级联多端特高压直流控制保护系统配置及策略

该文针对金上直流工程主回路拓扑结构与运行方式的特点,设计了送端分址级联多端特高压直流控制保护系统的配置方案;提出送端分站的高、低压换流器的电压平衡控制方案,根据送端两站间通信条件,切换采用附加电压平衡控制的触发角协调控制和串联两换流器一个定电压、另一个定电流的控制策略;基于送端分站级联拓扑,研究了其直流保护功能配置方案,并提出针对送端站1内的极区/换流器区故障或者送端两站之间直流线路永久故障的快速清除方法。基于控制保护工程样机的RTDS闭环仿真结果表明,该级联多端特高压直流控制保护系统可以满足实际工程应用的要求。

多馈入直流换相失败与同步电网交互影响机理研究评述

换相失败场景下交直流交互影响机理是多馈入直流系统安全稳定控制决策前提。从直流换相失败分类及机理、换相失败影响因素、换相失败评价指标及风险评估4个方面梳理了换相失败与同步电网交互影响机理研究现状,并从直-交、交-直两个角度分析了交直流电网的交互影响,最后介绍了基于受扰轨迹知识提取的交直流系统量化分析方法及应用现状,实例分析单直流换相安全评估方法推广至多直流连续换相失败的可行性,指出基于关断角受扰轨迹提取的量化分析方法能实现多馈入直流换相安全量化评估和换相安全性与系统稳定性的交互影响分析,后续应该理论分析多馈入直流换相失败场景下电压和频率跌落可接受性量化评估的适应性,在多维量化指标空间内,深入探讨同步电网多时间尺度复杂动态响应对多馈入直流换相安全的影响规律,揭示多馈入直流换相失败与同步电网动态响应相互作用机理。

昆柳龙特高压混合多端直流阀控触发异常分析及优化措施

昆柳龙特高压混合多端直流工程是世界首个特高压混合多端直流工程,较传统两端直流运行方式更加灵活,但也增加了控制保护策略的复杂性。自投运以来多次发生运行异常,其“首台套”控制保护系统和设备的可靠性有待进一步提升。详细分析了昆柳龙直流“6·9”阀控触发异常事件,全面梳理控制保护功能配置和直流响应情况,提出了增加阀组触发异常检测保护功能并实施应用,该策略能准确迅速检测出阀控脉冲丢失或脉冲延时故障,完善了直流控制保护系统对阀组触发异常工况的风险识别和抵御能力,有效提升昆柳龙特高压多端混合直流工程运行的可靠性和稳定性,研究成果可为后续特高压混合多端直流工程控制保护系统的功能设计提供借鉴和指导。

基于桥臂调制波调整的多端柔直系统直流过电压抑制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的多端柔性直流输电系统能够实现多电源供电和多落点受电,运行方式灵活,是解决清洁能源并网和消纳问题的有效技术手段。然而当系统受端交流侧发生故障时将出现盈余功率,导致直流过电压问题。对此,提出一种基于桥臂调制波动态调整的多端柔直系统直流过电压抑制策略。所提策略通过在换流阀桥臂调制波中引入直流电压偏差控制,动态调整暂态期间桥臂调制波的直流电压参考值,从而减少桥臂投入的子模块数量,最终达到抑制直流过电压的目的。为验证所提控制策略的有效性,在PSCAD/EMTDC中搭建了送端光水打捆经四端柔性直流输电的外送系统,给出了所提控制策略的参数设计方法。通过设置受端交流系统不同工况,对比研究了所提控制策略投入后的系统直流过电压特性,结果表明所提控制策略可以有效抑制因受端交流侧故障引起的多端柔性直流输电系统的直流过电压。

混合三端直流输电系统受端交流故障穿越协调控制策略

以乌东德电站送电广东广西特高压多端柔性直流示范工程为研究对象,考虑混合三端柔性直流输电系统因受端不同位置交流故障所致的直流过电压,提出相应的故障穿越协调控制策略。在受端主站发生网侧交流瞬时故障的情形下,通过设计混合型模块化多电平电压源换流器全桥子模块自适应负投入策略,实现了利用子模块电容短时过电压储能的能力来快速补偿站间直流电压的上升;短暂时延后,送端电网换相换流器通过定量调整电流指令值策略来减小子模块的不平衡充电功率。在受端主站发生阀侧交流故障的情形下,优先利用输电健全极的功率转代裕度来消纳故障极的部分不平衡功率;同时,故障极从站跟随主站半压运行,相应的高低压阀组切换至定电流及定电压模式,最终实现抑制站间过电流及减小盈余功率。仿真结果表明,2种故障条件下,所提的协调控制策略均可较快实现故障期间的功率平衡,有效抑制仅配备稳态基本协调控制策略下系统所出现的直流过电压现象,同时也基本维持了送端的总体有功传输容量。

基于物理信息神经网络的牵引变流器直流支撑电容参数辨识方法

为了解决车载牵引变流系统直流支撑电容器故障预测问题,该文提出一种基于物理信息神经网络的直流支撑电容器参数辨识方法。该方法只需要利用直流环节预充电过程的直流支撑电容器两端电压及采样频率,无需拟合曲线,无需严格对齐时间轴就可以获得较为准确的电容参数辨识结果。与此同时,为了克服在采集数据时因条件所限造成的数据量稀疏与分布不均问题,该文利用循环一致性生成对抗网络算法增强数据,使该方法可以适用于同一拓扑下宽范围电容区间的电容容值预测,降低了模型训练要求。实验结果表明:在正常条件下,该方法的辨识相对误差约在1%以下,并且降低采样频率能够缓解信噪比对该方法的影响。该方法为解决直流支撑电容参数辨识问题提供了新思路。

基于晶闸管的模块化组合式直流泄能装置及其协调控制策略

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)高压直流输电技术(high voltage direct current,HVDC)受端交流系统故障引起的直流过电压问题,文中提出一种基于晶闸管的模块化组合式直流泄能装置拓扑及协调控制方法。该直流泄能拓扑包括模块化分布式泄能部分、限流电抗器和集中式泄能电阻3部分,对子模块工作模式进行设计,提出可避免直流泄能装置反复投切的弹性调节泄能的协调控制策略,推导直流泄能装置功率控制及其内部电气耦合关系,给出泄能装置元件参数的设计方法。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建MMC-HVDC及所提出的直流泄能装置模型,研究单相和三相接地故障下直流泄能装置的特性及直流过电压抑制效果。结果表明,所提直流泄能装置在协调控制策略下能够分阶段弹性调节泄能功率,有效抑制直流过电压,并有利于故障后的快速恢复。

基于模块化级联拓扑的高压直流直挂储能装置

为了提升柔性直流输电的有功功率调节能力及惯量支持能力,研究了基于模块化级联拓扑的高压直流直挂储能技术,探索了高压直流直挂储能的工程化实施方案、控制系统架构及控制策略,提出了基于子模块电池荷电状态排序的改进型最近电平逼近调制策略,用于解决电池荷电状态及子模块开关频率整体均衡的问题。给出了高压直流直挂储能关键参数的计算方法。研制了基于磷酸铁锂电池的高压直流直挂储能模块及控制系统样机,搭建了含高压直流直挂储能的柔性直流输电系统的电磁暂态仿真模型和基于串联变流器的试验平台,通过系统仿真及样机试验验证所提高压直流直挂储能方案的可行性。

含多类型直流的交直流混联电网潮流计算方法适用性分析

作为电网发展的新阶段,交直流混联电网呈现多类型直流参与、大规模交直流互联的特点,而关于统一迭代和交替迭代2种潮流计算方法的适用性尚未得到深入分析。为此基于含多类型直流的交直流混联电网对2种潮流计算方法的运算性能进行对比研究。推导了含常规直流、柔性直流、混合直流的交直流混联电网潮流模型,进而提出了相应的统一迭代法和交替迭代法。通过3个交直流混联电网测试系统和南方电网实际系统数据验证了潮流模型的有效性和潮流算法的准确性,结合系统负荷水平、系统强度、直流嵌入规模等因素对2种潮流计算方法的收敛性能和计算速度进行对比分析。研究结果表明,在含多类型直流的交直流混联电网中进行潮流计算时,统一迭代法的计算效率比交替迭代法高。

大规模新能源超远距离送出的柔性直流系统集成设计方案

沙漠、戈壁、荒漠等地区大规模新能源输送负荷中心是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要举措。介绍了基于常规直流和柔性直流的大规模新能源超远距离送出方案,从适用场景、过电压、电压与无功功率调节能力、经济性等方面对比了两种方案的优劣,柔性直流送出方案具有较好的技术经济优势。提出了适用于千万千瓦级新能源基地超远距离送出的柔性直流系统集成设计方案,包括±800 kV/10 GW四端柔性直流输电系统的电气主接线、主回路参数、协调控制策略、交直流卸荷装置配置等。研究了双极单阀组和高低阀组方案选择、送端多阀组交流电压协同控制、高低阀组直流电压平衡控制等关键技术,提出了交直流卸荷装置的配置方案及投切策略。基于电磁暂态仿真验证了所提柔性直流设计方案的有效性。

基于多模式分解和多支路并行残差网络的特高压三端混合直流输电线路故障区域诊断

特高压三端混合直流输电线路发生接地故障时,故障电气量变化存在很强的随机性和非线性,在噪声干扰下其规律性更弱,很难快速、准确地提取故障特征以诊断故障区域。鉴于此,提出一种集电流波形特征提取和故障区域诊断为一体的诊断模型。分析不同区域故障时的电流波形特点,利用数学机理不同的3种算法同时分解故障电流,避免一些容易混叠的模态子序列在单一分解方法中逃逸。利用多支路并行残差网络迅速地挖掘分解分量的多尺度空间耦合交互特征,并结合门控循环单元网络模块,进一步提取故障电流的时间耦合特征,使得特征得到显著增强。利用麻雀搜索算法优化该模型的关键参数,构建充分适应电网故障诊断的网络结构,实现故障区域的快速诊断。仿真结果表明,该方案有着较高的灵敏性、较强的抗干扰能力,满足直流保护的可靠性和速动性要求。

基于深度学习的特高压三端混合直流输电线路波形特征故障区域判别方法

针对将现有直流线路故障区域识别方法应用于特高压三端混合直流输电线路时,存在难以区分T区两侧故障、耐过渡电阻能力弱和阈值整定困难的问题,提出一种利用深度学习及波形特征进行特高压三端混合直流输电线路故障区域识别的方法。首先,对三端混合直流线路不同故障区域进行故障特征分析;然后,对线模电压和线模电流进行多尺度小波分解,提取线模电流中低频分量和线模电压高频分量,结合正负极电压波形特征,组成深度学习模型的输入量,并将故障区域作为输出量,构建深度学习故障区域识别模型;最后,用训练过的深度学习模型对获取的故障特征量进行处理,以实现故障区域识别的目的。通过大量仿真实验,验证了所提故障区域识别方法具有准确率高和基本不受过渡电阻影响的特性。

混合级联特高压直流功率损失计算方法研究

混合级联特高压直流(UHVDC)在降低直流换相失败风险的同时提升了直流输电的灵活性,但由于LCC与VSC混合拓扑导致不同阀组闭锁后健全阀组的功率传输能力存在不确定性,影响了直流功率损失准确计算。此处提出了一种适用于混合级联UHVDC的功率损失计算方法。直流控制系统以极为单位计算阀组闭锁后的直流功率并发送安控系统计算直流功率损失,设计了合理接口与数据处理方式保证阀组单次及相继故障直流功率损失计算的准确性。最后通过试验,验证了所提方法的正确性与有效性。

考虑MAF延时和前馈补偿的高压直流快速锁相环

同步参考坐标系锁相环是高压直流(high voltage direct current,HVDC)同步触发控制系统中广泛应用的一种窄带宽锁相环,在交流系统故障引起相位跳变情况下,其动态响应缓慢。为增大锁相环的带宽,一种滑动平均滤波器(moving average filter,MAF)被前置于锁相环路,然而MAF本身存在响应延迟,制约了锁相环的同步速度。为了缓解响应延迟问题,文中提出一种考虑MAF延时和前馈补偿的HVDC快速锁相环。首先,利用MAF线性暂态特征预测相位变化,并分别针对故障接入和切除引起的相位跳变问题提出不同的补偿策略;接着,利用不变性原理对锁相环路进行前馈补偿,在负反馈控制和前馈补偿共同构成的复合校正控制系统的作用下,锁相环能够在较小PI参数下实现快速响应;最后,将所提快速锁相环在CIGRE HVDC标准模型和三峡—上海直流工程模型中进行仿真验证。结果表明,该快速锁相环能够有效缓解滤波器响应延迟的制约,缩短失锁时间,进而提高高压直流逆变侧抵御换相失败的能力。

基于初始电流行波相位的多端混合直流线路单端保护方案

为了解决LCC-MMC型多端混合直流系统线路保护存在的问题,提出一种基于初始电流行波相位的多端混合直流线路单端保护方案。首先基于多端混合直流输电线路发生不同位置和类型的故障工况,推导直流线路入射电压行波的解析式并计算其高频段相位。其次结合线路边界行波折反射原理和测量波阻抗特性,提出利用初始电压行波相位的区内外识别判据,并根据雷击和短路故障的入射行波低频相位特性构建雷击干扰判据。在PSCAD/EMTDC中搭建昆柳龙多端混合直流系统模型进行验证,证明所提方案仅利用单端量信息即可满足故障判断和选线要求,满足速度性的同时具备一定的抗过渡电阻能力(500Ω)。

柔性直流输电技术专利分析

柔性直流输电作为新一代直流输电技术,其无功率补偿、无换相失败、可向孤岛供电及能进行多端系统构建等特点,在分布式新能源并网等领域优势明显,具有非常广阔的应用前景。文章通过分析柔性直流输电技术的专利数据,从申请趋势、重点申请人、技术分支、技术演进等方面,对柔性直流输电技术的发展状况进行深入分析,为柔性直流输电技术进一步研发与应用提供有益参考。

超大规模海上风电海陆一体直流输电技术探讨

海上风电的大规模开发是“双碳”战略目标实现的重要举措之一。常规的海上风电经柔性直流送出方案中,风电登陆后依赖交流架空线实现陆上电能传输,存在陆上输电走廊占用大、需要建设大量陆上换流站等不足,难以支撑我国海上风电资源大规模集中开发的需求。在分析我国海上风电开发需求的基础上,提出了超大规模海上风电海陆一体协同输电技术方案,为千万千瓦级海上风电基地开发提供一种新的解决思路。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了6000MW海上风电经三送、两受多端直流海陆一体送出系统模型,验证了所提技术方案的有效性和可行性。

海上风电用±550 kV直流GIS过电压与绝缘配合研究

海上风电经柔性直流送出已成为风电消纳的重要途径。直流气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)用于海上风电换流平台,可以降低整体海上换流站平台体积及设备造价,降低了海上设备的运维成本。围绕海上风电用±550 kV直流GIS的过电压与绝缘配合进行研究,首先确定柔直系统的结构与参数、控制保护策略和避雷器配置方案,进而通过仿真获得最大过电压水平,对于不同运行方式下故障极与非故障极的直流极线过电压进行分析,最后明确±550 kV直流GIS中避雷器参数与±550 kV直流GIS设备的绝缘水平要求。

特高压直流换流站导线融冰主接线方案

[目的]特高压换流站可采用直流运行方式融冰,但已有的融冰接线仅可用于两端直流场景,产生的融冰电流为阀组电流2倍。为了满足在多端直流场景下也能使用直流运行方式融冰以及更大线路融冰电流的需求,文章针对特高压换流站融冰主接线方案开展了设计研究。[方法]提出了多端直流的换流站融冰接线方案;创新改进了原有融冰接线中的阀组反向接线。[结果]已达到节省设备投资和占地的目的;可较已有融冰接线方案提升50%的融冰电流。[结论]文章中的换流站新型融冰接线可满足不同条件下特高压直流线路的融冰需求,有效提高直流系统运行可靠性和经济性。

基于CNN-BiGRU的高压直流输电线路故障识别

针对高压直流(high voltage direct current,HVDC)输电线路故障暂态行波具有时序性和强非线性的特点,导致高过渡电阻情况下故障识别率低的问题,提出基于卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)和双向循环门单元(bidirectional gate recurrent unit,BiGRU)的HVDC输电线路故障识别方法。首先,采用故障后整流侧的双极暂态电流行波作为特征向量,利用CNN提取全局特征,并从中剔除噪声和不稳定成分,完成对数据的降维处理。然后,采用BiGRU来捕获CNN提取到特征的前后时间信息,进一步提取数据中的时序特征,以实现HVDC输电线路故障识别。仿真结果表明:该方法可在不同故障地点以及不同过渡电阻下对单极接地、双极短路、雷击故障、雷击干扰共四种故障实现准确识别,可靠性高,具有较强的耐受过渡电阻能力,同时具备一定的抗噪性能。