准确性以及所提抑制策略的有效性。

混合三端直流输电系统受端交流故障穿越协调控制策略

以乌东德电站送电广东广西特高压多端柔性直流示范工程为研究对象,考虑混合三端柔性直流输电系统因受端不同位置交流故障所致的直流过电压,提出相应的故障穿越协调控制策略。在受端主站发生网侧交流瞬时故障的情形下,通过设计混合型模块化多电平电压源换流器全桥子模块自适应负投入策略,实现了利用子模块电容短时过电压储能的能力来快速补偿站间直流电压的上升;短暂时延后,送端电网换相换流器通过定量调整电流指令值策略来减小子模块的不平衡充电功率。在受端主站发生阀侧交流故障的情形下,优先利用输电健全极的功率转代裕度来消纳故障极的部分不平衡功率;同时,故障极从站跟随主站半压运行,相应的高低压阀组切换至定电流及定电压模式,最终实现抑制站间过电流及减小盈余功率。仿真结果表明,2种故障条件下,所提的协调控制策略均可较快实现故障期间的功率平衡,有效抑制仅配备稳态基本协调控制策略下系统所出现的直流过电压现象,同时也基本维持了送端的总体有功传输容量。

限流器配置与网架结构优化协同的受端电网短路电流抑制策略

如何有效地抑制短路电流水平已成为受端电网规划和运行中不可忽视的问题。文中量化和构建了计及超导故障限流器(SFCL)配置与网架结构优化的短路电流约束。在此基础上,提出了一种SFCL配置与网架结构优化协同的短路电流抑制模型,采用基于McCormick包络的交流潮流线性化框架,并通过循环结构最小化松弛误差。为有效求解上述模型,将主问题分解为若干子问题,设计了基于嵌套Benders分解算法的求解策略。基于改进的IEEE 39节点系统和河南电网规划系统开展仿真分析,验证了所提策略在经济性和短路电流抑制效果方面的有效性和实用性。

LCC-FHMMC混合直流输电系统受端交流系统故障穿越控制策略

送端采用电网换相换流器(LCC)、受端采用全半桥子模块混合型模块化多电平变流器(FHMMC)的LCC-FHMMC混合直流输电系统,当受端交流系统发生故障时,受端交流电压跌落,受端功率传输受阻,盈余的功率导致子模块电容过电压,甚至可能造成设备的严重损坏。为此,提出了一种基于FHMMC直流电压降压运行的受端交流系统故障穿越控制策略,使其直流电压始终低于逆变侧交流母线的电压有效值。同时,整流侧LCC保持常规的定直流电流控制,保证逆变侧的直流电流在额定值附近运行,从而实现了进入直流系统的有功功率与逆变器向受端交流系统输出的有功功率之间的平衡。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台上对LCC-FHMMC混合直流输电系统受端交流系统发生的对称故障和不对称故障分别进行了仿真分析,仿真结果验证了所提控制策略能够快速有效地穿越受端交流系统故障,并抑制子模块电容过电压。

Elman-Adaboost集成人工神经网络高压交流输电线路单相接地初始电压行波模量幅值比单端故障测距

针对现有单端行波故障测距方法对高阻接地故障不灵敏、反射波波头识别不准等问题,提出了一种Elman-Adaboost集成人工神经网络高压交流输电线路单相接地初始电压行波模量幅值比单端故障测距的方法。首先,基于行波衰减原理,通过推导高压交流输电线路故障距离与线路首端初始暂态电压行波线模分量与零模分量幅值比之间的计算公式,发现两者存在与过渡电阻无关的非线性关系;其次,利用Elman-Adaboost集成人工神经网络拟合初始暂态电压行波线模分量与零模分量小波能量比和故障距离之间的关系,构建集成人工神经网络故障定位模型,通过该模型可直接得到高压交流输电线路故障位置。实验结果表明,方法精度不受过渡电阻影响,测距精度较高。

基于机电–电磁混合仿真的交直流混联受端电网连锁故障筛选指标及搜索策略

现有交直流连锁故障筛选指标和仿真手段不能准确反映交直流耦合作用和直流暂态过程,难以得到准确的连锁故障演化路径。因此,该文提出一种基于机电–电磁混合仿真的交直流连锁故障筛选指标及搜索策略。首先,基于PSD-PSModel构建交直流混联受端电网机电–电磁混合仿真模型;其次,考虑交直流耦合作用与直流控制环节,提出多馈入交直流交互作用因子(multi-infeed AC-DC interaction factor,MIADIF)和连续换相失败时间窗口(continuous commutation failure time window,CCFTW)指标,能够精确反映交流故障对多馈入系统关键状态变量暂态过程的影响;然后,基于筛选指标与混合仿真提出一种交直流连锁故障搜索策略,实现交直流连锁故障的快速、准确、全面搜索;最后,依托上海交直流混联受端电网进行仿真验证和分析,验证所提指标和搜索策略的有效性。

受端混联型多端直流输电系统逆变侧交流故障特性分析及协调控制策略

受端混联型多端直流输电系统具有很好的工程应用前景,但受端不同换流站在交流故障时的耦合特性复杂,其控制策略应能适应各站交流故障穿越的需求。首先研究了受端混联系统逆变侧并联模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter, MMC)侧交流故障时的电流不平衡、过压过流机理,以及电网换相换流器(line commutated converter, LCC)侧交流故障时的功率返送机理。然后,基于故障特性提出了一种简单的协调控制策略,即通过在MMC从站配置基于有功不平衡量的电压补偿来实现并联站间电流平衡,通过设计合适的LCC定电流整定控制来解决严重过压问题。最后基于白鹤滩—江苏多端直流输电工程实际参数的电磁暂态仿真结果,验证了对故障机理分析的正确性和所提控制策略的有效性。协调控制策略不仅能有效解决MMC功率和电流不平衡问题、减小过压过流和避免功率返送,还能改善系统恢复性能,提升系统安全稳定性。

特高压交流电网建成后华东电网的安全稳定性分析

为了研究特高压交流输变电工程的建设对华东电网安全稳定性的影响,结合多个与华东落点相关的特高压输变电工程,采用电力系统仿真软件BPA对特高压交流电网发生单一或复杂故障的情况进行计算,分析了特高压交流电网建成后华东电网的安全稳定水平。计算结果表明,当徐州-南京北双回线路发生异名相跨线故障时,电压逐渐滑落同时伴随功角逐步摆大,系统暂态失稳;对所提出的3种安全稳定控制方案进行比较后确定了推荐方案。进一步分析徐州-南京北双回线路N-2故障时失稳情况特殊性的内在机理,是随着华东电网分层分区的进行,在大量受入有功功率或缺乏无功电源支撑的地区可能因线路故障从而引发电压稳定问题。

浙江交直流混联电网特性分析及运行控制

宾金和灵绍2回特高压直流密集馈入后,浙江电网发展为一个典型的大型交直流混联省级受端电网,"强直弱交"电网特性进一步显现,安全稳定运行风险持续增大。深入分析了浙江电网运行特性和面临的挑战,提出了针对性的技术和管理措施,对浙江电网的安全稳定运行具有重要的指导意义。

大型受端电网动态无功配置

特高压、远距离、大容量电网的建设,对受端电网电压稳定提出了更高的要求,传统固定式补偿设备逐步难以适应电网发展。为此,以河南实际电网为例,重点针对交流特高压及其近区500 kV电网,将时域仿真法、V-Q曲线法及灵敏度分析法相结合,综合分析特高压交直流混联大型受端电网的动态无功配置方案,为大型受端电网动态无功配置研究提供了一种实用的方法。

储能提升特高压交直流输电能力与提供跨区备用研究

探索应用储能为弱受端电网提供故障后大功率支撑以提升特高压交直流输电线稳态输送能力,同时兼作送端电网调峰的跨区备用源以增加新能源发电空间,以有效促进新能源跨区外送降低弃风弃光率。基于特高压交直流馈入受端电网的功率缺额与频率变化间的对应关系,提出在电网频率最低点满足要求的前提下,电网受电能力提升程度与储能容量配置间的数学模型;依据送端电网典型日各时段负荷特性建立可释放的新能源发电空间与所需储能备用调峰容量间的数学模型。结合考虑事故功率支撑与跨区调峰备用的容量需求特性及优先级别,探索两种功能联合应用下的容量需求方案和技术经济可行性。以交直流馈入的弱受端河南电网及新能源富集的送端新疆电网为例,验证了该新能源消外送纳能力提升方案的有效性。

多馈入直流功率调制换相失败特性研究

多馈入高压直流输电系统中,直流功率调制可以起到多回输电通道间功率支援和阻尼振荡的作用,但功率调制过程中,幅度与上升时间控制不当会引起逆变站换相失败。给出了引起换相失败的直流功率调制临界指标,理论推导熄弧角、受端交流系统强度、系统的控制方式对该临界指标的影响,并仿真验证上述三个因素对直流功率调制的影响。基于多馈入高压直流输电系统,分析并验证直流功率调制造成的换相失败不会引发多馈入直流间同时换相失败。所作研究及成果为多馈入直流输电系统中直流功率调制和换相失败的研究提供参考。

受端交流电网故障时多端柔性直流系统的功率再分配

对多端柔性直流输电系统中受端交流侧发生故障时的功率再分配进行了研究。通过改变受端非故障侧电压下降控制特性的有功定值,可实现各受端在不过载的情况下的功率再分配。运用PSCAD软件建立了三端柔性直流输电系统模型并进行了仿真,仿真结果表明,提出的控制策略在交流电网故障时可实现功率再分配目标,并能很好地保证系统直流电压的稳定和功率的平衡。

电化学储能电站群在特高压交直流混联受端电网应用技术研究综述

随着交直流特高压电网建设的稳步推进、光伏、风电等可再生能源的快速发展,使得国内调峰、调频、调压压力日益加大,电网灵活性渐显不足。电化学储能作为时间维度的能量调控技术,其规模化应用及其与"厂、网、荷"及其他调节资源的协同优化运行,可有效提升电网应急响应和灵活调节能力,通过对规模化储能调峰、调频、调压、频率稳定和紧急状态恢复关键技术的介绍,并针对高压交直流混联电网中多馈入直流换相失败问题,重点就其应对特高压直流双极闭锁等紧急故障的稳定控制与紧急恢复手段进行了评述,结合示范工程建设与效能评价,为电化学储能在大电网中的推广应用提供技术支撑,使交直流混联受端电网变得更加坚强和智能。

基于改进多馈入有效短路比的受端交直流混联电网STATCOM定容方法

针对传统多馈入有效短路比无法计及STATCOM动态响应过程的缺点,文章基于戴维南动态等值方法提出了一种考虑STATCOM接入影响的改进多馈入有效短路比,该指标通过BPA动态仿真求取系统等值阻抗,能够更准确地描述受端系统的强度。此外根据所提出的改进多馈入有效短路比,文章以提升受端交直流混联电网安全稳定性为目标,从总体性和平衡性两方面量化了STATCOM的无功补偿的效果,并建立了一套完善的STATCOM定容方法。利用实际电网算例证明了所提指标和方法的有效性。

受端分层UHVDC换相失败控制和恢复策略

受端分层的特高压直流输电工程在交流系统单一电压等级发生故障时,不仅会导致本层阀组发生换相失败,而且可能引发另外一层阀组换相失败。在故障恢复过程中,层间交直流系统的相互影响还会引发连续多次换相失败。提出基于实时故障检测判定的换相失败控制和恢复策略,可准确判定故障状态、故障发生的电压层级、故障的持续时间。针对交流系统瞬时性故障,仅在发生严重故障时启动控制策略,并防止恢复过程中提前再启动,减少自动再启动次数。当单层交流系统永久性严重故障时,隔离故障层,转为双极半压运行方式。根据昌吉-古泉特高压直流输电工程搭建PSCAD/EMTDC仿真模型,设置多种故障情况,结果表明所提策略能有效降低连续换相失败次数,加快故障恢复,提高输电可靠性。

调相机失磁特性及其对直流系统的影响分析

对新一代调相机失磁故障的研究有利于充分发挥其在高压直流系统中的无功支撑作用。首先,考虑不同的失磁故障类型,并基于实际录波数据,以单机无穷大系统为例对调相机失磁特征及对直流系统的影响进行了定性分析。然后,在PSCAD/EMTDC中建立了包括调相机及其励磁控制系统在内的锡盟-泰州直流输电系统的电磁暂态仿真模型。以受端调相机为例,从系统不同电压跌落程度和调相机不同失磁类型等方面仿真调相机失磁对系统稳定运行的影响。研究表明,相比于短路失磁,受端调相机开路失磁时造成的后果更严重,且当系统处于临界换相失败状态时,调相机的失磁故障会进一步恶化系统的运行状态。

大容量静止同步补偿器在南方电网的应用

由于南方电网受端系统广东电网负荷重,结构复杂,且交直流混联运行,交流故障导致多回直流同时换相失败是目前南方电网系统安全的重大威胁。针对这种情况,在500 kV东莞站±200 Mvar STATCOM成功投运的基础上,南方电网推广应用STATCOM,以确保电网安全稳定。从背景、关键技术及现场测试等方面介绍了STATCOM装置在南方电网的应用情况。

适用于受端检测的自适应累积量故障检测法

为解决自适应累积量故障检测法在线路受端检测故障失败的问题,提出了一种适用于线路受端检测的自适应累积量故障检测方法。利用实时计算的电流相量作为门槛值,将采样点的瞬时值与门槛值的差值作为第一个输出指数,同时,将采样点之前半个周期计算的电流相量值与门槛值的差值作为第2个输出指数,通过判断连续3个输出指数的大小判断故障是否发生。理论分析和仿真结果表明,该方法应用于故障检测时有效地解决了受端检测故障失败的问题,快速且安全可靠,同时,不受线路负荷、过渡电阻、故障时刻等因素的影响。

柔性直流输电受端交流侧故障下的控制策略

为了柔性直流输电受端交流侧故障下的电网电压尽快恢复,在详细分析了传统电压裕度控制的切换过程后提出了一种改进的电压裕度控制策略,通过在跌落瞬间的积分清零及给定值调整,缩短了切换的动态过程,减小了直流电压的冲击。同时设计了故障期间的有功和无功协调控制,根据电网跌落深度发出相应的无功电流,剩余的电流容量用于维持故障前的有功水平。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了柔性直流输电系统的仿真模型,验证了本文所设计控制策略的有效性。