计及短路比提升与暂态过电压抑制的含高比例风电送端电网两阶段式调相机优化配置

随着送端电网中大规模风电机组的接入及常规同步机组的置换淘汰,电网短路比水平下降,电压支撑能力削弱,故障时易导致新能源机组暂态过电压而发生脱网事故。面向含高比例风电的送端电网,研究综合计及短路比提升和暂态过电压抑制的调相机优化配置方法。首先,利用新能源多场站短路比(multiple renewable energy stations’short-circuit ratio,MRSCR)分析了调相机接入对风电场短路比的提升作用,并基于调相机暂态快速无功响应特性揭示了其对风电机组暂态过电压的抑制机理;然后,提出一种同时计及短路比提升和暂态过电压抑制的两阶段式调相机优化配置策略,第一阶段以风电场短路比提升为核心约束优化配置调相机位置与基础容量,第二阶段以暂态过电压安全为关键约束进行调相机配置容量修正,并引入量子遗传算法(quantum genetic algorithm,QGA)进行优化求解。最终,基于PSD-BPA在含高比例风电的送端电网进行算例分析,验证了所提出的调相机优化配置方法能够显著提升风电机组多场站短路比水平并有效抑制风电机端暂态过电压。

换相失败场景下构网型风机对送端暂态过电压影响因素分析及抑制策略研究

随着构网型直驱风机(GFM-PMSG)在风场中的逐步应用,混合型风场通过电网换相高压直流输电(LCC-HVDC)产生的换相失败问题,使得系统暂态稳定性面临严峻挑战。首先分析了暂态过电压发生机理,并研究了GFM-PMSG控制参数、电网强度对过电压的影响;然后提出了一种协同控制策略,通过优化GFM-PMSG与跟网型直驱风机(GFL-PMSG)在故障穿越期间的无功电流指令及其切换阀值,有效抑制了暂态峰值过电压,最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建混合风场经直流外送仿真模型,验证了该策略的有效性。

动车组合闸过电压故障机理兮析及仿真研究

[目的]动车组出分相时,断路器合闸产生的过电压会加剧高压设备的绝缘老化,研究合闸过电压的产生机理及影响因素对动车组主电路绝缘匹配和设备选型具有理论意义。[方法]结合动车组主电路结构和过分相过程,分析其正常运行方式下操作过电压的形成原因。考虑真空断路器合闸弹跳特性对过电压的特殊影响,建立动车组主电路仿真模型;对比研究动车组主电路合闸过电压特征,得出主回路状态动作时刻、动车组高压电缆参数、接触网参数及设备特性对过电压的影响规律。[结果及结论]极端状态下过电压峰值为工频电压峰值的2.39倍,接近《高速动车组整车试验规范》规定的2.4倍,在极端工况下产生的过电压会对动车组高压设备的绝缘性能产生影响,甚至导致击穿现象。因此,需采取如采用相控合闸技术控制断路器在目标相位闭合、选择单位分布电容较小的高压电缆、改进真空断路器的机械特性等相关措施进行防范,以有效降低动车组合闸过电压。

Mayr电弧模型下GIS中快速暂态过电压的仿真分析

SF6气体绝缘封闭组合开关(GIS)中隔离开关进行分合母线时,产生快速暂态过电压(VFTO),幅值高且上升速率极快,威胁GIS及相邻设备的绝缘。选取某800 kV GIS隔离开关分合母线的试验电路为研究对象,采用电磁暂态程序(EMTP/ATP)进行建模仿真,隔离开关燃弧时采用Mayr电弧模型,分析其对VFTO的影响,得出考虑Mayr电弧模型时操作隔离开关、断路器侧隔离开关及变压器侧隔离开关的电压波形,并与考虑时变电阻模型的VFTO进行对比。对VFTO波形进行离散傅里叶分析,得到过电压频率、幅值的变化特征,研究结果为GIS绝缘设计提供参考。

考虑暂态过电压特性的架空输电线路雷击故障时空预警方法

针对运行环境复杂多变,故障率持续居高不下,雷击故障占比较大,并具有随机性与无法预知性的问题,提出考虑暂态过电压特性的架空输电线路雷击故障时空预警方法。深入解析雷击机理与雷电流,确定雷击(感应雷与直击雷)输电线路暂态过电压计算方式,通过小波多分辨率分解算法处理输电线路暂态信号,评估暂态过电压在信号频段中的能量比,识别累计故障,判断雷击点与故障点是否一致,利用单端检测确定雷击点的位置,完成架空输电线路雷击故障的时空预警。实验数据显示,在不同实验组别背景下,当阈值pΔ取值为9.3时,雷击故障识别精度达到最大值92%,雷击点定位精度高达80%。可以获得精准的雷击故障识别结果与雷击点定位结果,充分证实了提出方法具备较好的雷击故障时空预警效果。

基于深层次CNN的中压配电网过电压抑制系统

中压配电网运行环境复杂,存在较大安全隐患,且其负载变化较为频繁,电压类型识别难度较大,使得过电压难以有效抑制。为此,设计基于深层次CNN的中压配电网过电压抑制系统。设计过电压信号采集器和滤波模块,利用HHT带通滤波处理中压配电网过电压波形。基于深层次CNN设计过电压类型识别模型,识别不同中压配电网过电压波形类型。设计末端并联R-APF,改变增益系数,调节需要抑制的负荷阻抗。在线路节点处分别增设一个有源电力滤波器,稳定增益系数的改变值。测试结果表明,通过该系统能够实现三相电压的有效过电压抑制。

单开关谐振脉冲电源的过电压抑制

单开关谐振电路只需使用一个开关即可产生高压脉冲,然而当开关在谐振电流为正关断时会产生关断过电压,使开关损坏。为解决该问题,可在开关两端并联RCD(Resistance-Capacitance-Diode)吸收电路或在变压器原边并联R-D(Resistance-Diode)续流支路。但在高压脉冲条件下,这两种过电压抑制电路在不同负载下的带载特性以及效果优劣不明确。文中对比分析了两种电路的过电压抑制机理、参数选择依据、过电压抑制效果和元器件功耗。结果表明,含R-D支路的电源开关过电压与漏感电流和支路电阻R成正比,若R较大,其过电压系数大于含RCD吸收电路的电源。若R较小,元器件功率损耗较大。在高压脉冲电源中,RCD吸收电路的电容不需要在开关导通时将电放完。由于漏感限制,谐振脉冲电路在短路时电流不会过大而烧毁开关。同时,在驱动容性介质阻挡放电时电流能够自动反向,可实现零电流关断。

基于ATP-EMTP的海上风电送出海缆工频过电压仿真分析

海底长电缆线路的充电电容较高,在不同的运行工况下会产生较严重的过电压,而在高抗退出运行情况下,陆上架空送出线路故障产生的过电压会传送至海底电缆。结合工程实际,基于ATPEMTP软件对某海上风电场220 kV送出海缆及架空线路进行建模,对不同运行工况下送出海缆工频过电压、送出架空线路短路故障及断线故障时的海缆工频过电压进行仿真计算,结果表明,合理的高抗配置方案可有效降低海上风电送出海缆的工频过电压水平。

高铁过电压对车载牵引供电系统的影响机理及抑制方法:系统性综述

为了追求更高的牵引速度及更强的运载能力,高铁车载牵引供电系统功率容量不断提升,现有牵引供电系统及关键设备需要应对更高频次、更大幅值的过电压冲击,如何保障列车在高速运行状态下牵引系统安全、可靠地运行是如今高速列车设计面临的重要技术挑战。详细调研了过电压导致牵引供电系统出现的典型故障,归纳了高速列车中过电压的种类及相关特性,目前主流的牵引供电方式包括采用带回流线的直接供电方式与自耦变压器(automatic transformer,AT)供电方式,均是单相交流供电制式。为了保障三相负荷平衡,防止系统中负序电流的产生,传输异相电流的相邻供电臂间通过绝缘分相区进行隔离。列车在驶过分相区时需要操作车载真空断路器(vacuum circuit breaker,VCB),分合闸过程中会产生剧烈的过电压冲击;此外,“弓-网”离线电弧及“轮-轨”滚动电弧频发,也伴随着过电压。通过调研目前已构建的牵引供电系统过电压特性仿真模型,探究了过电压的产生机理及传播规律;梳理了影响过电压特性的关键因素及抑制措施;明确了未来的研究重点,即“弓-网”及“轮-轨”燃弧过电压产生的机理和影响;“多车共臂”及“多车重联”工况下过电压的传播规律;展望了“源头-路径-终端”三位一体的过电压抑制方法。

基于电流的静止无功补偿装置电容器过电压保护

针对串联电抗器的静止无功补偿装置中电容器两端未安装电压互感器导致不能精准实现电容器过电压保护的问题,提出了一种基于电流的并联电容器谐波过电压保护方法。首先,采集电容器两端的电流,利用傅里叶算法计算各次谐波电流;其次,推导电容器基波、谐波电流与电压的关系,依据所推导公式计算电容器两端各次谐波电压;最后,通过仿真软件对文中推导公式进行验证,并阐述了继电保护装置实现电容器谐波过电压保护的方法。结果证明该方法理论推导与实际仿真结果相符,提高了电容器过电压保护可靠性。

变压器过电压与变工况负载损耗研究

变压器是电力系统中常见且关键的设备之一,但在实际运行中常受到过电压和变工况负载损耗的影响,可能导致设备寿命缩短和运行不稳定。本文针对变压器过电压和变工况负载损耗进行研究。首先,分析了过电压产生机理和不同类型的过电压对变压器的影响。其次,探讨了变压器在不同负载工况下的损耗特性以及负载优化的可行性。为解决过电压问题,提出了过电压抑制与防范措施;针对负载损耗,探讨了负载优化与能效改进方法。本研究可为变压器的安全稳定运行提供参考与指导。

配网线路雷电过电压与过电流传感采集技术研究

随着电力系统的不断发展,配网线路的安全性和可靠性显得尤为重要。雷电过电压和过电流是配网线路中常见的故障,对电力设备和系统造成严重的损害。本文旨在研究雷电过电压与过电流传感采集技术,以提高配网线路的故障检测和保护能力。第一,介绍了雷电过电压与过电流的产生机理。第二,详细探讨了传感采集技术的原理和方法,包括传感器选择、数据采集与处理、通信与控制等方面[1]。第三,通过实验验证了所提出的传感采集技术在配网线路中的应用效果,证明其在提高线路安全性和可靠性方面具有潜在的优势。

新能源场站过电压受变压器磁饱和影响机理分析及修正方法

文中研究新能源基地经直流外送系统中变压器磁饱和特性对过电压的影响,揭示变压器磁饱和特性影响新能源场站过电压的机理。首先,介绍了有无变压器磁饱和特性建模时新能源场站并网点过电压仿真结果的差异。其次,介绍了变压器的电磁暂态仿真模型及其磁饱和特性的建模方法。然后,论证了过电压发生时变压器的磁饱和特性将使其吸收无功功率,并推导了无功吸收量与电压之间的关系。接着,针对未考虑变压器饱和特性的算例提出了过电压仿真结果修正方法。最后,通过小型测试案例及西北全网测试案例,验证了所提出的理论及修正方法的正确性与可行性。

基于三维结构的列车车体操作主断过电压仿真分析与试验研究

目前,对列车过电压的研究可分为现场试验研究与电路仿真研究。电路仿真研究着重关注过电压幅值分布情况,操作主断过电压的振荡频率也是其重要特性,在研究其抑制方法时需要同时考虑过电压的幅值大小与频率特性,而目前对过电压的频率分布研究较少,为操作主断过电压抑制研究提供指导,以车体、高压电缆及钢轨等部件的三维结构为基础,提出一种新的列车操作主断过电压仿真模型。通过该模型,仿真了列车操作主断路器时高压电缆芯线及各车体的暂态过电压特性,得到各车车体过电压的分布情况,仿真结果表明,1车车体操作过电幅值最大达6.10 kV,4车最小,1~4车过电压幅值均在1 kV以上,并发现车体操作主断过电压的主要振荡频率有两个:0.70 MHz及1.30 MHz。进一步通过现车静态试验验证列车操作主断过电压的分布特性及频谱特性的准确性,试验数据表明仿真结果在过电压幅值分布上极为准确,幅值大小除4车外仿真与试验误差不超过5%,频谱特性方面仿真与试验均有2个主要振荡频率,可认为仿真与试验具有一致性。因此认为基于三维结构的仿真模型具备高精度的仿真能力,能模拟出操作过电压的特性并为过电压抑制研究提供指导。

构网型储能与调相机的暂态过电压抑制能力对比研究

高压直流输电系统出现闭锁、换相失败等故障时,会引起送端换流站附近新能源电站的瞬时电压波动并易导致其脱网。首先,分析了构网型储能开环控制策略的运行原理、响应特性和关键参数影响。然后,分析了调相机的无功响应特性,并将构网型储能无功控制模型与调相机的励磁调节控制模型进行对比。最后,搭建了包含特高压直流、光伏、调相机、构网型储能的半实物仿真系统,进行了直流换相失败故障下的交流暂态过电压抑制效果对比试验。结果表明,容量相同的构网型储能和分布式调相机在无功瞬时响应速度、抑制交流暂态过电压能力方面可以实现相近的效果。

储能锂离子电池模组暂态过电压防护设计与电路研发

电力系统中各类暂态过电压引起的高幅值电压波动会影响电化学储能电站在电网中的安全稳定运行,已有电化学储能火灾事故调查报告指出了目前针对储能锂离子电池模组暂态过电压防护能力不足的问题。本工作通过分析浪涌过电压防护器件的性能,提出针对储能锂离子电池模组的暂态过电压防护电路设计,并开展器件选型、配合设计和试验测试,研发出一种具备多级降压-级联稳压自开断功能的电池模组过电压防护电路。结果表明,针对12 V锂离子电池模组,共模和差模输入下峰值为500 V/1 kV/2 kV/4 kV、波形为1.2/50μs的冲击过电压下,所设计防护电路通过逐级限制电压和能量泄放,将输入电池模组的电压幅值抑制在15.2~26.4 V。稳态直流超限电压测试表明,当电压低于26.5 V时,实现模组电压稳压至12 V;超过26.5 V时切出功能动作隔离锂离子电池模组,研究有助于实现锂离子电池模组的暂态过电压抑制和稳态直流超限电压开断及稳压功能。

抑制风电场经LCC-HVDC并网系统交流过电压的无功功率分散协同控制方法

针对风电场经基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)并网系统换相失败导致的送端交流过电压问题,提出了无功功率分散协同控制方法。首先,研究了换相失败期间送端交流系统公共连接点(PCC)处电压和盈余无功功率特性。然后,从PCC处电压和无功特性出发,基于无功-电压耦合关系及交流侧潮流方程,分别确定了基于本地功率电压特征的LCC整流站触发角及风电场站无功功率参考值,通过分散控制LCC和风电场实现协同抑制PCC处过电压的目的。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了风电场经LCC-HVDC并网系统模型并进行了仿真研究,结果表明所提出的分散协同控制方法可以有效抑制换相失败后恢复期间的交流过电压水平。

基于串联非线性电阻组合开关的补偿电容器组投切重燃过电压研究

文中旨在研究电力系统中切除并联无功补偿电容器组时出现的过电压问题。通过ATP-EMTP软件,搭建了投切电容器组模型,仿真了普通开关和串联电阻开关在多种工况下的过电压水平。为解决串联电阻开关在限制两次两相重燃时效果不佳的困扰,提出了采用串联非线性电阻组合开关的解决方案,并对比了3种方案在限制过电压方面的效果。仿真结果表明,串联非线性电阻组合开关在两次两相重燃工况下表现出卓越的限制效果,能够有效地抑制过电压并保护电容器组绝缘。该组合开关可以作为电力系统中并联电容器组无功补偿系统设计的参考。

寄生参数对基于常通型SiC JFET器件的中压直流固态断路器过电压的影响及抑制方法

研究了寄生电感对基于常通型碳化硅(silicon carbide,SiC)结型场效应晶体管(junction field effect transistor,JFET)串联结构的中压直流固态断路器(solid state circuit breaker,SSCB)过电压的影响,并在此基础上提出了一种SSCB的过电压抑制方法。首先介绍了基于常通型SiC JFET器件串联结构的SSCB拓扑及工作原理,建立了考虑完整回路寄生电感的SiC JFET串联结构开关过程的数学模型。其次利用MATLAB软件对数学模型进行解析计算,揭示了SSCB开关过程中寄生电感对SiC JFET器件串联运行时过电压的影响机理,并利用PSPICE仿真结果验证了理论分析的正确性。最后设计了一种适用于SSCB过电压抑制的单栅极驱动及缓冲电路,并通过SSCB实验样机验证了所提方法的有效性。

高比例电力电子电力系统过电压(二):交流对称故障下暂时工频过电压机理

随着新能源等电力电子设备占比的不断提升,故障扰动后引发的系统暂时工频过电压问题日渐凸显,严重时易引发新能源大规模脱网,威胁电网安全稳定运行。新能源发电设备的故障穿越特性直接影响过电压水平,亟需进行机理分析。该文首先分析交流对称故障下高比例电力电子电力系统过电压的引发原因,建立计及新能源故障穿越特性的过电压简化分析模型,并基于矢量关系解析三相短路故障后新能源机端过电压最大值;然后分析不同故障穿越策略和系统参数对新能源机端电压最大值的影响;提出防止新能源大规模脱网的故障穿越等效无功电流系数的取值区间,进一步综合考虑新能源故障期间的无功支撑要求和故障清除后的电压安全约束,分析不同系统强度下等效无功电流系数的合理取值区间;最后通过时域仿真验证理论分析的有效性。