基于电压补偿的双端直流配电网电压就地协调控制

双端直流配电网是一种双端电源供电的网络结构,可为直流负荷提供更加稳定和可靠的电源电压。然而,负荷的功率波动和不平衡使线路电压跌落增大,可能导致直流负荷的电压不平衡度和电压偏差指标越限,影响直流负荷的正常运行。文中基于电压源型换流器(VSC)外环电压控制,考虑中线电压补偿,提出基于电压补偿等效模型的直流配电网电压偏差及不平衡度联合抑制策略,实现直流配电网电压就地协调控制。首先,建立双端直流配电网潮流模型,将VSC电压下垂控制引入潮流模型,分析不同控制策略下的电压偏差和不平衡度的特性。其次,在此基础上,以电压最低点为分点获得双端电源供电回路压降的简化等效模型,并利用最小二乘法实现等效阻抗参数辨识,构建双端直流配电网的电压补偿等效模型。以参数辨识结果作为电压外环控制输入,提出考虑中线电压补偿的双端直流配电网电压就地协调控制策略。最后,在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,验证了双端直流配电网潮流模型的正确性和控制策略的有效性。

利用模量模型识别的VSC-HVDC输电线路纵联保护新原理

电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)输电控制系统复杂,故障承受能力差,线路保护装置动作正确率不高。文中提出了一种利用模量模型识别的VSC-HVDC输电线路纵联保护新原理。该原理将区外故障等效为正的电容模型,差动电流和差动电压导数相关系数为1;将区内故障等效为负的电容模型,差动电流和差动电压导数相关系数为-1。通过判别相关系数的正负,即可区分区内、区外故障。在实际运行中,VSC-HVDC输电系统多为双极运行,为降低极间电磁耦合的影响,采用了1模和0模量构成判据。理论分析和PSCAD仿真实验表明,新原理无需补偿输电线路电容电流,原理简单、易于整定,不受过渡电阻和控制特性的影响,在各种工况下均能快速可靠地区分区内、区外故障。

基于MMC的两端TWBS-HVDC直流侧短路故障电流计算方法

基于三线双极结构的高压直流(TWBS-HVDC)输电系统能够较大程度地发挥直流线路的输电能力,是一种实现交改直和线路增容改造的有效方式。针对TWBS-HVDC系统与双极直流系统在接线形式上的差异,文中提出了一种适用于两端TWBS-HVDC的直流侧短路故障电流计算方法。首先基于模块化多电平换流器(MMC)暂态等效电路建立两端TWBS-HVDC在不同直流侧故障发生至线路直流断路器动作阶段的暂态等效模型。以暂态等效电路中独立回路数和动态元件阶数为标准,将所有直流故障归纳为3类,分析推导各类故障下的状态方程,通过求解状态方程中系数矩阵的特征值和特征向量得到故障电流解析表达式。最后在MATLAB/Simulink数字仿真平台中,搭建两端TWBS-HVDC模型进行仿真验证,结果验证了所提TWBS-HVDC直流侧短路故障状态方程求解法的准确性和有效性,为直流断路器选型和限流电抗器参数整定提供了可靠依据。

基于单端暂态量的MMC-MTDC直流线路故障辨识方法

在多端柔性直流MTDC(multi-terminal flexible DC)系统中,带有模块化多电平换流器MMC(modular multi⁃level converter)的直流线路的故障辨识是目前亟需解决的重大科学问题。通过分析直流线路故障期间的暂态电流和电压,提出一种基于单端暂态电流和电压的快速辨识方法。根据故障线路与非故障线路电流变化量的差异建立了故障线路辨识模型,依据正、负极暂态电压的样本标准差建立的故障极辨识模型,辨识时间短且无需两端数据通信。在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建张北四端口柔性直流系统模型,通过算例验证了该方法能在各种故障下快速准确地辨识故障的类型,且具备一定的抗干扰性和耐过渡电阻能力,满足多端柔性直流系统对直流线路故障辨识的要求。

特重冰区特高压直流孤立档导线脱冰动力响应参数预测模型

特重冰区特高压直流线路导线覆冰设计厚度达60~80 mm,多采用孤立档。该文针对特重冰区特高压直流六分裂导线,建立有限元模型,模拟研究不同档距、高差比、覆冰厚度、脱冰率和风速条件下孤立档导线脱冰动力响应,并分析其响应特征。给出导线冰跳高度包络线、有风情况下导线脱冰后横向摆幅参数和纵向不平衡张力的定义。结合利用数值模拟结果建立的数据集和BP(back propagation)神经网络机器学习算法,建立以档距、高差比、覆冰厚度、脱冰率和风速为输入,导线冰跳高度包络线、最大横向摆幅、最小横向摆幅、脱冰前平衡位置、孤立档两端纵向不平衡张力为输出的预测模型,为特重冰区特高压直流线路塔头设计提供依据。

面向西北地区冬季采暖的交直流双路输入电锅炉可行性研究

我国西北地区因冬季寒冷,对取暖的需求更大,因此电锅炉的使用越加频繁,但是输电走廊用地越来越紧缺。基于这种情况,提出对西北地区交直流线路进行优化,使其可以直接输入电锅炉。为了解决输电线路的混合电场问题,对混合电场的各种参数和影响条件进行分析,建立模型进行测量电场数据。实验数据选取西北地区近几年冬季的气温,基于气温、离子迁移率、起晕场强等分析各种情况下线路的情况,计算冬季并行线路混合电场的分布情况和冬季并行路线合成电场的数据,证明了研究的可行性,以及交流线路会对直流合成电场产生一定的屏蔽作用。

基于多端柔性直流配电网主动型负荷建模分析

传统交流配电网络大多存在电能质量及电能可靠性问题,而柔性直流配电网可以很好地解决此类问题。分布式新能源、储能系统等主动型负荷是柔性直流配电网的重要组成部分,对主动型负荷进行建模分析有助于推动直流配电网潮流分析、电压控制等方面的研究。提出一种基于控制模型的主动型负荷建模方法,该方法首先通过数学建模确立主动型负荷的功率-电压特性模型,该模型简化了主动型负荷中电力电子元件在小时间尺度上的变化特性,在秒级尺度上反映主动型负荷的功率-电压特性,极大地减少了直流配电网计算机仿真时的计算量,是一种可以快速仿真运行、能够高度还原主动型负荷电气特性的仿真模型。利用MATLAB/Simulink完成主动型负荷模型的搭建并建验证其特性,并基于所建立的模型研究了主动型负荷到直流配电网的线路长度对其功率特性的影响。

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。

MMC-HVDC系统换流阀在线监测系统研究

柔性直流输电系统的功率模块众多,功率模块的故障率较高且容易引起设备的损坏,换流阀的在线监测系统是保证系统安全运行的关键设备。分析了MMC拓扑结构与器件的热阻模型,给出了损耗、结温的预测方法,通过Lesit寿命模型和线性损伤累积理论对模块寿命耗损进行研究。通过对换流阀子模块的电容电压、开关频率、温度及寿命等运行参数的在线监测实时分析并预测换流阀的运行状态。最后,设计了在线监测系统的样机并进行了实验测试,给出了仿真与实验结果。

基于反射系数和模型匹配的柔性直流电网单端量线路保护

针对柔性直流电网线路保护区内远端高阻故障拒动、雷击干扰误动的问题,提出一种基于反射系数和模型匹配的单端量线路保护。首先,根据电压行波反射系数构成方向判据,避免反方向故障或雷击下保护误动;其次,利用电压行波传递函数解析区内短路故障,以及正方向区外故障或正方向雷击下保护处故障电压首行波满足的函数模型,根据故障首行波与基准函数模型之间匹配程度的不同,设计了一种基于模型匹配的识别判据;然后,结合启动判据和选极判据形成完整的单端量线路保护方案;最后,PSCAD仿真结果验证了所提保护方案可靠性高,能耐受500Ω过渡电阻和20 dB噪声。

特高压直流输电线路合成电场的天气影响因素及预测模型

特高压直流输电线路电离周围空气产生的离子和线路电场叠加形成合成电场,并在环境因素的作用下使得地面的合成场强发生变化。研究了天气因素对地面合成场强的影响,并提出了基于天气因素的电场预测模型。利用高压直流电场测量装置测量地面合成电场值及环境监测系统所测的天气参数,分析了风速、湿度、气压、温度、PM_(10)、PM_(2.5)、PM_(1.0)与场强的相关性。利用基于树形结构Parzen估计器(tree-structured Parzen estimator,TPE)优化的CatBoost建立地面场强在天气因素下的预测模型,并基于所测数据进行模型的训练和预测。结果表明:天气因素对场强的影响权重由高到低为湿度、风速、气压、温度、PM_(1.0)、PM_(2.5)、PM_(10)。通过特征排序选取前5个特征和所有特征预测所得到的均方根误差分别为0.83 kV/m和0.85 kV/m,实现了相对准确的预测。研究结果可为特高压直流输电工程环境评估提供有用的合成电场分析方法。

补偿线路分布电容电流的柔性直流配电网电流差动保护方法

针对系统接线方式和线路分布电容影响导致柔性直流配电网故障辨识困难的问题,在对传统电流差动保护在柔性直流配电网中的适用性分析基础上,利用线路贝瑞隆模型推得故障点电流与直流线路两端差电流之间的关系.进一步地,提出具有线路分布电容电流补偿的新型电流差动保护方案,解决对称单极接线方式下故障特征微弱、分布电容电流影响大带来的故障辨识难题.最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,建立柔性直流配电网模型,通过仿真分析验证所提出的电流差动保护方案的可行性和适用性.

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。

高压直流输电直流侧谐波电流计算

为计算高压直流输电工程的等效干扰电流,详细描述了给定两侧三脉动谐波电压源情况下如何计算沿线各次谐波电流的一套计算流程,包括直接流过直流极导线、接地极线路的谐波电流和感应到直流线路、接地极线路地线中的谐波电流。该计算流程分为2步:第1步,将直流侧系统作为一个整体用求解一般性电网络的节点分析法计算,在计算节点导纳矩阵时,直流输电线路作为一个网络元件采用全相耦合模型;第2步,在求得直流输电线路端口上的谐波电压之后,将直流线路分解为正序与零序网络,分别计算沿线各次谐波电流的正序与零序分量,然后再将正序与零序分量合成为整体谐波电流。在同等条件下,比较该算法的结果与电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC的结果,两者基本一致,验证了所提算法的正确性。

改进式模块化多电平换流器快速仿真方法

提出了一种改进式模块化多电平换流器(MMC)快速仿真方法,与已有的模块化多电平换流器快速仿真方法相比,其改进体现在能够精确地对MMC闭锁状态下的桥臂进行模拟。改进式MMC快速仿真方法利用一个等效子模块替代一个桥臂,在MMC非闭锁情况下,桥臂等效为一个戴维南等效电路,与已有的MMC快速仿真方法相似;而在MMC闭锁情况下,桥臂将被等效为一个具有集中参数的半桥不控子模块。在PSCAD/EMTDC仿真软件中进行二阶段启动以及直流线路故障的仿真验证,已有的MMC快速仿真方法在处理MMC闭锁问题时由于未考虑二极管的插值问题,具有较大的计算误差,而所提出的改进式MMC快速仿真方法,很好地解决了二极管的插值问题,具有较高的仿真精度。

B3Ⅱ-1A型检漏继电器零序直流选择特性的研究

运用零序直流选择性漏电保护原理,对苏联研制的B3Ⅱ-1A型检漏继电器的选择特性进行理论研究。根据B3Ⅱ-1A型检漏继电器检测电路中整流管的导通特性,建立工频周期内3个时段的瞬态检测电流电路和漏电流电路数学模型,用相量法分析各检测电流。其次,用谐波分析法计算各检测电流的理论值,用Matlab仿真各检测电流理论波形。最后,通过模拟电网实验证明理论计算和实验数据具有高度一致性。从理论和实验2个方面验证了B3Ⅱ-1A型检漏继电器的检测电路具有选线功能。

中短波段输电线路无源干扰防护间距求解的关键问题

为更准确地计算输电线路对各类无线台站的无源干扰防护间距,对仿真模型、干扰极大值频率和防护间距计算方法进行研究。仿真模型采用垂直极化平面波进行激励,线路铁塔仿真为面模型,地线仿真为线模型,阐述了线?面模型接点处的基函数及求解方法。结合当前输电线路无源干扰谐振频率发生在整数倍波长回路谐振频率和λ/4谐振频率的观点,计算了垂直极化平面波激励下的输电线路感应电流和不同观测点处的无源干扰水平。结果表明平面波激励下的无源干扰最大值出现的频率符合1倍波长回路谐振频率,不符合λ/4谐振频率;当频率达短波频段后,整数倍波长回路谐振频率不再适用。提出了输电线路无源干扰防护间距的求解方法,以调幅广播收音台一级台为例,求解了特高压直流输电线路对其的防护间距。

高压直流输电系统开路电压的研究

针对现有高压直流输电系统开路电压公式不适用于计算带直流线路开路试验开路电压的问题,分别对带/不带直流线路开路试验的试验原理及开路电压建立过程进行分析,解释了带直流线路开路试验中开路电压较小的原因,并通过对现有开路电压计算公式进行修正,给出了适用于带直流线路开路试验的开路电压计算公式。所提公式可用以修正直流开路试验电压差值保护整定值,避免了带线路开路试验中电压差值保护的误动。利用PSCAD仿真软件搭建±500 k V高压直流输电系统仿真模型,对所提公式进行了仿真验证。仿真结果证明所提公式具有较高的准确性。

LCC-VSC混合直流电网机电暂态建模方法研究

提出可用于大型电力系统暂态稳定分析的电网换相换流器-电压源换流器(line commutated converter-voltage source converter,LCC-VSC)混合直流电网机电暂态建模方法。首先,根据LCC、VSC换流器技术特点,建立混合直流电网的基本形态。其次,根据换流器基本数学模型和机电暂态仿真的特征,通过合理简化提出混合直流电网基本元件LCC、VSC、DC/DC换流器的机电暂态建模方法。基于Dommel算法,提出直流网络模型的求解方法。在PSASP程序中实现了各元件的模块化设计,使用户可根据需要自由搭建仿真算例。最后,基于VSC-HVDC汇集分布式可再生能源和常规能源、LCC-HVDC实现远距离大容量稳定输电的构想,设计四端混合直流电网的仿真算例,分析对比3种不同工况下的运行特性。结果表明,所提LCC-VSC混合直流电网机电暂态模型准确、可靠,可用于大型电力系统暂态稳定性分析。