含主动限流控制的MMC-HVDC电网直流短路故障电流解析计算

传统的MMC-HVDC电网直流短路故障电流计算一般采用等效RLC电路方法。但是该方法没有考虑主动限流控制(ACLC)对等效电路RLC参数的影响,因此无法直接用于含ACLC的MMC-HVDC电网的直流短路故障电流的解析计算问题。该文通过将ACLC的控制效果等效为虚拟阻抗产生的压降,建立了体现ACLC的控制影响的等效RLC电路,以包含电流变化率限流环节的典型ACLC算法为例,推导了直流双极短路故障条件下ACLC的控制参数与虚拟阻抗的映射关系以及相应的直流故障电流解析表达式。最后,以基于含ACLC的半桥型四端MMC-HVDC电网为例,建立PSCAD/EMTDC仿真模型,对采用ACLC的直流双极短路故障电流解析计算结果进行了验证。结果表明:故障后10ms内直流短路故障电流的PSCAD仿真结果与所提出的含ACLC的等效RLC电路解析计算结果的平均误差在8.29%以内,最大误差在10.99%。因此,使用所提出的方法具有工程实用性。

基于一种新型磁场-电路耦合法的多绕组变压器复合短路阻抗及短路环流计算

多绕组变压器在不同短路工况下存在不同的短路阻抗,称为复合短路阻抗;不同短路工况下的各绕组电流均不相同.针对复合短路阻抗与短路环流存在的计算困难和计算时间长等问题,给出一种基于新型磁场-电路耦合方法的多绕组变压器复合短路阻抗及短路环流计算方法.在建立简化变压器磁场模型,得到绕组的电感矩阵后,将电感矩阵与外围电路结合,可以很快得到多绕组变压器复合短路阻抗与相应的短路环流.以某8绕组变压器为例验证,实测值表明该计算方法计算精度高,耗时较少,具有良好的工程应用价值.

基于改进时域法的多端MMC-HVDC故障电流计算

为解决基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电(high voltage direct current,HVDC)故障电流解析计算精度不足的问题,提出一种计及远端站影响的多端MMC-HVDC故障电流改进时域求解法。首先,在分析故障后子模块电容放电路径的基础上,推导换流站等效电容值等系统参数,建立MMC-HVDC系统故障后网络等效模型。其次,将直流电网各换流站解耦,以故障后各支路电流近似解为初值,逐次修正计及远端站影响的多端MMC-HVDC线路等效电阻及等效电感,得到多端MMC-HVDC系统中各支路的故障电流值。最后,基于RT-LAB仿真平台搭建四端柔性直流电网模型,对故障电流计算值与详细电磁暂态仿真结果进行对比。结果表明,所提故障电流求解方法能够准确、有效地计算出多端MMC-HVDC短路故障后各支路电流值,最大误差小于5%。

计及零直流电压控制的混合型MMC-HVDC输电系统短路电流计算方法

混合型模块化多电平换流器通过零压控制限制直流侧故障电流,为准确分析计算故障后直流侧电流,考虑不同阶段控制系统作用建立其等值模型,并设计故障电流求解计算方法。在零压控制前,构建混合型MMC的串联RLC等值模型,利用受控电流源表征交流馈入能量对故障电流的影响;在零压控制后,分析上下桥臂电压动态调整对故障电流的影响,构建相应混合型MMC等值模型提高计算精度。采用状态空间方程计算2个阶段的直流短路电流,通过电容电压置零来计及零压控制后子模块投切引起直流侧电压复零的特性。基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建了双极混合型MMC直流输电系统,在不同工况下通过与详细电磁暂态仿真结果对比,验证了所提短路电流计算方法的准确性。

基于PSD-SCCP与PSASP的短路电流计算研究

PSD-SCCP与PSASP是目前国内常用的2种短路电流计算软件,采用不同的计算条件及计算方法,计算结果将大不相同,已影响电网的决策。结合现行常用的3种短路电流计算标准,分析了不同标准对短路电流计算影响因素的处理差异,结合等效电路研究了线路和变压器电阻、线路电容、无功补偿、静态负荷对短路电流计算结果的影响。以"十三·五"期间某年江苏电网规划数据为基础,基于PSD-SCCP与PSASP 2种软件采用了6种不同的短路电流计算方法进行计算,并对计算结果进行比较与分析,提出了推荐意见,以期为电网规划和工程前期设计中短路电流计算提供合理的参考和思路。

基于改进K-均值算法的双馈风场故障等值建模方法

新能源场站故障建模与分析方法是风电、光伏集中并网地区的故障特性和保护研究的基础,场站的多机等值建模多采用聚类算法,传统算法基于机组间运行状态的相似程度进行分群,然而将运行状态相近的机组分为一类并不等价于等值后模型精度更高。因此首先分析双馈风机故障电流的影响因素并作为分群指标,提出了一种改进的K-均值算法,算法以机组的故障电流等值误差作为样本间距,将同类机组的等值电气量作为算法的中心坐标;并结合了风电机组的等值误差与聚类算法的轮廓系数,整定了算法的分群数,构建了双馈风场的多机等值故障稳态模型,以提高网络短路计算的效率和精度。仿真结果验证了分群等值方法的合理性,所提方法相比单机等值模型与基于传统K-均值算法的多机等值模型精度均有一定的提升。

计及风光相位特性和机-网间元件的短路电流计算方法

以风电和光伏为代表的新能源机组大量接入电网使得短路电流的精确计算校核变得困难。针对最新研究中构建新能源并网点短路电流映射模型时,未考虑相位映射及未计及箱变、集电线路、主变及送出线路等机端到并网点间电气元件(机-网间元件)影响的理论缺陷,文中提出一种计及新能源相位特性和机-网间元件影响的改进工程化电网短路电流计算方法。首先,结合国家运行规程对新能源机端电压-短路电流相位映射进行有补充意义的理论建模。其次,对该模型进行工程化处理,并提出一种将所得映射逆推至并网点的迭代计算方法。继而,将工程化后的并网点短路电流幅相映射模型应用到现有局部迭代计算中,得到改进的计算方法。最后,在PSCAD仿真软件中搭建新能源并网模型,验证了新能源机端电压-短路电流理论幅相映射的准确性、机端映射模型逆推至并网点的迭代计算理论有效性;在此基础上,在IEEE 39节点系统中对所得映射模型进行实验验证。结果表明所提改进计算方法能在一定程度上提升短路电流计算精度。

国家建筑标准设计图集的编制与应用——解读19DX101-1《建筑电气常用数据》

介绍国家建筑标准设计图集19DX101-1《建筑电气常用数据》的主要内容,重点解读变压器低压侧出线选择、弱电线缆常用数据、视频监控摄像机镜头选择等热点问题,提出图集使用说明。

含逆变型分布式电源的不平衡配电网快速短路电流计算

为实现含逆变型分布式电源的不平衡配电网快速短路电流计算,首先建立计及故障穿越控制的逆变型分布式电源序等效受控电流源模型,通过引入虚拟线路和虚拟节点并结合广义Fortescue变换建立不平衡配电网的系统序导纳矩阵。在此基础上构建含逆变型分布式电源不平衡配电网的序节点电压方程,提出基于序分量的短路电流迭代计算方法。通过引入预条件处理的广义极小残余法可避免求解系统序阻抗矩阵,能够有效提升短路电流迭代计算的计算速度。最后,通过对含逆变型分布式电源的13节点、123节点和多个大型合成系统仿真结果对比,验证了所提方法的正确性和可行性。

大规模新能源接入的交流电网继电保护整定计算研究

新型电力系统高速发展,新能源大量投产,现有忽略新能源电源属性的继电保护传统整定计算方法难以适应。鉴于此,结合新能源的物理特性和整定计算特点,提出了新能源的整定计算实用化模型。讨论了计及大范围新能源接入的短路计算方法,给出了恒流源和受控源接入的短路计算算法,提出了大范围新能源接入后的新能源影响域评价指标,在保证整定计算准确度的前提下提高了整定计算的效率。在前述研究的基础上,详细分析了计及新能源的参数收资、方式设置、保护配置、整定计算原则、重合闸、边界保护管理等内容。所做工作为面向新型电力系统的整定计算业务提供了解决思路,对继电保护整定人员具有借鉴与参考意义。

风光电源故障暂态解析及实用化短路电流峰值计算

研究风光电源的故障暂态过程及短路电流峰值能为设备选型及保护整定提供重要依据。然而,现有的风光电源暂态短路电流计算模型过于依赖参数,计算模型难以满足工程应用需求。因此,该文首先分别对光伏电源、永磁同步风机及双馈感应风机进行故障暂态解析,继而构建形式简洁实用的短路电流峰值表达式。对于光伏电源及永磁同步风机,在恒功率控制阶段建立了基于故障期间电源出力变化的暂态短路电流计算模型;在限幅控制阶段通过分析阻尼比系数,得到短路电流峰值的实用化表达式。对于双馈感应风机,通过分析其故障后定转子磁链的耦合关系,得到Crowbar电阻投入阶段短路电流的简化条件,进而求解出短路电流峰值表达式。最后通过录波数据与仿真数据验证了理论的可行性和正确性。

220kV变压器中压侧中性点经小电抗接地的运行分析

北京电网分区运行,其中枢纽站的接地方式关系整个电网运行,K分区中的A变电站采用220 kV变压器中压侧中性点经小电抗接地的运行方式。分析了该分区的主变中性点接地情况、A变电站的等值网络,同时计算了A变电站的短路容量、不同主变并列运行时的单相短路电流,计算表明,中性点经小电抗接地后可降低其单相短路电流,满足设备热稳定性要求。同时提出中性点小电抗投运后对现场运行、倒闸操作的要求。

混合级联换流站直流短路故障解析计算与快速限流方法

在高电压、大容量、远距离输电领域,混合换流器拓扑相比于单一换流器更具技术优势,其中为应对危害性极高的直流短路故障,换流器直流短路故障穿越能力需重点考虑。首先,提出一种基于电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和模块化多电平换流器具备直流短路故障穿越能力的混合级联拓扑及其直流短路故障限流控制方法;其次,通过分析直流短路故障期间换流器动态特性,构建分阶段状态方程数学模型,实现对直流短路故障电流进行精确解析计算;再次,选取最严重直流短路故障工况,以最大允许电流变化量作为判据并结合所提出的直流短路故障电流计算方法,给出强制触发角参数动态优化计算机制;最后,以优化设计的强制触发角为基础提出快速限流控制策略,该策略能保证LCC在直流短路故障穿越时不发生换相失败且快速降低故障电流。

计及网侧变流器的双馈感应发电机稳态短路电流实用计算方法研究

双馈感应发电机组(DFIG)的大规模并网使得电网的故障特征发生变化,进而影响了继电保护装置的动作特性评估,故研究DFIG的低电压穿越(LVRT)特性有重要意义。然而目前的研究尚未全面考虑最新风机并网要求、实际LVRT控制策略以及网侧变流器(GSC)3大因素对DFIG稳态短路电流的影响。基于主流厂家DFIG的LVRT控制策略以及我国最新风机并网要求,分别建立了LVRT期间定子和GSC的稳态模型,提出了DFIG稳态短路电流的实用计算方法。并进一步在RTLAB上搭建了含DFIG实际控制器的半实物仿真平台,验证了实用计算方法对于短路电流有效值的计算误差小于3%,短路电流相角的计算误差小于2.5%。本文的研究成果对DFIG接入系统的继电保护整定等方向有重要意义。

含逆变型分布式电源外电网的短路计算等值及其影响因素分析

大量逆变型分布式电源接入会对电网短路电流计算及电网等值产生影响。该文提出了含逆变型分布式电源外电网的多端口戴维南等值方法,分析了等值参数的影响因素。首先,基于多端口电网络理论推导了外电网等值多端口的戴维南等值电路模型和参数表达式,分布式电源对等值电路的影响主要体现在开路等效电压。其次,根据开路电压计算公式,分析了分布式电源对开路等效电压的影响因素和规律。电网故障期间分布式电源可等效为压控电流源,其输出电流受独立电压源、等值端口电压及分布式电源低穿控制策略等的影响。然后,分析了等值端口电压、分布式电源容量、独立交流电源强弱对等效开路电压的影响规律,得到了等效开路电压随端口电压、分布式电源容量和外部电源内阻抗的变化曲线。通过IEEE33节点电网和某220kV高压电网仿真验证了等值方法和影响因素分析的正确性。

计及控制响应的多端混合直流输电系统短路电流近似计算方法

多端混合直流输电系统故障发展迅速、短路电流水平超标问题严重,换流站高度非线性特征使现有短路电流求解忽略了控制系统的响应过程且多依赖建模仿真结果,无法得到短路电流的具体解析式,实现故障特性的定量分析计算。为此,该文提出三种兼顾准确性与计算复杂程度的系统模型简化措施,并在此基础上提出计及控制系统作用的短路电流复频域近似求解方法,利用Pade逼近以及分段线性化法对模型进行降阶处理,通过拉普拉斯逆变换求得短路电流的时域解析式。最后,基于PSCAD/EMTDC对不同故障距离、过渡电阻以及故障类型进行了仿真分析。结果表明,该方法能在故障的暂态阶段(10 ms内)对短路电流有较为准确的刻画,能为直流保护定值整定、断路器额定容量选取、直流输电控制策略切换以及系统规划设计等提供重要依据。

含换流器型分布式电源配电网的不对称短路电流计算方法

为了满足配电网不对称短路计算的通用性要求,针对换流器型分布式电源(inverter based distributed generation,IBDG)不对称短路特征的多样性,研究含IBDG配电网的不对称短路电流计算方法。该方法从通用计算模型出发,根据IBDG不对称短路的正负序电流控制原理及在不同控制目标下的短路电流输出特性,结合低电压穿越和限流控制对IBDG输出不对称短路电流的具体要求,建立一种通用的、适用于多种控制目标的IBDG不对称短路正负序等效模型。基于该模型建立含IBDG配电网通用的不对称短路等效电路和计算方程,得到一种适用于多种IBDG控制目标的、配电网任意节点发生任意不对称短路的短路电流通用计算流程。最后,在一个配电网算例中对所提计算方法进行验证,结果表明了所提方法的正确性和有效性。

VSG控制的无人船低电压故障短路电流计算方法

为保证某混合能源无人船中储能设备并入交流母线的稳定性和安全性,采用虚拟同步发电机(VSG)技术对储能设备进行控制。通过对无人船电力系统发生对称低电压故障后的虚拟同步发电机进行暂态分析,考虑到虚拟同步发电机与传统同步发电机在功角特性、耐流能力等方面的不同,对虚拟同步发电机提出新的暂态分析方法,并改进传统短路电流的计算方法,提出考虑内电势变化的改进短路电流迭代计算方法,以提高短路电流计算的精确性。相比于不考虑内电势变化,该计算方法计算得到的短路电流实现了理论值与仿真值的吻合,误差率小于0.5%,可为后续无人船保护整定提供精确的参考依据。

基于电压迭代的直驱风电场短路电流计算方法

风电场短路电流计算普遍采用等值模型,不计内部线路、变压器等因素,精度欠佳;而考虑上述因素的短路电流计算方法多采用电压电流同时迭代的方式,其收敛性难以直观验证。为此,提出了一种计及风电场内部结构参数的短路电流算法。首先,结合限幅作用下的D-PMSG(永磁直驱风电机组)电流特性与最大维度的风电场节点电压方程,构建了风电场短路电流计算模型;其次,利用诺顿等值消去未知电流参数,并结合工况变化确定修正的节点电压方程;最后,结合电压迭代,得出了基于修正模型和风电场特性的短路电流计算方法。仿真对比结果表明,所提方法具有较高的准确性以及更好的收敛性。

船用直流配电系统短路电流计算与熔断器选择性保护分析

船舶电力系统短路计算及断路器的选择性保护分析是直流综合电力系统设计的重要一环,直接影响直流配电系统的运行稳定性以及熔断器选择性保护方案。该文阐述了船用直流配电不同模块的建模以及系统的短路电流计算过程,对船舶直流配电系统进行等效计算,通过选取不同的短路点,探究不同短路点短路时对直流综合电力系统的影响;对不同支路的短路电流进行计算,通过支路实际I~2t曲线确定熔丝规格,结合实际算例进行分析,等效模型仿真得到的仿真结果与实际计算的误差在1%之内。通过MATLAB/SIMULINK软件,等效模型仿真的方式,不需要建立详细的SIMULNK模型,也无需进行繁琐的公式计算,即可对直流配电系统进行短路电流计算并对熔断器进行合理选型。