基于电压-电流采样轨迹的混合直流输电线路纵联保护方法

为提高混合直流输电系统线路保护的抗干扰能力和适用范围,提出一种基于电压-电流采样轨迹的直流输电线路保护方案。首先,从理论上分析了直流线路故障时测量电压与测量电流之间的关系,揭示了区内/外故障时的电压-电流线性度差异。然后,以区外故障时电压-电流所服从的线性模型作为假设模型,将实测数据得到的采样轨迹与假设模型对应的直线进行比对,引入拟合优度指标作为特征量来量化并放大实测数据与假设模型的差异,并进一步给出直流输电线路保护方案。最后,在PSCAD/EMTDC中建模并仿真分析了多种因素对所提保护方案的影响,结果表明所提保护方案能够可靠、快速地识别直流输电线路故障,在高阻和强噪声的场景下仍可适用,且无需提取特征频带,无需双端数据严格同步,对于保护装置的采样率要求较低,易实现工程应用。

连接无源网络的LCC-FHMMC混合直流输电系统送端交流故障穿越控制策略

LCC-FHMMC型混合直流输电系统可以完全解决逆变侧换相失败问题,在向无源网络供电领域具有广阔的应用前景。建立了双端混合直流输电系统的数学模型,在分析送端交流故障机理和无源网络工作特性的基础上提出一种基于桥臂电压控制的故障穿越控制策略。通过让负荷主动参与调节换流站不平衡功率,快速恢复直流功率传输的同时有效避免切负荷,同时实现受端换流站和负荷的故障穿越。依靠全桥子模块拓扑能够输出负电平的特点扩大逆变侧直流电压的调节范围,避免子模块电容过度放电导致的换流站闭锁,有效减小了故障清除后直流冲击电流。设计了不同严重程度交流故障下相关参数的选取原则,后基于电磁暂态仿真软件搭建双端混合直流输电系统的仿真模型验证了所提控制策略的有效性。

基于虚拟电阻的混合直流输电系统振荡抑制策略

针对混合直流输电系统在其定直流电流控制器参数增大时容易发生直流电流振荡的问题,提出一种基于虚拟电阻的振荡抑制策略。该策略基于电流振荡分量和引入的虚拟电阻,产生与扰动分量反相的附加电压,实现对直流电流振荡的抑制。首先,建立混合直流输电系统的小信号模型,分析定直流电流控制器参数对系统小信号稳定性的影响。其次,提出基于虚拟电阻的振荡抑制策略,研究虚拟电阻对系统小信号稳定性的影响,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提控制策略的有效性。最后,分析在不同定直流电流控制参数下虚拟电阻的稳定范围。研究结果表明,所提控制策略能够有效解决直流电流振荡的问题,提高系统稳定性。

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。

计及换流站控制特性的多端混合直流输电系统故障暂态计算方法

精确的故障暂态计算是多端混合直流输电系统参数设计及其控制保护策略研究的基础。为此,该文计及不同换流站的控制特性,提出一种适用于多端混合直流输电系统的故障暂态解析计算方法。首先,分别构造考虑LCC整流站和MMC逆变站控制系统的复频域等值模型,建立计及直流架空线路频变特性的分布参数模型,推导多端混合直流系统的节点阻抗矩阵。在此基础上,计算故障节点电压和故障支路电流的复频域值,再利用拉氏反变换获得电压和电流的时域值。最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件搭建三端混合直流输电系统模型,对所提故障计算方法的准确性和快速性进行仿真验证。

MMC-LCC混合直流输电系统分段下垂控制策略

由模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)和电网换相换流器(line commutated converter,LCC)构成的混合直流输电系统中,LCC换相失败严重影响系统的安全稳定运行。文中首先分析MMC-LCC混合直流输电系统换相失败时的电流特性以及交直流电压特性。其次,考虑调制比对半桥型MMC的影响,采用MMC电压改善控制策略拓展电压调制比的可行域。然后,提出MMC电压分段控制策略,根据交流电压跌落程度的不同,分别设计直流电压参考值的调节方法,优化混合直流输电系统电压控制逻辑,实现MMC电压在正常运行与故障情况下的有效切换。最后,在MATLAB/Simulink中搭建MMC-LCC混合直流输电系统模型,对交流电压不同跌落程度进行仿真,结果表明所提控制策略能在实现故障穿越的同时提高直流电压控制精度,增强系统稳定性。

昆柳龙特高压三端混合直流输电线路边界频率特性研究

为研究电网换相换流器和模块化多电平换流器并联型特高压三端混合直流线路行波边界保护,有必要研究电网换相换流器和模块化多电平换流器并联型特高压三端混合直流线路边界频率特性。特高压三端混合直流输电线路边界不对称,分析了昆北侧边界、柳北侧边界、昆柳段线路末端边界、柳龙段线路首端边界、龙门侧边界的拓扑结构。建立特高压多端混合直流输电线路边界频域模型,分析线路边界的频率特性,研究高频和中低频暂态信号在输电线路边界作用下的衰减特性。研究结果表明:昆北、柳北、龙门侧边界,对高频暂态信号呈高阻特性,有较强的衰减作用;昆柳段线路末端边界和柳龙段线路首端边界,对中低频暂态信号具有一定衰减作用,对高频暂态信号衰减较弱。

LCC-FHMMC混合直流输电系统受端交流系统故障穿越控制策略

送端采用电网换相换流器(LCC)、受端采用全半桥子模块混合型模块化多电平变流器(FHMMC)的LCC-FHMMC混合直流输电系统,当受端交流系统发生故障时,受端交流电压跌落,受端功率传输受阻,盈余的功率导致子模块电容过电压,甚至可能造成设备的严重损坏。为此,提出了一种基于FHMMC直流电压降压运行的受端交流系统故障穿越控制策略,使其直流电压始终低于逆变侧交流母线的电压有效值。同时,整流侧LCC保持常规的定直流电流控制,保证逆变侧的直流电流在额定值附近运行,从而实现了进入直流系统的有功功率与逆变器向受端交流系统输出的有功功率之间的平衡。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台上对LCC-FHMMC混合直流输电系统受端交流系统发生的对称故障和不对称故障分别进行了仿真分析,仿真结果验证了所提控制策略能够快速有效地穿越受端交流系统故障,并抑制子模块电容过电压。

基于小波能量谱和SSA-GRU的混合直流输电系统故障测距方法

针对混合直流输电系统故障测距存在行波波头难以识别以及固有主频不易提取的问题,提出一种基于小波能量谱和麻雀搜索算法(sparrow search algorithm, SSA)优化的门控循环单元(gate recurrent unit, GRU)模型的故障测距方案。首先,分析频谱能量与故障距离的相关关系,利用小波包分解提取小波包能量谱特征向量,作为GRU模型输入。其次,搭建和训练GRU模型,挖掘时间序列中的深层次故障信息,并利用SSA的迭代寻优对GRU模型参数进行优化,实现故障距离的快速准确定位。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建混合三端直流输电系统模型,实验结果证明该方法定位精度高、抗干扰能力和泛化能力强,并具有一定的耐过渡电阻能力。

±800 kV混合直流输电工程用DC 80 kV SF_(6)/N_(2)等离子体喷射触发间隙研制

白鹤滩—江苏±800 kV混合直流输电工程在交流侧故障穿越过程中,为了限制柔直母线上过电压吸收冗余能量需要加装可控自恢复消能装置。为了实现可控自恢复消能装置的1 ms快速投入,需要研制DC 80 kV SF_(6)/N_(2)等离子体喷射触发间隙。根据工程需求,分析了工程应用条件,明确触发间隙关键技术要求。针对高性能触发的要求,提出了高压脉冲型等离子体双级接续触发方法,设计了同轴层压式产品化触发腔,搭建触发特性试验平台,开展触发性能试验研究,并提出通过监测触发过程中储能电容电压变化在线监测触发性能的方法,研究结果表明,最低可触发电压为50 kV,触发时延在0.3 ms以内,空载触发寿命为1800次。针对大直流通流及快速绝缘恢复的要求,依据横磁电极旋弧原理,完成自旋弧主电极设计,开展电场及旋弧仿真,设计搭建了通流及绝缘恢复试验回路开展试验研究,拍摄电弧运动。结果表明,电弧能够沿主电极边缘高速旋转,实现30kA/50ms通流后0.1s恢复耐受1.5倍额定电压、通流寿命50次。基于上述关键问题的解决,完成了双冗余等离子体喷射触发间隙本体及高电位测控的成套装置结构设计,研制了样机并通过了第三方性能试验验证,绝缘、触发和通流关键技术指标全面满足白江工程要求并将工程应用。

基于信号复杂度的特高压多端混合直流输电线路方向保护

提出一种基于信号复杂度的特高压多端混合直流输电线路方向保护方法。分析T区两侧暂态功率正负性的差异特征,提出基于暂态功率能量的故障方向识别方法。分析线路边界频率特性,根据线路边界衰减高频分量的特征,利用经验小波奇异熵作为评价暂态量信号复杂度的指标,提出了基于信号复杂度的直流线路区内外故障识别方法。在方向判据和区内外故障识别方法的基础上设计了完整的保护动作方案。仿真结果表明,该保护方案能准确判别故障方向,能正确区分区内外故障,具有较强的耐过度电阻和抗干扰能力,可靠性较高。

基于EEMD和Bartlett检验的混合直流输电线路保护方法

混合直流输电系统克服了单一类型的传统直流输电系统和柔性直流输电系统各自存在的缺点,将两种输电系统通过不同的拓扑和连线结合在一起,在高压直流输电领域具有广阔的应用背景。因此,对于混合直流输电系统,如何快速可靠地识别线路故障成为电力系统安全稳定运行地重要研究内容之一。为了可靠且快速地识别线路故障,本文提出了一种基于集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)和Bartlett检验的混合直流输电线路纵联保护新方法。本方法利用线路发生故障后首末两端电流变化趋势的差异性,首先采用EEMD算法提取故障电流的低频分量,随后对其变化趋势进行了Bartlett检验,识别区内外故障。在PSCAD/EMTDC仿真软件上搭建LCC-MMC混合双端直流输电系统模型,实验结果证明了本文保护方法的正确性,并验证了该保护方法具有较强的抗过渡电阻和抗噪声能力。

浅谈混合直流输电系统控制保护技术

混合直流输电系统作为具有远距离大容量、均匀分布电能资源优势的电力系统,为提升系统运行稳定性与安全性,须充分利用控制保护技术,消除系统故障风险。本文立足案例中系统出现的阀组短路、直流线路故障,通过故障仿真分析、改进拓扑结构、动态链接控制、控制性能参数、抑制换相失败技术要点,创造有利的控制保护条件,以便本案例中的运行系统保持优良状态。

LCC-MMC混合直流输电系统单阀投入过程定有功MMC站电压平衡策略

送端采用常规直流(LCC)受端采用柔性直流(MMC)的混合特高压直流输电系统,在单阀在线投入过程中,定有功功率MMC站两串联阀组间电压可能出现失衡现象。分析了该不平衡现象的产生机理,随后提出一种基于调整阀间电压偏差值的电压平衡策略。该策略通过设定一个与预升压速率相同的函数分别对阀间电压的偏差值进行调整,并将其转化为有功功率偏差量。进而将该值与初始有功参考量相加后作为有功外环的参考值,最终实现阀组的在线平稳投入并过渡至稳态。基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了相关模型,通过对比三种不同阀间电压平衡策略对系统动态特性的影响验证了文章所提策略的有效性。

混合直流输电技术及发展分析

混合直流输电系统结合常规直流输电系统和柔性直流输电系统的优点,是一种新型直流输电拓扑结构。文中从混合直流输电系统的主接线和换流器拓扑结构、控制和保护技术等方面进行了系统分析,指出了混合直流输电技术的难点及未来的发展目标和方向。介绍了混合直流输电技术可能适用的场景及目前的应用现状。最后结合中国能源发展战略和未来电网的发展特点及需求,分析了混合直流输电技术研究及工程应用的趋势。

新型混合直流输电方式的研究

传统高压直流输电(HVDC)系统具有技术成熟、成本低廉的优点和需要吸收大量无功功率以及存在换相失败的危险等缺点;基于电压源换流器(Voltage Source Converter,VSC)的高压直流输电系统具有运行控制方式灵活的优点和相对成本较高的缺点。文中提出一种结合二者优点的新型混合直流输电方式,其送端采用传统HVDC 的相控换流器,受端采用VSC。仿真结果表明,这种混合直流输电系统可稳定地进行电力传输,且当交流系统发生单相接地故障和三相短路故障后,仍可以迅速恢复系统的稳定运行。

伪双极VSC-LCC型混合直流输电系统启动方法

为保障混合直流输电系统的顺利启动,推导了伪双极VSC-LCC型混合高压直流输电系统的数学模型,并设计了该系统中整流侧VSC和逆变侧LCC之间的协同控制策略。提出了3阶段式启动方案:第1阶段系统串联限流电阻通过VSC反并联二极管做不控整流建立直流侧电压;第2阶段启动VSC采用定直流电压控制,继续充电使得直流电压达到预设值;第3阶段退出限流电阻并启动LCC做定直流电流控制,电流控制量由零逐渐增至设定值,启动过程完成。最后在PSCAD/EMTDC中建立了伪双极VSC-LCC型混合直流输电系统的主电路和控制电路模型进行仿真,结果证明提出的启动控制方案是合理的。整个启动过程在1.5 s内完成,启动过程中无论是电流还是电压均未出现明显过冲现象;关断角的测量显示启功过程逆变侧LCC未发生逆变失败;启动完成后直流电压稳定在设定值400 kV,直流电流稳定在设定值1.0 kA,送端、受端有功功率则稳定在400 MW,系统能准确跟踪目标参考值稳定运行。

向无源网络供电的多端混合直流输电系统小信号模型及解耦控制

该文以向无源网络供电的多端混合直流输电系统为研究对象,旨在揭示系统中各换流站之间的交互作用关系,并研究解耦控制策略以削弱换流站之间的相互干扰,保证无源网络的电压稳定性。首先从LCC换流站及所连交流系统、VSC换流站及所连无源网络以及直流网络三部分构建混合直流输电系统小信号模型,并采用小信号分析方法,揭示换流站之间交互作用产生的机理,然后提出一种广域直流电压反馈控制,以抑制换流站之间的耦合。通过仿真证明,该解耦控制策略可有效削弱换流站之间的相互干扰,有效提高无源网络电压的稳定性。

混合直流输电系统的参数优化方法

混合直流输电系统结合了传统电网换相换流器(LCC)和电压源换流器(VSC)的优点,具有广泛的应用前景。文中针对整流侧为LCC换流站、逆变侧为VSC换流站的混合直流输电系统,介绍了单极型、伪双极型、双极型3种不同混合直流结构的特点及应用场合。考虑到混合直流输电系统的主电路参数和控制系统参数对系统的运行特性都有直接的影响,提出了一种可以同步优化主电路和控制系统参数的方法。首先,重点阐述了系统参数中直流平波电抗器L和直流电容器C的参数设计原则,然后基于Simplex算法对LC参数以及两侧控制器比例-积分的参数进行了优化。在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC下搭建了混合直流输电系统的模型,仿真结果表明,使用Simplex算法对系统参数进行优化后,其运行特性将得到改善,从而验证了所提出的参数设计优化方法的有效性。

适用于常规直流改造的混合直流输电系统主电路拓扑研究

分析比较了适用于混合直流输电系统的2种主接线方式的优缺点,针对常规直流改造为混合直流的特点,指出了适用于常规直流改造为混合直流的主接线方式。针对柔性直流架空线路故障隔离困难的问题,分析对比了4种可行的处理方法,指出了每种方法的优缺点及适用场合,并指出了适用于常规直流改造为混合直流的架空线故障处理方法。结合上述架空线故障处理方法,分析总结了工程中可行的4种适用于常规直流改造为混合直流的拓扑结构,并提出了2种非对称子模块混合型混合直流输电拓扑结构。从技术性和经济性两方面对这6种拓扑结构进行了对比分析,并指出了每种拓扑结构的适用场合。