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。

特高压直流线路与交流线路同走廊时混合电磁环境的计算

总结了工频电场、合成电场、工频磁场、直流磁场、可听噪声和无线电干扰的标准,提出了交直流同走廊架设时混合电磁环境的合成和评价方法。以上海地区±800kV直流线路与不同电压等级多回交流线路同走廊为例,对混合电磁环境进行了分析计算,包括混合电场、混合磁场、可听噪声和无线电干扰。提出了±800kV直流线路及500kV、220kV交流线路间平行接近距离,给出了各条线路导线对地最小高度,确定了集中规划走廊内建筑物及民房的最小拆迁范围。

描述交直流并列系统电网结构品质的3种宏观指标

合理的电网结构是保证电力系统安全稳定运行的最重要的物质基础,但是目前还没有具体的指标可以对电网结构的品质进行定量评估。归纳和提出了3种描述交直流并列系统电网结构品质的宏观指标,分别为通道强度指标、电压强度指标和频率强度指标。通道强度指标包括交直流通道强度比指标和交流通道抗冲击强度指标,分别用于描述交直流通道的强直弱交程度和交流通道抵御直流通道潮流转移冲击的能力;采用多馈入有效短路比作为电压强度指标,用于评估电网对直流换流站的电压支撑能力;采用频率偏差因子作为频率强度指标以衡量电网的频率支撑能力。综合3种指标可以描述交直流并列系统电网结构的某些重要品质,从而实现对交直流并列系统的电网结构品质的定量评估。

邻近交流线路时直流输电线路电晕损失的计算与分析

为了对与交流线路邻近的直流输电线路的电晕损失进行预测,提出了一种计算交直流混合输电线路走廊中直流输电线路电晕损失的数值计算方法。该方法采用有限元和有限体积法计算交直流输电线路产生的混合离子流场,通过在每一时间步上进行迭代求解导线表面的电荷密度,使其满足Kaptzov条件,进而获得导线电晕电流,实现电晕损失的计算。该方法采用隐式时间差分,可采用较大的时间步长,提高了计算速度。通过与多种结构交直流邻近线路模型的测量结果的对比,验证了算法的有效性。利用实验和仿真分析,获得了电晕损失随邻近距离、交流电压值的变化规律。最后,基于所提出的方法对与1 000 kV交流线路邻近的±800 kV直流线路的电晕损失进行了分析计算,得到了不同接近距离时的直流电晕损失值。

特高压交直流线路带电作业人员的体表场强

在对特高压交直流线路带电作业人员在各典型作业位置的体表场强进行了测量的基础上,分析了特高压交直流输电线路带电作业人员的体表场强特征,归纳了体表场强的变化情况,发现特高压直流线路带电作业人员的体表场强值明显小于特高压交流线路,并对其原因及机理进行了分析。同时对研制的特高压交直流带电作业用屏蔽服防护特性进行了试验研究,结果表明在特高压交流线路等电位作业时,屏蔽服内交流场强为2～10 kV/m;在特高压直流线路等电位作业时,屏蔽服内的直流合成场强为0.7～2.3 kV/m,均符合国家标准"<15 kV/m"的规定,满足带电作业的安全防护要求。最后根据带电作业人员体表场强及安全防护用具的研究结果,制定了安全防护措施。

交直流并联系统的换流母线电压稳定性分析

随着中国交直流互联电网的发展,迫切需要研究换流母线的电压稳定问题。文中首先给出了交直流并联系统的简单模型,在此基础上介绍了并联交流系统强度指标以及负荷裕度曲线和电压稳定临界曲线。然后以两区域四机交直流混合系统为例,根据负荷导纳模型算法准确求取节点的功率裕度,采用上述2种曲线分析方法详细讨论并联交流系统强度和受端系统等值阻抗对逆变站换流母线电压稳定性的影响。最后对比分析了不同直流系统稳态控制方式下换流母线的负荷裕度,研究结果表明受端为弱交流系统时,采用整流侧定电流—逆变侧定电压的控制方式将有利于提高系统稳定性。

并行多回交直流输电线路检修作业时稳态感应电压计算与分析

同走廊架设多回交直流输电线路可节约土地资源,但多回交直流输电线路相互之间存在静电和电磁耦合。研究并行走廊内各回线路稳态感应有利于线路检修作业安全。通过电磁暂态计算程序建立湖州多回并行走廊内的6条超、特高压交直流输电线路计算模型,计算了特高压交流线路与超、特高压直流线路之间的耦合影响,分析了带电和停电检修作业时在交直流线路不同运行方式组合下各检修线路静电和电磁感应电压的幅值和分布。结果表明,湖州地区并行多回交直流线路之间稳态感应电压对目前规程规定的带电和停电检修作业方式和工具的影响可以不予考虑。

交直流共走廊输电系统换流变偏磁特性研究

交直流共走廊输电系统换流变偏磁直流量构成比较复杂,正确分析其构成分量对系统稳定运行具有重要意义。建立了换流变直流偏磁模型和交直流共走廊输电线路模型,分别计算了土壤地电位和交直流工频感应产生的直流量;研究了交直流线路平行架设长度、交直流杆塔中心接近距离对换流变偏磁的影响规律。研究结果表明:交直流线路平行架设长度越长,换流变偏磁直流量越大,工频感应产生直流量占总直流量的比重越大,且土壤地电位对此比重影响越小;交直流杆塔中心接近距离越大,换流变偏磁直流量越小,工频感应产生直流量占总直流量的比重越小,且土壤地电位对此比重影响越大。

基于联络线功率波动理论的华北—华中特高压交直流联网系统安全稳定控制策略

受华北—华中特高压交流通道静态稳定极限限制,天山—中州(天中)特高压直流和长治—南阳(长南)特高压交流通道输电能力存在耦合关系,成为制约该交直流混联电网稳定水平的关键因素。基于联络线功率波动理论,研究并量化了同步电网系统惯量、负荷特性、交流线路初始输送功率、直流落点近区开机方式等相关因素对华北—华中特高压交流通道潮流转移特性的影响;根据特高压交直流耦合关系,提出了一种交直流协调控制策略,以应对同类系统中受耦合关系制约的稳定问题。针对华北—华中电网实际数据,采用PSD-BPA电力系统仿真软件计算验证了该策略的有效性。

多回特高压直流分层馈入模式下交直流混联系统的稳态特性分析

针对多回特高压直流单层接入特高压交流电网、单层接入超高压交流电网及分层接入特高压和超高压交流电网这3种模式,从多馈入短路比、交流系统稳态电压以及直流极限传输功率3个角度分析交直流混联系统的稳态特性,并提出基于自组织临界慢过程的直流极限传输功率分析方法。通过对两回特高压直流馈入的某区域电网进行仿真计算,验证分析方法的有效性。结果表明在一般情况下,采用分层馈入模式有助于提高系统的多馈入短路比,增强交流系统对特高压直流的电压支撑能力。

交直流混合电场旋转式一体化测试仪的研制

研究了一种直流电场、交流电场和交直流混合电场一体化旋转式电场测量仪。首先导出了一体化旋转式电场测量仪的输出电流与直流电场强度、交流电场强度和交直流混合电场强度的关系。在此基础上采用窄带通滤波法设计了感应信号后续处理电路,分离出感应信号中的直流分量与交流分量,并对电场仪进行了标定与现场测试。该电场仪测量精度高,线性度好,可以同时测量同一地点的交流电场、直流电场和交直流混合电场,对于超/特高压交直流同走廊和同塔输电线路混合电场研究和电磁环境监测具有重要意义。

基于上流有限元法的同走廊两回±800kV直流线路地面合成电场计算

为提高单位走廊输电能力,我国向家坝—上海与锦屏—苏南两回±800 kV直流线路采用同走廊架设。两回±800 kV直流线路同走廊架设在世界上无工程应用先例,需要对其地面合成电场进行研究,以满足工程设计和环境保护需求。文中提出了一种基于上流有限元法的同走廊两回直流线路地面合成电场计算方法,模拟试验线段试验结果验证了计算方法的有效性。计算和试验结果都表明:不同的极导线布置方案不会显著影响地面最大合成电场的大小,但会影响其分布位置;同走廊两回直流线路地面最大合成电场的绝对值与单回直流线路的差别不大。最后对向家坝—上海与锦屏—苏南同走廊两回±800 kV直流线路的地面合成电场进行计算分析。

交直流混联系统联络线功率振荡分析与抑制

在交直流混联电力系统中,直流再启动和直流闭锁会对交流联络线产生不同的冲击,从而影响电网的安全稳定运行。为此,分析了直流再启动和直流闭锁对交流联络线影响的数学机理和不同过程中影响交流联络线功率振荡的因素。结果表明:直流再启动时间越长引发的功率振荡越大,合理配置电力系统稳定器(PSS)可以有效抑制该类型振荡;直流闭锁时功率大范围转移造成的区域阻尼下降是导致交流联络线功率发散振荡的原因,切机与PSS配合对直流闭锁造成的功率振荡有良好的抑制效果;在直流重启动和闭锁的过程中,保证系统稳定的前提下,励磁调节器增益越大,交流联络线功率振荡衰减就越快;水流惯性时间常数对直流再启动造成的功率波动影响不明显,但直流闭锁后,较小的水流惯性时间常数易导致联络线功率等幅振荡。研究结果对于交直流混联系统的运行稳定性具有一定的参考价值。

同步和异步联网系统直流受端电网电压支撑能力评估

在异步互联电网和交直流并联电网中研究了短路比系列指标与直流故障引起的受端交流电网稳态电压跌落之间的定量关系。结果表明在异步联网系统中,直流短路比指标能有效地定量指示出直流故障下交流电网的电压支撑能力,而在交直流并联电网中则不能。针对交直流并联电网,提出了改进短路比指标的思路和新指标。仿真结果表明,改进短路比指标能够有效地定量指示出交直流并联电网中直流闭锁引起的交流母线稳态电压跌落水平。

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。

交流输电线路导线结构的研究与应用

为了平衡各相导线电荷和表面场强,提高导线利用率,减小工程投资,提出了导线表面场强大的相采用大截面导线,而其它相采用小截面导线的新型输电线路结构。并计算了该种结构线路的电磁环境与结构参数。结果表明采用该结构可有效平衡三相导线表面场强,减小总导线截面,节约工程投资,还可提升单位截面导线自然功率,提高导线利用率。研究了采用该结构的线路不平衡度,过电压水平,通信、保护、故障测距方法,表明了该方法略微增加线路不平衡度,但仍满足国标要求;对过电压水平几乎没有影响;对通信、保护、故障测距的影响可以通过整定消除。该技术目前已成功应用在330 kV洛—大线上。

并联交流系统强度对换流母线电压稳定性的影响

随着中国互联电网的发展,交直流并联输电系统的电压稳定问题迫切需要研究。从并联交流系统强度出发,以四机两区域系统为例,利用负荷导纳模型算法求取节点电压稳定极限,然后采用负荷裕度和特征值分析方法,详细讨论了并联交流系统强度大小对逆变侧换流母线电压稳定性的影响。最后,利用电磁暂态仿真程序EMTDC/PSCAD对系统进行动态仿真,结果表明在重负荷条件下强并联交流系统有利于提高换流母线的电压稳定性。

交直流同塔输电线路地面混合场强计算

给出了一种同塔的单回直流双回交流地面混合场强的计算方法,考虑了塔型、交流导线相序、直流导线正负极起晕差异对地面混合场强的影响因素,并分析了交、直流导线分别对地面场强的影响。结果表明:塔型对地面场强影响较大,交流导线采用倒三角型时计算结果最优;交流导线的相序会影响地面混合场强的大小,但不会影响其分布位置;交流导线和直流导线对地面混合场强大小均起重要作用,但作用范围不同;考虑正负极导线起晕场强差别时,负极性导线下方混合场强较正极性场强明显较大。

“风光火打捆”外送系统送端暂态稳定性研究

风力、光伏发电是我国目前主要的新能源发电方式,将风光火三者打捆通过交直流混联系统外送是我国实现新能源基地电力外送的重要途径。在建立风光火打捆交直流外送系统的模型基础上,通过仿真分析不同风、光、火的出力比例对系统暂态稳定的影响,得出与理论相一致的结论:在风光火打捆交直流外送系统中不同风、光、火的比例,系统负荷与电厂总出力不变的条件下,随着风光电比例的增大,系统抗干扰能力降低。

多馈入直流交互影响强度的评估指标

多直流馈入电网已经提出了几种改进的短路比指标,但对其有效性一直缺少全面和定量的评估。文中以含有5回直流的南方交直流并联电网为蓝本构造了多组仿真测试模型,对评估多馈入直流受端电网强度的2种多馈入短路比指标和多馈入影响因子指标的性能进行了系统、全面的定量评估,指出了指标存在的不足和适用范围。提出了一个评估多直流间交互影响强度的新结构性指标——暂态电压支撑强度指标。通过新指标与CIGRE推荐指标的对比以及指标与受端电网暂态电压跌落和直流换相失败持续时间等特征量之间的定量关系分析,验证了新指标的适用性。