基于双频信号注入法的船舶交流电网绝缘监测装置应用探析

为了解决船舶交流电网绝缘故障实时在线监测定位问题,提出了一种基于双频信号注入法的船舶交流电网绝缘监测装置设计方案。对双频信号注入法的工作原理进行研究,系统以STM32F103ZE芯片为控制核心,运用基2时间抽取1024点FFT实现注入低频信号的提取。明确了注入信号的频率选取原则,试验分析确定注入信号频率为15 Hz和5 Hz。经过实际运行测试与结果分析,基于双频信号注入法的船舶交流电网绝缘监测装置最大误差率不超过2%,完全满足对地绝缘电阻测量精度±5%的设计要求。试验结果验证了船舶交流电网绝缘监测装置的可靠性和有效性,所提出设计方案大大降低船员工作强度,提高了舰船电力系统的供电连续性和安全性。

区域互联下不对称交流电网运行控制系统设计

电力系统内部的交流电在产生不对称故障之后,会直接导致换流站母线电压不平衡,系统内部出现的负序分量和零序分量会影响系统交流和直流谐波分布,进而影响电网的正常运行。为了进一步实现不对称交流电网的控制,设计了一种控制系统。系统硬件设计了锁相环控制器、电流环控制器、DSP控制器,锁相环控制器由相位鉴别、环路滤波和压控振荡三部分组成一个闭环。针对区域互联状况进行分析,确定谐波电压和谐波电流的传递规律,建立谐波分析程序和控制程序,通过矢量计算,对不对称交流电网电流进行运行控制。实验结果表明,所设计系统能够有效解决运行过程的输入量和输出量不均衡的问题,降低叠加放大状况,控制后电流和电压幅值波动为0,有效防止出现谐波不稳定现象。

船舶交流电网绝缘监测系统应用研究

为了能够实时在线监测电力系统网络绝缘状态,自动定位低绝缘故障支路,提出了一种船舶交流电网绝缘监测装置设计方案。介绍了双频信号注入法和单频信号注入法的工作原理,提出了基于单频信号注入法的一种绝缘监测方法和一种控制核心为STM32F103ZE芯片的硬件设计方案。编程实现运用基2时间抽取1024点FFT提取注入低频信号,提出Q表示法将浮点数转换为定点数的高精度数据存储方法。明确了注入信号的电压、相位及频率。仿真结果表明,基于单频信号注入法的电网绝缘监测装置设计方案最大误差率不超过2%,满足装置测量精度±5%的设计要求。方案提高了船舶交流电网绝缘监测装置的可靠性和有效性,大大降低船员工作强度,提高舰船电力系统的供电连续性和安全性。

联接弱交流电网MMC-HVDC系统的直流功率传输能力提升方法

模块化多电平换流器高压直流输电(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)由于具备自换相能力,尤其适用于向弱交流电网供电。交流系统强度降低时,会制约系统的直流功率传输能力,甚至导致系统失稳。针对联接弱交流电网时MMC-HVDC系统功率传输受限的问题,建立了状态空间与直流阻抗模型,从时域、频域两方面研究了交流系统强度对直流功率传输能力的影响,明确了弱交流电网工况下功率传输受限的原因。基于参与因子定位结果,提出了在定直流电压控制环节引入直流电流反馈的功率传输能力提升方法,从时域、频域两方面对控制策略的提升作用进行了机理分析,并定量得出了控制参数的可行域及功率传输能力的最大提升水平。该方法在避免稳态误差的前提下,有效提升了MMC-HVDC系统的直流功率传输能力。

连接弱交流电网的柔性直流换流站外环控制器参数解析计算及其限制因素分析

柔直换流站连接弱交流电网的交流电压动态响应速度与交流电压控制器参数、短路比、稳态点和公共耦合接入点并联等效电容有关。针对柔直换流站连接弱交流电网外环控制器参数解析计算及其限制因素分析研究欠缺问题,该文在建立整个系统详细模型的基础之上,根据外环闭环传递函数零极点分布情况,分析影响系统动态响应速度和稳定性相关特征根的关键变量及其参与程度。其次,基于交流系统准稳态模型,推导外环控制器参数解析计算表达式,并对其选择范围进行了初步分析。再次,研究外环控制器参数、电流内环带宽、锁相环参数以及短路比对稳定性的影响,结果表明,外环带宽与锁相环带宽接近并不一定是诱导系统发生谐振失稳的因素,降低交流电压控制器和锁相环参数有利于提升柔直换流站运行于逆变状态下的稳定性。最后,通过电磁暂态仿真验证了参数计算与稳定性分析的正确性。

交流电网强度对模块化多电平换流器HVDC运行特性的影响

模块化多电平电压源换流器高压直流输电(modular multilevel converter high voltage direct current,MMC-HVDC)技术是一种新型的电压源换流器直流输电技术。计及交流系统与换流站交换功率的数学关系,应用图解法分析了交流电网强度对MMC-HVDC系统稳态特性的影响,同时分析了接入强、弱交流电网的直流系统在不同控制方式下设定值改变时的暂态特性。结果表明功率圆的大小及其相对位置可以直观地反映交流电网的强弱,以及控制方式对MMC-HVDC系统运行特性的影响。最后PSCAD电磁暂态仿真验证了上述结论的正确性。

交流电网互联的双端柔性直流输电系统小信号建模

小信号模型是稳定性分析及控制器设计的基础。对交流系统异步互联的双端柔性直流输电(voltage source converter based high-voltage dc,VSC-HVDC)系统小信号模型展开研究。通过同步旋转坐标系的灵活选择与转换,构建逆变器及所连交流系统、整流器及所连交流系统、控制器及直流线路的线性化方程,结合状态空间法,建立不受交流系统强度约束的双端柔性直流输电系统小信号模型。通过仿真对比,证明无论交流系统强弱,该小信号模型都能精确反映双端柔性直流输电系统的小干扰情况,具有普遍适用性。

HVDC系统换相失败对交流电网继电保护影响的机理分析

在交直流互联系统中,交流电网故障引发的直流换相失败可导致交流电网保护不正确动作。分析建立了换相失败情况下逆变器的开关函数模型和直流电流暂态变化模型;根据调制理论及卷积定理,推导出了换相失败情况下直流系统注入交流电网的等值工频及工频变化量电流的动态相量模型;通过分析表明该等值工频及工频变化量电流的变化特性有别于纯交流系统,可能造成交流电网故障引发换相失败时交流电网保护的不正确动作;最后,结合两种具体的交流电网保护,分析了直流换相失败导致交流电网保护不正确动作的机理,为交直流系统继电保护策略研究提供了理论基础。

光伏并入弱交流电网次同步振荡机理与特性分析

随着我国西北地区集中式光伏装机容量的持续增加,规模化光伏发电经长距离输电线路并入主网成为重要的外送方式,然而,大规模光伏并入弱交流电网可能面临次同步振荡的威胁。该文建立大型光伏电站的序阻抗模型,基于阻抗分析法,分析光伏并入弱交流电网次同步振荡的机理和参数特性。结果表明,在一定条件下,光伏发电系统阻抗在次同步频域可能呈容性;随着电网强度的降低以及装机容量的增加,容性光伏系统可能与感性电网发生次同步频率的电气谐振;随着光伏逆变器电流环比例增益减小,光伏发电系统次同步振荡风险增大,而增加锁相环比例增益和积分增益,可以降低这一风险。最后,基于PSCAD/EMTDC时域仿真验证上述分析结果,研究结果可为大规模光伏接入弱电网工程提供参考。

弱交流电网条件下VSC-HVDC改进矢量控制方法

当电压源换流器型直流输电(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)联接弱交流电网输送功率接近交流电网静态稳定极限时,经典矢量控制方法无法保证换流器稳定运行。文中分析VSC联接于弱交流电网时的潮流特性,研究经典矢量控制外环在弱交流电网条件下的特性,通过基于小信号模型的极点分析研究导致换流器无法稳定运行的原因,基于VSC联接于弱交流电网时的失稳机理提出一种改进矢量控制方法,在矢量控制外环增加前馈支路,增加暂态无功响应速度,提高弱交流电网条件下VSC在输送功率接近交流电网静态稳定极限时的稳定性。最后,基于小信号建模的极点分析和时域仿真结果验证改进矢量控制方法的有效性。

双频法在浮地交流电网绝缘故障定位中的应用

针对浮地交流电网,提出了用双频法对电网绝缘故障支路定位的方案,分析了对浮地电网注入低频信号后的漏电流特性,给出了从包含复杂频率成分的信号中提取注入频率电量的方法。注入频率的选择直接影响到双频法应用于电网绝缘故障支路定位的效果,在给定注入信号频率的选定原则基础上,根据实际情况,确定了注入信号频率的可选择范围。通过现场实际应用表明,该方案是可行的。

交流电网不平衡情况下电压源换相直流输电系统的控制策略

推导了交流电网不平衡情况下电压源换相高压直流输电系统(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)电磁暂态模型,提出了适用于该场合的抑制直流电压二次波动的控制策略。通过分析αβ坐标与dq+和dq-坐标之间的变换关系,得出结论:在正序旋转坐标下正序分量为直流量,负序分量是频率为100Hz的交流量;而在负序旋转坐标下负序分量为直流量,正序分量是频率为100Hz的交流量。通过简化交、直流侧电路,建立考虑换相电抗器损耗的交流系统不平衡情况下VSC-HVDC系统电磁暂态数学模型。为了抑制发生不平衡故障时直流电压的二次波动给VSC阀和直流电容器产生额外应力等问题,设计基于正、负序旋转坐标系的双电流内环控制器和直流电压外环控制器。仿真结果证明所提出的数学模型正确、可靠,所提出的控制策略能够有效地抑制直流电压二次波动。

基于场路直接耦合模型的交流电网直流偏磁电流分布研究

直流输电系统单极大地方式运行会导致交流系统部分变压器处于直流偏磁状态。基于场路直接耦合方法,建立了±800 k V溪浙和±800 k V灵绍特高压输电工程的直流偏磁计算模型,确定了建模范围和地网参数,并对土壤模型进行了修正,将直流偏磁电流计算值与现场测试结果进行了对比,测试站点的总的相对平均误差≤5%,验证了计算模型的准确性。进一步计算分析了单极大地运行方式下,直流接地极周围110 k V及以上电压等级变电站中变压器的直流偏磁电流分布规律,结果表明:站点的直流电流随着站点与直流接地极之间距离的增加而减小;多台变压器并列运行时,流过每台变压器的直流电流将大幅度下降;首末站点间跨度增大时,流经两站点的电流将增大。研究可为大型交流电网直流电流分布计算和直流偏磁治理提供参考。

直流输电系统接地极电流对交流电网的影响分析

基于三广直流输电系统(三峡广东高压直流输电工程)的调试结果,分析了有多个直流系统落点的交流电网中直流接地极电流对交流电网影响的基本规律。提出为减小直流接地极电流对交流电网的影响应合理安排直流系统的运行方式;建立可靠的电流通道,减小接地极的接地电阻或建立专门线路;合理安排电网中交流变压器的接地点和接地方式。文章介绍了实施上述措施需进行的具体研究工作。

不对称交流电网下MMC-HVDC系统的控制策略

在MMC-HVDC系统中,交流电网不对称会导致MMC换流器交流侧电流不平衡、直流侧出现较大的2倍频电流和电压波动等问题。为解决这些问题,该文建立不对称交流电网下MMC-HVDC系统的数学模型,提出一种带有前馈补偿的交流电流、桥臂环流和直流电流的解耦控制策略及子模块电容电压和直流电压的平衡控制策略,避免了由交流电网不对称引起的功率振荡传播到直流系统,抑制了直流侧电流和电压波动,使得MMC在交、直流系统间起到了＂防火墙＂的作用。同时,改善了换流器直流侧电流、交流侧电流、子模块电容电压和直流电压控制的暂态性能。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和所提控制策略的有效性。

±800kV直流接地极对交流电网的影响范围

±800kV特高压直流输电单极-大地回路方式运行时强大的入地电流将对接地极周边环境及交流电网造成很大影响。针对随着四川大规模交直流电网的建设,交流变电站和直流输电接地极选址的矛盾日益突出的问题,根据±500kV直流输电工程的运行经验,结合具体极址资料和假定交流电网模型,采用经典镜像法和数值积分法分析计算了接地极对周边交流电网的影响范围。计算结果表明:流入交流系统的电流值,不仅与变电站间的地理位置及直线距离有关,同时与交流电力系统的网络接线及其参数等因素有关;±800kV直流接地极当其额定工作电流为4000A时,在选址时应至少对其周边20km范围内进行影响评估,作为新建换流站或≥110kV电压等级交流变电站,最好在距离接地极60km以外选择。

基于直流互联的交流电网频率稳定控制研究

直流互联交流电网已经成为解决大电网互联问题的一种有效手段。互联交流电网的直流联络线可以实现区域备用互补,提高电网运行经济效益,并改善电网受到扰动后的频率波动情况。该文基于直流联络线控制提出一种用于互联交流电网频率支援及恢复策略。该策略可以实现事故时的紧急功率控制,减小交流电网事故后的频率急剧下降和波动。同时,在事故后参与到电网恢复过程,起到保障电网在安全频率范围内运行和加速电网频率恢复的作用。最后,通过仿真软件PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果表明所提策略充分利用了直流调频能力,提高了互联电网的经济性和稳定性。

弱交流电网下含STATCOM的LCC-HVDC系统的附加阻尼协调控制方法

通过在电网换相换流器高压直流输电（line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC）逆变侧交流母线装设静止同步补偿器（static synchronous compensator,STATCOM）,来达到抑制换相失败的目的。然而研究发现,在弱交流系统工况下,STATCOM的控制系统（特别是交流电压控制外环）与LCC锁相环之间存在相互作用,会对后者的稳定可行域造成不利影响,进而可能引发整个混合系统的小干扰失稳现象。针对此现象,该文提出一种适用于弱交流系统下含STATCOM的LCC-HVDC系统的新型附加阻尼协调控制（supplementarydampingcoordination control,SDCC）,该方法基于LCC锁相环输出频率信息,引入阻尼系数以附加分量形式反馈到STATCOM定交流电压控制器外环输入中。基于Matlab的特征根理论分析及基于PSCAD/EMTDC的详细电磁暂态仿真结果表明,提出的SDCC控制可以有效抑制含STATCOM的LCC-HVDC系统中LCC锁相环增益过大引起的系统小干扰失稳现象,从而提高系统的稳定裕度。

混合型MMC接入弱交流电网稳定性分析及控制参数优化

针对桥臂由半桥子模块和全桥子模块级联构成的混合型模块化多电平换流器(MMC),首先研究了混合型MMC输电系统小信号建模方法。以一个两端系统为例,基于根轨迹分析,分析了不同控制模式的混合型MMC接入弱交流电网时小干扰稳定性约束下的最大有功功率,并基于参与因子及模式分析得到了不稳定模态的典型参与变量和振荡频率,且进行电磁暂态仿真验证。基于控制参数灵敏度及动态特性影响分析,得到有利于增强小干扰稳定性和提升最大有功传输能力的控制参数优化策略。研究表明:弱电网接入下,混合型MMC逆变运行时失稳主要与q轴控制相关,需减小内环比例控制系数和降低前馈交流电流、电压滤波截止频率;整流运行时失稳主要与d轴控制相关,需增大外环比例控制系数。

限流电抗器对接入弱交流电网的VSC-HVDC系统的小信号稳定性影响分析

小信号稳定性分析对于控制器的设计及柔性直流输电系统工程的建设具有重要作用,直流侧限流电抗器对柔性直流输电系统的小信号稳定性会产生一定的影响。首先建立了接入弱交流电网的VSC系统的小信号模型,推导了VSC系统状态空间的矩阵表达式,并绘制出了不同限流电抗器时系统的根轨迹曲线,研究了主导极点在坐标系中的变化情况。研究结果表明:弱交流电网下,VSC系统的小信号稳定性随着限流电抗器的增大而降低直至失稳。最后,在PSCAD/EMTDC环境中搭建了VSC系统的仿真模型,仿真结果验证了小信号模型的正确性,同时证明了VSC系统的小信号稳定性随限流电抗器的增大而降低这一结论。