计及保护动作与换相失败的逆变侧阀短路故障定位

鉴于现有阀短路故障定位方法依赖桥臂电流信息,而目前工程实际中存在桥臂电流不易获取、定位精度不高的问题,提出了一种无需桥臂电流的逆变侧阀短路故障定位方法。考虑控保系统对不同位置阀短路故障响应特性以及逆变侧阀短路故障引起的换相失败对故障特征的影响,分析了不同时刻发生逆变侧区内4种典型阀短路故障的故障特征。结合逆变侧保护动作情况和系统电气量特征,设计了不同位置阀短路故障识别判据,进而实现逆变侧换流器区不同位置阀短路故障定位。基于RTDS与实际控保系统的数模混合仿真验证了所提故障定位方法的有效性。

交流侧单相接地短路故障引起高压直流输电换相失败的研究

针对交流侧单相接地短路故障引起高压直流输电换相失败的问题,阐述了高压直流输电系统(HVDC)的组成和直流输电换相失败的机理,分析了其受交流系统单相接地短路故障影响的原因,并基于PSCAD/EMTDC仿真软件以CIGRE直流输电第一标准模型为仿真模型,对交流侧的单相接地短路故障引发HVDC系统换相失败的情况进行仿真研究。PSCAD仿真分析结果表明,增大关断角来减小换相失败几率的方法会导致整个高压直流输电系统的输送功率减少,消耗更多的无功功率。

计及直流短路特性的单相故障换相失败免疫指标

对电力系统最常见的单相故障,提出单相故障本地换相失败免疫指标和多馈入系统的换相失败免疫指标。在计算接地阻抗和短路电压的关系时,针对阻抗法未考虑直流系统短路特性的不足进行分析,提出基于交直流潮流的多馈入系统短路电压计算方法,以更加精确地得到临界阻抗。基于CIGRE-benchmark模型构建了三馈入系统,通过时域仿真结果、阻抗法计算结果和文中结果的对比,证明了所提算法的有效性和先进性。

采用滤波换相换流器的多馈入直流输电系统中换相失败问题的研究

将滤波换相换流器(FCC)引入到多馈入直流输电(MIDC)系统,以CIGRE直流输电标准模型为基础,推导求得含FCC的混合MIDC系统(由FCC和电网换相换流器(LCC)构成)的熄弧角计算模型。通过算例对比分析了传统MIDC系统和混合MIDC系统在不同电气距离和交流强度下逆变站发生换相失败时的相互影响。在PSCAD/EMTDC中建立了传统MIDC系统和混合MIDC系统模型,并进行仿真对比研究,结果表明:与传统MIDC系统相比,FCC提高了熄弧角裕度,有效提升了换相过程中的抗扰动能力,也削弱了子系统间换相失败的影响强度,降低了发生连续换相失败的几率。

基于临界熄弧角的多馈入直流系统换相失败判断方法

从换相失败的基本原理出发,通过对换流阀工作特性的分析和电磁暂态仿真证明基于临界故障阻抗边界的概念,提出了一种以最小熄弧角为判据快速判断直流系统换相失败的方法。基于节点阻抗矩阵,利用节点电压交互作用因子,计算系统中各节点发生三相短路接地时逆变站熄弧角,以临界熄弧角为判据判断直流系统是否发生换相失败。本文最后利用PSS/E仿真软件,在两馈入直流输电系统中验证了所提出的基于临界熄弧角的多馈入直流系统换相失败判断方法的有效性和准确性。

多馈入直流输电系统继发性换相失败影响因素分析

继发性换相失败给多馈入直流输电(MIDC)系统的安全运行带来严重威胁,针对继发性换相失败影响因素的研究有着非常重要的意义。首先根据换流器工作原理并结合MIDC系统结构特点研究了继发性换相失败的发生机理;然后对继发性换相失败的两个因素:换相失败引起交流电压的变化和多馈入直流输电系统耦合关系进行了详细的分析;最后在PSCAD/EMTDC中建立了MIDC系统模型,仿真分析了典型工况下MIDC系统继发性换相失败的影响因素。根据仿真结果,多馈入系统中交流故障、多馈入系统电压交互影响因子和多馈入短路比共同决定了继发性换相失败的发生。

基于短路比滚动评估的直流系统退出运行故障集建立方法

为评估交直流混联受端电网连锁故障引发直流系统持续换相失败的风险,提出了一种基于短路比滚动评估的直流系统退出运行故障集建立方法。该方法通过支路开断分布因子快速计算故障后其余线路的负载率,从而确定受线路开断潮流变化较大的线路作为后继故障线路;通过滚动计算每次故障后交流系统的短路比和有效短路比指标,当故障后受端电网短路比/有效短路比降低至阈值以下时判断直流系统退出运行,完成连锁故障集的构建。PSD-BPA程序仿真结果表明,河南电网发生建立的连锁故障后,短路比/有效短路比降低至2/1.5以下,±800 k V哈郑直流发生持续换相失败,最终退出运行,验证了所提方法的有效性。

并联型多端直流输电系统的控制策略与故障特征

为适应并联型多端直流输电系统更灵活、更精准的电压、电流控制要求,对其控制保护策略进行了研究,提出了一种适用于并联型多端直流输电系统的控制策略和一种直流线路短路故障下不依赖直流断路器的故障清除策略,并研究了交流系统短路故障时多端直流系统与2端直流输电系统的不同特征。对一个并联型4端双极直流输电系统进行仿真分析,结果显示所提出的控制策略可行、有效,控制模式切换不会引起系统明显扰动,且在直流线路短路故障时可摆脱对直流断路器的依赖。相比2端系统,多端系统逆变站交流侧短路故障对系统的冲击更严重。

基于故障限流器的直流多馈入受端系统动态分区技术

为提升直流多馈入受端系统的运行性能,提出一种基于故障限流器的电网动态分区技术。该技术的基本思想是根据网架结构,选择合适的交流线路安装故障限流器,从而将系统划分为若干个相互之间由故障限流器隔开的区域。在正常情况下,故障限流器等效阻抗为0,不会影响系统的潮流分布和电压水平;当交流系统发生短路故障时,故障限流器将投入限流阻抗以限制短路电流,阻隔故障在各区域电网之间的传递,从而有效缩短直流线路换相失败的持续时间,加快直流功率恢复,缓解多回直流线路同时换相失败引起的交流系统功率不平衡和潮流转移问题,提升整个系统的暂态稳定性。以2个典型结构的直流多馈入受端系统为例,验证上述分区技术的有效性。

一种直流近区交流线路短路电流实用计算方法

直流近区交流线路发生短路故障时,会引发换流站发生换相失败,形成交流系统故障和直流系统换相失败故障叠加而成的复故障,与传统交流线路短路故障表现出的特性有较大差异。首先给出直流换流站的工作原理,分析交流系统短路故障引发换流站发生换相失败期间的换流桥通路,从换流站晶闸管导通关断的角度给出复故障期间直流近区交流线路保护安装处测得的短路电流的变化情况、短路电流极大值与短路故障发生时刻的关系,给出单相短路故障期间直流近区交流线路换流站侧可以达到短路电流极大值的变化规律,并给出短路电流工程计算用的算式。仿真结果证实该算式的有效性,为混联电网短路电流计算提供参考。

一种交直流混联系统连锁故障链搜索方法

为研究交流系统发生的连锁故障对直流换流站闭锁的影响,同时考虑柔性直流馈入对原网络稳定的影响,结合多馈入短路比、潮流转移分布系数等指标及基于热量累积原则的过载线路开断策略,提出了一种适用于含柔直的交直流系统连锁故障链搜索方法。仿真结果表明,所提方法能高效搜索出考虑直流站闭锁情况的交直流系统连锁故障的演化路径,为后续交直流系统连锁故障特性研究提供了一种可行性思路。

直流控制系统对直流近区交流线路短路电流幅值的影响

在故障期间良好的直流控制系统可以减少故障对电网的伤害。介绍了目前主流的直流控制系统逆变侧的结构及其主要参数,分析了控制系统的低压限流、最大触发角控制、电流放大器和换相失败预测等环节的基本结构,通过PSCAD/EMTDC软件搭建仿真模型,在故障期间分别限制不同控制环节的信号输出,研究其对短路电流幅值的影响,指出换相失败预测环节是影响直流近区交流线路短路电流幅值的直接因素,最大触发角控制和电流放大器环节间接影响短路电流幅值。

柔性直流分区技术在多直流馈入的受端电网中的应用研究

多直流馈入的受端电网由于多直流落点受端系统的交直流相互作用复杂、直流馈入功率大,存在着交流故障引起多条直流同时发生换相失败的风险、区域间潮流交换困难、短路电流水平超标等问题。柔性直流输电以其快速灵活的调节功率、不增加系统短路容量等优越特性,在远距离大容量输电、异步联网等方面获得了广泛的应用。利用柔性直流输电的技术优势来进行电网分区,不仅可以降低甚至消除交流故障期间交直流系统间和各个直流系统相互之间的耦合,还可以向系统提供无功支撑,减少因交直流系统相互影响而带来安全稳定问题的发生。本文引入了短路电流裕度、多馈入短路比、引起直流换相失败的短路故障比例、短路故障造成直流功率丢失的比例等受端电网网架评估指标,对以江苏电网为代表的多直流馈入受端电网现状进行评估。通过应用柔性直流分区技术后的评估指标对比,江苏电网的安全稳定性得到明显提升。

广东交直流混合电网的运行稳定性研究

建立了包含广东220kV及以上电压等级系统和主要互联省网等值系统的详细机电暂态仿真模型,在BPA平台上对2005年处于多回直流馈入交直流混合运行状态的广东电网的运行稳定性问题进行了全面测算和分析。通过计算广东电网的各逆变站在不同运行方式下的短路比分析了广东电网作为直流受端系统的强度。通过负荷中心附近发生单重和多重故障时的暂态稳定计算,分析了多个逆变站同时发生换相失败的可能性及其对广东电网安全稳定性的影响。通过区内外多重故障后果的对比分析,指出了广东电网的薄弱环节,并提出了相应的控制对策。