基于改进过压限制器和ACDTS的混联半波长系统故障保护策略

交直流混联半波长输电系统的暂态特性与常规的混联系统存在着很大差异。当混联系统半波长沿线发生不对称故障时,直流系统会受到沿线工频过电压和过电流的冲击。文章详细分析了混联系统半波长沿线故障的传播过程,研究了故障传播耦合机理。针对直流侧过电压问题,提出了在直流母线侧加装改进过压限制器,增设辅助限压通道,分级抑制直流侧过电压,并降低单个通道的电流值,提高了系统保护的限压水平;另一方面,对于直流侧过电流问题,提出了在换流站接口端并联接入双向晶闸管,实现交流系统等效三相短接,隔离交流侧母线馈入的故障过电流,确保换流站设备及线路的安全性。最后利用仿真验证了两种保护策略的可行性。

高比例新能源送端系统暂态电压运行风险分析

针对交、直流故障下的高比例新能源送端系统暂态电压演化传播机理及运行风险尚不明晰的问题,首先,基于交直流系统间的无功电压交互作用机理分析,明确了交、直流系统故障下的暂态电压特性及主导影响因素,阐明了高比例新能源送端系统电力电子设备主导的暂态电压演化传播路径。其次,从“交直流故障强耦合作用持续加强,暂态无功功率成分复杂”、“新能源比例不断提升,暂态电压问题凸显”及“故障承载与调节能力下降,连锁脱网风险增大”三方面系统地阐述了暂态电压运行风险。然后,基于DIgSILENT/PowerFactory建立了实际高比例新能源多直流外送系统仿真模型,不同新能源占比、不同故障工况下的仿真结果验证了暂态电压运行风险分析的正确性。最后,从增强耦合运行特性机理认识、提升新能源涉网性能、增加多尺度协同控制策略、加强交流网架结构等方面提出了应对暂态电压运行风险的技术展望。

基于功角轨迹灵敏度的交直流电网振荡抑制优化

高压直流线路稳态功率影响交直流互联系统功角稳定性。为抑制同步发电机功角振荡,基于功角轨迹灵敏度,提出对故障前直流功率的优化方法。建立交直流系统轨迹灵敏度解析表达,引入中间变量确定功角和稳态直流功率关系。推导潮流解对稳态直流功率的灵敏度,计算轨迹灵敏度初值。基于时域仿真中网络约束方程,推导含直流变量的不平衡项。以功角差最小为目标,提出稳态直流功率优化模型,采用内点法求解。仿真结果验证了所提算法对功角振荡的抑制效果。

送端交流系统故障引发逆变侧换相失败机理分析及抑制策略

针对送端交流系统故障恢复期间引发逆变侧换相失败的问题,首先,基于交直流系统无功功率交互作用机理及关断角表达式深入剖析了逆变侧的运行特性,阐明了不同故障严重程度下直流电流上升速度与幅值变化规律,得出直流电流在轻微故障下过大的幅值及严重故障下过快的上升速度是导致换相失败的主要原因。其次,定量计算了不同故障严重程度下的整流器无功消耗量指令值,建立了整流器无功消耗量与直流电流、直流电压的数学关系,据此提出一种基于整流器无功功率控制的换相失败抑制策略。最后,基于PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了理论分析的准确性以及所提抑制策略的有效性。

自愈型电磁式交流接触器的研究

针对传统电磁式交流接触器因触点系统吸合不良或电磁控制机构合闸失效导致企业大容量电动机绕组烧毁、加工原材料直接报废等问题,研制一款由电磁控制机构、触头系统以及自愈电磁控制机构组成的自愈型电磁式交流接触器,在检测到吸合不良或电磁控制机构合闸失效时,立即完成自愈操作,保证供电连续性。

特高压混合三端直流输电系统定功率MMC交流故障穿越策略

送端采用电网换相换流器(LCC),受端采用模块化多电平换流器(MMC)的特高压混合直流输电系统是直流输电技术重要的发展方向之一。在该系统中,各换流站每极均由高、低两个阀组直流侧串联而成。当其受端MMC发生网侧故障时,现有穿越策略或将引起定有功功率MMC阀间均压环节失效,从而导致子模块电容过压的问题。针对该现象,首先梳理了系统在故障工况下面临的主要问题和矛盾;接着,重点针对阀间均压环节失效的内部机理进行了研究,并提出了一种基于有功功率限幅值的站间协调穿越策略,此外,为使其能够较好地适用于不对称故障,采用了一种零序电压注入的方法,以平衡不对称故障下相单元间的桥臂电流直流分量;最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了相关模型,通过仿真对比,验证了本文策略能够兼顾不同受端站的桥臂过流和子模块过压风险,实现交流故障的可靠穿越,并尽可能地提升了故障期间的功率传输能力。

整流侧交流系统故障引发逆变器换相失败的原因分析及抑制方法研究

在高压直流输电系统中,交直流耦合作用日益紧密。当整流侧交流系统发生故障时,若直流控制系统响应不当则可能引发逆变器换相失败。首先分析了整流侧交流系统故障后,直流控制系统的响应过程以及逆变侧换相电压的变化特点。然后结合关断角的计算表达式,探讨故障恢复过程中关断角下降的原因。分析表明整流侧交流系统故障情况下,逆变侧换相电压在小范围内变化,换相失败发生的主要原因是故障恢复过程中直流电压和直流电流的快速上升。在此基础上,提出通过改进整流侧触发角以减缓直流电压恢复速度的方法,提出通过减小电流裕度以及改进整流侧电流指令值以减缓直流电流恢复速度的方法。最后基于CIGRE直流输电标准模型,在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台上验证了所提换相失败抑制方法的有效性。仿真结果表明,2种方法都能抑制整流侧交流系统故障下的换相失败,且共同作用时效果更佳。

Fault Location Method for STATCOM Connected Transmission Lines Using CCM

Determining the fault location using conventional impedance based distance relay in the presence of FACTS controllers is a challenging task in a transmission line. A new distance protection method is developed to locate the fault in a transmission line compensated with STATCOM with simple calculations. The proposed protection method considers the STATCOM injected/absorbed current to correct the fault loop apparent impedance and accordingly calculates the actual distance to the fault location. The comprehensive equations needed for apparent impedance calculation are also outlined and the performance is evaluated and tested with a typical 400 KV transmission system for different fault types and locations using MATLAB/SIMULINK software. The evaluation results indicate that the new protection method effectively estimates the exact fault location by mitigating the impact of STATCOM on distance relay performance with error less than 0.3%.

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。

海上风电柔性直流系统与风电机组协调控制策略

针对海上风电经MMC-HVDC并网系统岸上交流故障造成的直流过电压问题,提出一种利用海上换流站储能裕度吸收盈余功率和风电机组降低输出功率的协调控制策略。在故障期间,海上换流站采用能量控制,使其子模块电容吸收盈余功率,同时根据其当前能量的变化,抬升风电场交流电网频率,使得风电机组网侧变流器根据频率偏差协同限制注入柔性直流系统的功率,从而实现无需通信系统的直流过电压抑制。最后通过仿真验证了所提方法的有效性。

基于故障二次重构法的直流系统交流串扰检测技术

在电力系统中,交流电窜入变电站直流系统往往具有严重的破坏性。针对母线对地电容和交流串扰电压难以测量的问题,提出一种新型的测量方法--故障二次重构法,即通过向变电站直流系统母线投切两个大小不同的电容元件,构造一个新的电路,根据测量投切电容上的电流信号求出母线对地电容和交直流电缆间的绝缘电阻,进一步求出交流串扰电压。最后通过实验仿真验证了方案的可行性。

远海风电柔性直流送端交流系统故障协调控制

为提升远海风电对称双极柔性直流送端交流系统单相接地故障和两相短路故障工况(第一类故障)下的功率输送能力,以及三相接地故障工况(第二类故障)的交流电压稳定性,提出海上换流站协调控制策略。首先分析了第一类故障的过电压和极间环流产生机理,以及第二类故障的交流电压失稳机理。在此基础上,提出了功率平衡控制策略和输出有功电流策略。第一类故障下定电压控制极采用限压策略,功率平衡控制策略抑制极间环流,增大定电压控制极的功率,减少了交流电压控制器响应时间,提升了功率输送能力。第二类故障工况下,定电压控制极切换为交流电流控制模式,定功率控制极的输出有功电流策略抑制电压相量幅值和相位变化,解决了交流电压失稳的问题。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建远海风电柔性直流送出系统仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略有效性。

电流差动保护在柔直接入的交流电网中适应性分析及改进措施研究

为适应新能源规模化接入电网,柔性直流输电技术应用日益广泛,我国电网已初步成为交直流混联电网。交流系统发生故障时,柔直系统提供短路电流的特征与传统同步发电机相比发生显著变化。首先分析故障特征的变化,柔直侧由于故障电流幅值受限,且负序阻抗无穷大,导致故障电流的幅值和相角与交流侧不同。分析了输电线路电流差动保护由于区内故障时两侧电流夹角增大,导致电流差动保护的动作量减少、制动量增加,导致灵敏度下降甚至拒动。在此基础上,提出了差动保护判据的改进方案:分别利用零序电流、负序电流和正序电流突变量构成辅助判据,提高区内接地故障和相间短路时电流差动保护的灵敏度,从而提高了差动保护在含柔直接入交流电网中动作的可靠性。最后,通过仿真验证了所提方案的可行性。

基于模型识别的交直流混联输电系统时域双端量选相方法

针对传统单端量选相元件在交直流混联系统受端交流长线路不适用的问题,文中提出基于模型识别的时域双端量选相方法。首先,利用模型识别的思想,研究故障期间受端带并联电抗器的交流长线路非故障相和故障相的时域模型,经分析可知,非故障相的差动电流和差动电压满足电容模型而故障相不满足。其次,通过Spearman等级相关系数计算各相的电容模型符合度,与门槛值对比进行故障选相。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建交直流混联系统模型,从故障类型、故障位置、过渡电阻、采样频率以及噪声干扰等方面对所提故障选相方法进行仿真验证。结果表明,该故障选相方法在受端交流线路各位置故障期间均能快速准确地选出故障相,不依赖直流侧电源特性、不受并联电抗器的影响,并具有较好的抗过渡电阻和抗干扰性能。

交流供电系统故障电弧隐患检测方法研究综述

交流故障电弧尤其是串联故障电弧是交流供电系统引发火灾的重要原因,其诱因复杂,产生过程隐蔽,特征现象不明显,如果不及时发现和处置,可能导致灾难性火灾,对人身安全和财产构成严重威胁。首先分析了交流故障电弧隐患发生的机理及其典型故障特征;其次系统阐述了交流供电系统中故障电弧检测和定位方法;最后,针对交流供电系统,从实际应用的角度出发指出了当前亟需解决的问题,并展望了未来交流故障电弧检测以及故障电弧定位的应用场景和研究方向。

不同安装方式下分布式潮流控制器的过电压水平分析

DPFC(分布式潮流控制器)可以改善电网潮流分布,解决输电断面超限问题。根据DPFC的拓扑结构和运行原理,依托世界首个220 kV DPFC示范工程,搭建了DPFC的仿真模型。分别考虑DPFC集中安装于变电站内和分散安装于输电线路两种情况,仿真计算了输电线路发生短路故障时DPFC关键节点的过电压和过电流水平,并分析了故障发生位置对DPFC过电压和过电流水平的影响。计算结果可为实际工程中DPFC的绝缘配合提供参考。

一起站用交流馈线开关跳闸的故障分析

针对一起某110 kV变电站380 V站用交流电源系统馈线开关多次跳闸故障,通过现场排查及计算分析故障原因,即分列运行的#1、#2交流系统的多个环网馈线开关错误地同时合上,导致交流系统C相三路环网故障,当环网电流达到主馈开关的不平衡电流保护整定值时,主馈开关正确跳闸,切除故障。为此提出了需核查交流系统的所有回路,并对形成的开关投退表、级差配合表逐个核对,对于环网馈线开关,需调整指示灯至负载相的整改措施。

基于序故障分量的Sen变压器纵联保护研究

Sen变压器(Sen transformer,ST)是一种功能强大的电磁式统一潮流控制器。目前对于ST的研究多集中于其拓扑结构变种和模型建立等方面,而对ST的保护系统研究较少。作为一种电磁式潮流控制装置,ST存在传统变压器的励磁涌流、CT饱和等问题。另外,ST特有的补偿电压以及串联绕组饱和现象对其保护的可靠性有着更高的要求。为此,通过分析ST区内外故障时虚拟阻抗的特征差异,提出一种基于故障分量虚拟阻抗的ST保护方法。该方法基于ST两端序电压与序电流故障分量之比构造了虚拟阻抗作为动作量,利用故障前电气量构建了自适应制动阈值,并针对ST的空充过程进行了分析和修正。PSCAD/EMTDC和MATLAB仿真实验结果表明了该方法能够可靠快速地识别各类ST区内外故障,且不受励磁涌流、补偿绕组饱和以及CT饱和的影响。

交直流混合配电系统中的交流窜入直流故障仿真分析

主要针对交直流混合配电系统中交流窜入直流故障进行仿真分析。首先分析了交流窜入直流故障机理,将交流窜入直流故障分为内部交流窜入故障和外部交流窜入直流故障;然后构建交直流混合配电系统的典型架构,在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,分别验证内部交流窜入直流和外部交流窜入直流的故障特征,为直流系统的交流窜入直流保护奠定理论基础。

HVDC换相失败典型暂态响应特性及其抑制措施

以CIGRE第一标准模型为研究对象,分析了交流系统发生各种故障时可能引发的换相失败,即不对称故障相相连的逆变器的上下2个换流阀最易发生换相失败,对称故障则依情况而定。基于电力系统电磁暂态仿真工具PSCAD/EMTDC对其发生常见故障时典型暂态响应过程进行详细的仿真分析与计算,据此提出了一些发生换相失败故障时通过控制模式的转换抑制其危害及恢复系统运行的举措,如逆变器一次换相失败故障可以通过改变换流器触发脉冲的次序以控制换相失败发展过程,避免发生更为严重的换相失败;对于2次换相失败,应投入包括最后一个开通阀在内的旁通对,以减少因故障而使换流变压器造成直流偏磁。