多端柔性直流电网线路故障暂态等值电路及暂态特征分析

线路保护问题是柔性直流电网进一步发展的瓶颈,故障后的等值电路及暂态特征作为线路保护的理论基础亟待系统性分析。该文利用换流器与输电线路的暂态模型和故障点的边界条件,建立线模–零模解耦后的暂态等值电路,得到故障行波传递到故障线路端口、直流母线和非故障线路端口的传递函数,分析初始故障行波的暂态变化特征。此外,通过分析故障行波在感性线路端口和故障点间的多次折射和反射,得到故障行波在线路端口反射和故障点折射、反射后波形的方向和幅值变化规律,并分析在故障点线模和零模之间的混叠现象。最后,在PSCAD/EMTDC搭建四端仿真模型,通过理论计算值和仿真模拟值的对比分析验证正确性,并分析换流器、限流电抗器等器件参数变化时波形的变化特点。

风电接入对继电保护的影响(二)——双馈式风电场电磁暂态等值建模研究

提出建立双馈式感应发电机(DFIG)风电场多机等值方案。考虑到DFIG风机短路故障条件下投入转子Crowbar保护后,短路电流与转子实时转速相关的特点,提出以短路故障前瞬间的风机转子转速值作为DFIG风机分群的指标,以准则函数E收敛后得到的值最小为分群标准,采用K-means算法将具有相近指标的机组分到同一机群中。针对单个机群中可能存在多种型号DFIG风机的情况,采用基于容量加权的参数聚合法,计算等值风电机组转子运动方程参数、阻抗参数、变流器及其控制环节参数和箱式变压器参数。在PSCAD/EMTDC平台上建立DFIG风电场详细模型及其等值模型,仿真结果表明在相同故障条件下,风电场等值模型的故障电流能够很好地拟合详细模型。

中性点经消弧线圈接地系统小电流接地故障暂态等值电路及暂态分析

对于经消弧线圈接地系统的小电流接地故障,传统暂态等值电路存在忽略线模信息、消弧线圈位置不准确、缺乏具体参数计算方法等缺陷,无法用于故障暂态的定量分析和计算。建立包含故障点上下游网络的小电流接地故障分布参数模型,利用模型简化原则建立由等效电阻、等效电感、系统对地分布电容及消弧线圈等效电感构成的Γ型精确暂态等值电路。基于简化原则推导出表达形式简单、满足工程应用需求的简化参数计算方法。与传统暂态等值电路相比,所建等值电路包含线模和零模信息,等效电感近似等于故障点到母线间线路的零模电感与2倍线模电感之和,且消弧线圈接于母线处更符合实际情况。针对低阻接地、高阻接地,分别给出暂态电流的解析表达式,分析暂态主谐振频率、幅值、衰减因子等要素随故障条件的变化规律,分析结果有助于更全面把握故障暂态特征。最后利用仿真及现场故障数据验证了所建暂态等值电路模拟精度更高、适用性更强、暂态分析结果正确。

中性点不接地系统小电流接地故障暂态等值电路的建立

对于小电流接地故障,暂态等值电路是故障暂态分析的主要工具,可定量计算暂态电气量,为接地故障保护、过电压防护、接地补偿及配电网中性点接地方式选择等提供理论依据。针对传统暂态等值电路忽略了线模分量且缺乏明确的参数计算方法的问题,提出一种工频等效阻抗与首谐振频率相等、首谐振频段内等效阻抗综合误差最小的模型简化原则;针对中性点不接地系统,建立了基于线路分布参数、包含故障点两侧网络的小电流接地故障复合网络模型;依据模型简化原则将复合网络模型逐级简化。最终得到一个包含线模和零模分量的等效电阻、等效电感与系统对地分布电容构成的?型暂态等值电路,以及模型参数的准确计算方法。相比于传统暂态等值电路,所提出的暂态等值电路具有更高的模拟精度和更强的适用性。

风电接入对继电保护的影响(一)——鼠笼式风电场电磁暂态等值建模

提出建立鼠笼式风电场多机等值方案。提出以故障初始时刻的鼠笼式风机的标幺值功率作为分群指标。采用K-means算法,以准则函数收敛后得到的值最小为分类标准,实现对机组的分群。针对单个机群中可能存在多种型号鼠笼式风机的情况,采用基于容量加权的参数聚合方法,分别计算等值风电机组转子运动方程参数、阻抗参数和箱式变压器参数。最后在PSCAD/EMTDC软件平台上建立鼠笼式风电场详细模型及其等值模型,仿真结果表明在相同故障条件下,风电场等值模型的故障电流能很好地拟合详细模型,验证了所提等值方案的有效性。

基于改进型K-均值算法的双馈风电场暂态等值研究

针对DFIG风电场单机等值精度较差问题,建立了一种基于改进型K-均值算法的多机暂态等值模型,用来提高等值精度。首先选取能够反映风机暂态运行点的主导状态变量作为划分指标,并依此进行多机等值;然后,运用加权容量法对DFIG等值机相关参数进行计算。最后,对比了等值模型与详细模型在相同故障扰动时的特性曲线,结果验证了等值方案的有效性。

基于PSCAD的双馈风电机组暂态等值模型研究

随着接入电网的风电场规模日益增大,电力系统暂态过程研究对风电场准确简洁建模的需求愈发迫切。本文研究了一种基于PSCAD仿真平台的降阶双馈风电机组等值模型。该等值模型保留了原双馈风电机组(DFIG)详细模型中的风力机模型、轴系模型以及发电机模型,同时采用两组独立可控电流源及其对应配套控制策略,替代了由电力电子装置构成、仿真计算资源需求大、精度要求高的背靠背PWM变流器组及配套控制系统。基于PSCAD的仿真分析对所搭建的双馈风电机组等值模型的基础控制特性、暂态响应特性,以及仿真计算效率进行了验证,证明了该模型既可以有效保持双馈风电机组的暂态响应特性,同时又大幅度提高了仿真计算效率。

基于暂态分层等值算法的UHVDC换流站短期可靠性评估

特高压直流(ultra-high voltage direct current,UHVDC)线路传输容量大,其可靠性对电网安全极为重要。现有UHVDC系统可靠性研究只考虑长期可靠性,不能反映元件故障后可靠性短时变化。基于UHVDC换流站结构、瞬时状态概率和稳态等值算法,提出了暂态分层等值算法以建立换流站瞬时状态空间等值模型,同时提出了具有时变特性的双极可用率和双极停运率等可靠性指标。引入平均概率算法,计算换流站状态概率和可靠性指标在一段时间内的均值。所提模型拓展了现有UHVDC系统可靠性评估算法和指标,有利于量化其短期运行风险。通过与瞬时状态概率算法作比较,验证了所提暂态分层等值算法的正确性。结果表明UHVDC换流站瞬时状态概率与其稳态值存在差异,从不同初始状态向稳态值收敛。

异步电机暂态等值电路和暂态电磁转矩分析

推导了异步机的５种暂态等值电路，稳态时可退化为相应的５种稳态等值电路，因此更具有概括性。利用Ｔ－Ｉ型暂态等值电路，推导了电流型逆变器驱动异步电动机进行转速控制时暂态电磁转矩的表达式，分析了不产生暂态电磁转矩，以达到快速响应的条件。

采用等值电磁暂态模型与平均值模型的MMC启动研究

开展了采用等值电磁暂态仿真模型与平均值模型的MMC启动研究。分析了MMC在启动以及直流故障期间桥臂电容电压的动态过程,提出了改进的MMC等值电磁暂态仿真模型。通过分析桥臂总电容电压的动态特性,提出了可仿真任意工况的MMC平均值模型。在PSCAD/EMTDC下搭建了21电平MMC的详细电磁暂态仿真模型、等值电磁暂态模型和平均值模型。仿真验证了等值电磁暂态模型和平均值模型的正确性,以等值电磁暂态仿真模型为研究对象,研究了启动电阻切除时间和直流电压参考指令值给定方式对系统启动的影响。

基于行波解析分析的柔性直流输电线路故障智能检测方法

故障数据匮乏是制约数据驱动故障检测方法应用的重要原因,为解决这一问题,提出一种基于行波解析分析的柔直输电线路故障智能检测方法。根据行波表达式生成训练样本,有效表达区内、外故障行波具有的主要特征。通过构造多层感知器(multi-layer perception,MLP)模型建立该行波特征与故障位置之间的映射关系,进而输出故障检测结果。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建双端柔直系统模型,生成仿真样本,对训练后的智能检测模型进行测试。结果表明:该方法不依赖于大量历史故障数据,基于行波解析表达式这一继电保护领域知识提取行波特征,即可准确识别直流线路的区内外故障,并且具有较强的耐受过渡电阻能力,为解决传统模型受制于历史故障数据问题提供了一种可行思路。

大型光伏电站等值建模综述

现阶段对大型光伏电站详细模型的研究较多,而对等值模型的研究较少。本文对光伏电站的稳态等值模型和暂态等值模型进行了概述。对于稳态等值,考虑节点处理方法与整体等值模型,其模型的建立有利于潮流计算和静态稳定性分析。对于暂态等值,单机等值基于容量加权或参数辨识进行处理,多机等值则考虑不同的分群指标和分群方法,其模型的建立有利于进行系统的大扰动仿真分析。然后对等值参数的计算和集电网络的等值作简要介绍。最后提出了需要进一步改进和研究的问题。

自阻型模块化多电平换流器故障后恢复策略与等值模型

提出了一种可仿真故障后恢复过程的自阻型模块化多电平换流器(SB-MMC)等值电磁暂态模型。首先针对自阻型模块化多电平换流器高压直流输电(MMC-HVDC)系统在直流故障后快速恢复的问题,设计了SB-MMC故障后快速恢复控制器与恢复策略,并分析了自阻子模块在恢复过程中的动态特性。基于上述SB-MMC的动态过程分析,提出了适应于任意工况的SB-MMC等值电磁暂态模型。最后,通过在PSCAD/EMTDC下的多组仿真,验证了SB-MMC等值电磁暂态模型的精确性并验证了故障后快速恢复控制方法的有效性。

模块化多电平换流器的快速数字仿真模型

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)拓扑中含有大量电力电子开关元件,因而在基于器件电气物理模块的电磁暂态仿真环境中仿真速度十分缓慢.提出了一种基于简化阻抗变换矩阵的MMC快速数字仿真模型,将电气开关等效为两个状态的可控等效电阻,电容则等效为其暂态等值模型,从而构建了单个子模块的等效阻抗变换矩阵,通过等效电阻串联的方式,简化了矩阵计算,大幅降低了MMC的仿真时间.在Matlab/Simulink环境下搭建了MMC快速数字仿真模型,验证了该模型的有效性.

面向区域电能路由器的高效仿真建模方法

随着区域电能路由器功率等级的提升,其拓扑结构和控制策略设计越来越复杂。如果基于装置的详细拓扑搭建仿真模型,则会导致装置或系统的电磁暂态仿真效率十分低下。针对已有的围绕电力电子装置或系统高效仿真建模方法的不足,该文基于暂态等值模型,提出了适用于区域电能路由器的高效仿真建模方法。该方法通过级间解耦方法,将复杂的电路网络分割成若干个子网,并通过模块及模块组合的Thevenin等效方法降低了单个网络的节点数量,从而实现了对节点导纳矩阵的降阶处理,提高仿真效率。该方法可适用于装置的稳态及负载切换、故障时装置的运行调试,也可适用于与电网的联合仿真。基于一台10kV/1MW四端口区域电能路由器进行测试,证明了该方法的快速性和准确性。

Fast emergency control strategy calculation based on dynamic equivalence and integral sensitivity

To simplify the transient stability analysis of a large-scale power system and realize real-time emergency control,a fast transient stability simulation algorithm based on real-time dynamic equivalence is proposed.Generator models are grouped and aggregated according to a fast numerical integration.A fast calculation method of the admittance matrix is then proposed to calculate the parameters of an equivalent system,and numerical integration is performed using the obtained equivalent system.Then,based on integral sensitivity,a new fast emergency control strategy is proposed for the equivalent system.The final emergency control strategy is obtained by mapping the control strategy for the equivalent system back to the original system.The results of a simulation on an East China Power System that includes 496 generators and 5075 buses show that the suggested algorithm can output an accurate transient stability simulation result and form an effective emergency control strategy.The proposed algorithm is much faster than the existing solutions and has the potential to be used for online pre-decision.