基于深度神经网络的UHVDC输电系统故障诊断

针对传统特高压直流(UHVDC)故障诊断方法存在阈值整定复杂、灵敏度低以及耐受过渡电阻能力较弱的问题,提出了一种将多尺度卷积神经网络(multi-scale convolutional neural network,MCNN)、双向长短时记忆网络(bidirectional long short-term memory,BiLSTM)和注意力(Attention)机制相结合的UHVDC输电系统故障诊断方法。通过MCNN挖掘标准化后的故障数据不同尺度的空间特征;利用双层BiLSTM获取数据中的时序依赖特征;引入Attention机制为数据的不同特征向量合理分配注意力。结果表明:所提方法在4种评价指标上都优于其他对比算法,能够准确识别UHVDC输电系统的各种区内、外故障和测量故障,并且在面对高阻故障时仍然具有较高的分类精度。

混合级联UHVDC系统换相失败抑制分析

换相失败是基于电网换相换流器的特高压直流输电系统中最常见的故障类型之一。近年来新投运的混合级联特高压直流输电系统的逆变侧仍包含电网换相换流器,因此换相失败无法避免。首先,在分析电网换相换流器触发调节过程的基础上,明确了换相失败控制的投入时刻是影响换相失败抑制效果的关键因素;进一步地,结合白鹤滩—江苏混合级联特高压直流输电受端的结构特点和接入交流系统方式,分析了混合级联拓扑下的换相失败抑制新思路;最后,提出可充分利用逆变侧电压观测点增加、模块化多电平变换器所连接母线的电压响应更为灵敏的特点,来加快换相失败控制的投入速度,提升系统的换相失败抑制性能。基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了该分析的正确性。

UHVDC垂直接地极技术经济性能分析

针对±800 kV直流输电工程接地极的备选极址概况,选取理论上适合采用垂直型电极的极址,设计了几种垂直接地极的不同布置形式,在子电极长度不变其它参数改变和子电极根数不变其它参数改变2种情况下进行了技术和经济性能的计算比较。结果表明,几种方案中跨步电压和接地电阻满足设计要求,但都存在接地极附近土壤温升过高的现象。几种垂直接地极布置形式中各项技术指标相对最优的方案与双圆环水平布置接地极技术经济比较的结果表明,水平双圆环接地极较垂直接地极在现场更具可行性。

UHVDC圆环接地极接地性能分析

为研究UHVDC圆环接地极接地性能,用三维有限元法计算了考虑钢体自身电阻率时其性能参数,在相同电极长度下计算比较了单圆环、双圆环和三圆环3种不同电极型式的接地特性,结果表明引流电缆注入点处的电极电位和温升略高于电极其它部位,且单圆环电极的最高电位升、接地电阻和最高温升最小,双圆环次之,三圆环最大;还分析了双层土壤上下层电阻率、电极埋深等参数对接地性能的影响。结果表明,电极埋深越大,最高电位升和接地电阻越小,但随着埋深的增加,温度却难以扩散,导致电极最高温升变大。此外土壤电阻率是影响接地性能的重要因素,随着土壤电阻率的增大,最高电位升和接地电阻等指标均有不同程度的上升,电极埋设层土壤电阻率对接地性能的影响较下层土壤电阻率的影响更大。

基于可靠性灵敏度的UHVDC系统预防性检修优化

对特高压直流(Ultra High-Voltage DC,UHVDC)输电系统元件进行预防性检修(Preventive Maintenance,PM),可提高UHVDC可靠性,其难度在于如何确定需要预检的元件、如何建立反映预检参数对可靠性指标影响的预防性检修模型。针对上述问题,建立了UHVDC可靠性灵敏度模型,以确定其薄弱元件。提出了计及潜在故障状态的元件预防性检修模型。根据容量分层等值状态空间,提出了包含预检的UHVDC可靠性模型。提出了UHVDC可靠性对薄弱元件预检参数的优化算法。算例分析验证了所提预防性检修的可行性和优化算法对改善UHVDC可靠性的有效性。

±800kV云广UHVDC输电线路合成场强计算

为研究和确定高压直流输电线路的特有电磁环境参数(也是主要的环境影响指标之一)合成场强,利用有限元法计算了±800 kV云广特高压直流线路为5分裂和6分裂共5种极导线,极导线间距为22 m,对地最低距离为16、18、20和22 m时导线下方地面处的合成场强。提出了±800 kV云广特高压直流线路下地面合成场强按30kV/m控制,当采用5×LGJ-630/45及以上截面极导线时,导线最小对地高度应≮18m的结论。

UHVDC系统可靠性分层等值与灵敏度分解

为了量化特高压直流(UHVDC)系统可靠性及其参数灵敏度,提出了可靠性分层等值模型和改进频率和持续时间(F&D)算法。基于UHVDC系统结构和运行特点,计及多容量水平、换流变压器接线形式和单端整体备用模式,将其划分若干个子系统,分别建立状态空间,逐层向上等值,得到整个系统状态空间。传统F&D法需人工查找和计算等值转移频率后才可计算出等值转移率,易出错且计算量随着状态空间维数增加。基于矩阵描述的改进F&D算法,可直接建立等值前后转移率矩阵关系,以及系统可靠性指标对底层元件可靠性参数的灵敏度分解关系。算例分析结果表明,所提模型和算法能够定量评估UHVDC系统可靠性,明确了影响UHVDC可靠性的关键参数和薄弱环节,证实了方法的可行性与有效性。

基于电流特征量相关系数的UHVDC线路纵联保护新原理

特高压直流输电线路长、发生故障概率大,其常规纵联电流差动保护的快速性较差且耐受过渡电阻能力有限。相关系数可定量描述两个变量的变化趋势,且不受变化幅度影响。为此,首先立足直流线路故障暂态特性,利用两端电流和、差计算相关系数,构造了判据特征量。其次,基于判据特征量在区内、外故障的不同特性,计及直流输电系统控制特性,提出了纵联保护新原理。该原理无需电容电流补偿,耐受过渡电阻能力和快速性优于常规纵联电流差动保护;且对信道要求低,利于工程应用。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真验证了新原理的有效性。

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。

考虑风电出力状态转移和直流线路功率调整的AC/UHVDC系统静态可靠性及其灵敏度评估

对于风电和特高压直流(ultra-high voltage direct current,UHVDC)可靠性建模,已有很多独立研究。但针对含风电AC/UHVDC电力系统,同时考虑双馈异步风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)结构、风电状态转移模型、交直流设备随机故障的研究不多,且往往基于简化DFIG结构和简化UHVDC可靠性模型。考虑上述因素,对系统进行可靠性评估和灵敏度分析。对DFIG多状态转移模型,从2种视角考虑风电出力与出力转移特性。引入直流功率调整以确定换流站控制方式。采用解析枚举、概率加权法,计算可靠性指标。提出可靠性指标对直流功率、DFIG有功出力灵敏度的解析表达。算例分析验证了所提算法的有效性和应用价值。

负荷模型对含UHVDC的多落点电网直流恢复特性的影响

负荷模型对电网暂态稳定性特别是对电压稳定性影响甚深,为了解负荷模型对含特高压直流的多直流落点电网直流动态恢复特性的影响,研究了扰动下ZIP静态负荷模型、感应电动机负荷模型(IM)的多回直流恢复特性,深入分析了送、受端网区ZIP静态负荷模型中不同比例的恒功率有功负荷、恒电流有功负荷、恒阻抗有功负荷、感应电动机模型负荷和IM欠压保护切除和恢复重接入特性等对多落点直流动态特性的影响并分析比较了南方电网典型IM模型和IEEE6型IM模型对直流恢复特性的影响,引入多馈入交互因子(MIIF)指标分析故障下直流换流站间动态交互影响作用。研究结果表明:送端和受端负荷模型对直流恢复特性的影响效果相反;大扰动下当电压跌落在一定范围内时,受端典型IM模型在改善功角稳定性方面占优,而无论送、受端,IEEE6型在弱化系统电压稳定性方面都占优。

基于U-I特性的UHVDC线路纵联保护新判据

纵联保护是高压直流输电线主要保护之一。提出一种基于状态信息量比较的直流线路纵联保护新判据。建立以直流电压和电流为变量的U-I平面,分析实时捕获的U-I平面的动态轨迹,分别在U-I平面内区域Ⅲ和区域Ⅳ构建保护判据,最后将判断结果转换为状态信息,线路两侧通过交换状态信息量的纵联比较来识别故障位置。该保护方案仅利用故障时刻整流侧和逆变侧的就地电压和电流的瞬时轨迹判断,对同步性要求低,信息量小。仿真结果表明,所提方案具有较好的耐过渡电阻能力,可靠性好。

UHVDC系统故障树分析误差及灵敏度分析

采用故障树(fault tree analysis,FTA)法分析UHVDC系统可靠性及灵敏度。考虑多状态元件同站双极互为备用逻辑关系,建立所有故障方式的故障树。基于串、并联结构,分别建立FTA和状态空间(state space,SS)可靠性分析模型。发现FTA误差,源于对串联系统不当引入多个元件同时故障状态。分别采用FTA和SS法计算UHVDC系统状态概率和灵敏度,量化前者误差。结果证实FTA得到的不可用率确实较SS法偏高,误差与元件个数及元件可用度有关。发现系统故障概率对同一元件修复率和安装率的绝对灵敏度之比,为其安装率和修复率之比的平方,同一元件所有参数相对灵敏度之和为0,据此可大幅降低灵敏度分析计算量。

基于雷电预警的UHVDC系统主动雷击防护策略

提出了基于降压运行和直流紧急功率支援的主动防护思路,分析了在特高压直流输电系统遭受雷击故障时2种方法提高电网安全运行能力的作用。利用PSASP建立了四川电网丰大运行方式下包含特高压直流输电通道的仿真模型,基于系统稳定性判据,仿真分析了雷击造成各条特高压直流输电通道单极/双极闭锁时,降压运行控制和直流紧急功率支援控制对送端电网安全稳定性的影响。研究结果对确保含特高压直流输电系统的电网安全稳定运行具有参考价值。

计及高压隔离开关设备的UHVDC系统FTA评估

根据特高压直流输电(UHVDC)系统实际结构建立了横向和纵向故障树分析(FTA)模型,分析了2种模型的差异,基于此构造计及高压隔离开关设备的UHVDC系统FTA模型。采用模块分解法、改进的最小路集(MPS)法解决FTA的非确定多项式(NP)问题。求取了UHVDC可靠性指标。算例分析结果表明:采用所提方法后,FTA的计算量明显降低;与横向建模相比,纵向建模时双极故障、1/2单极运行的概率和故障频率较低、持续时间较短,等效停运小时数较低,能量可用率较高;隔离开关对系统双极故障、单极停运影响最明显,接地开关对其他运行方式影响最明显;旁路开关对1/2双极运行和3/4双极运行有影响;直流转换开关仅对双极故障有明显的影响。

UHVDC换流阀晶闸管级阻抗检测仪设计与实现

针对高压直流输电换流站现场换流阀晶闸管级阻尼回路检测需求,提出了一种基于MCU+FPGA架构的晶闸管级阻抗快速检测方法,主要组成有基于FPGA控制器的阻尼回路电压电流采集模块、基于MCU的阻抗计算模块和通信接口,以及人机接口;完成了晶闸管级阻抗检测、测量结果判定和直观显示。测量误差<5%,满足现场检测需求,该检测方法已应用于特高压直流输电换流站现场晶闸管级阻抗检测。

计及AC-UHVDC系统无功补偿和谐波特性的UHVDC交流滤波器可靠性建模

特高压直流输电(ultra high voltage direct current,UHVDC)故障对电网影响严重,建立精确的可靠性模型十分必要。交流滤波器(ACfilter,ACF)子系统与交流母线并联,可补偿无功,减少谐波。谐波过大或无功不足均可能导致UHVDC降额。提出一种计及无功补偿和谐波特性的ACF可靠性模型,用矩阵组合将单一型号滤波器状态空间(state space,SS)合并成ACF所有配置方案的SS模型。由ACUHVDC基波潮流确定ACF需提供无功容量等级,进而将配置方案分组。由谐波潮流计算各配置方案的谐波指标,若谐波电流超标,将配置方案移至容量等级较低分组。根据分组情况,合并配置方案为五状态容量模型。算例表明,配置方案按无功补偿分组后,可能会因不满足滤波指标而被移至0%CL分组,故0%CL状态概率可能比75%CL、50%CL或25%CL状态高。

UHVDC分极分层接入方式及其运行特性

在现有分层接入方式的基础上,提出分极分层接入方式。首先对特高压直流输电接入受端电网的两种分层接入方式,从经济性、多馈入短路比指标方面进行对比分析。继而基于PSCAD/EMTDC仿真平台,对分层接入500kV/1 000kV受端电网的±800kV特高压直流输电系统搭建了两种分层接入方式的仿真系统。最后对两种分层接入方式的特高压直流输电系统的稳态、动态及暂态特性进行比较分析。研究结果表明:分极分层接入方式不仅能有效提高受端电网的多馈入短路比,增强受端电网的电压支撑能力,而且具有良好的稳态及动态响应,更重要的是能够实现两个逆变站换相失败的分层隔离,提高特高压直流输电运行的可靠性。文中针对分极分层接入方式中单极停运或双极功率不平衡时接地极电流过大的不足,提出了抑制接地极电流的措施。

UHVDC分层接入方式下非故障层换相失败改进抑制措施研究

在分层接入模式(hierarchical connection mode,HCM)下,特高压直流(ultra high-voltage DC,UHVDC)逆变侧层间存在耦合关系,换相失败主导因素和抑制措施比常规UHVDC复杂。首先考虑交流故障后直流电流暂态特性,提出故障/非故障层换相面积补偿方式,推导逆变侧触发角指令与换相面积补偿量间关系,修正逆变侧触发角指令,实现提前触发控制。然后基于修正后的触发角指令,改变低压限流控制(voltage dependent current order limiter,VDCOL)的启动电压,以提高其响应速度,辅助提前触发控制。最后搭建PSCAD/EMTDC仿真模型,证实所提控制方法可降低非故障层换相失败概率,改善故障恢复性能。

大容量新型调相机对哈—郑UHVDC稳定性的影响

特高压直流输电(ultra high voltage direct current,简称UHVDC)已在电力系统广泛应用.针对哈—郑UHVDC线路送端无功储备不足导致换流站直流功率波动的问题,提出在送端安装大容量新型调相机,将其作为动态无功补偿设备.分析大容量新型调相机运行机理及无功功率特性.建立UHVDC数学模型,分析得到影响直流功率波动的因素,提出改善功率波动的方法.在Simulink平台上搭建哈—郑UHVDC线路仿真模型,仿真结果表明大容量新型调相机能降低送、受端有功功率波动的幅度,缩短故障发生后功率恢复的时间,为系统提供无功功率支撑.