考虑LCC-HVDC设备额外动作要求的协调二级电压控制方法

随着特高压直流输电工程的不断投运,直流近区电网高/低电压问题以及交流滤波器和换流变压器的频繁动作问题已经引起广泛关注,如何实现交直流设备电压无功协调控制已成为交直流混联电网自动电压控制(automatic voltage control,AVC)策略亟待解决的关键问题,这对提升系统运行的电压安全性以及直流调压设备的动作寿命具有重要意义。在充分考虑直流系统运行方式与控制行为相对独立的基础上,以利用交流系统的控制手段改善直流换流站离散设备动作频次为主导思路,提出了一种考虑电网换相换流器高压直流(line-commuted converter high voltage direct current,LCC-HVDC)设备额外动作要求的交直流协调二级电压控制方法。所提方法具有以下特点:1)增加了控制角的安全运行约束与交流滤波器投切的死区约束,并基于计及换流器电压无功特性的交直流系统潮流方程推导了其灵敏度量化关系,从而有效降低了交流滤波器和换流变压器额外投切的风险。2)将换流母线作为附加的中枢节点,引入其电压偏差最小化为控制目标,提高了换流母线电压的稳态控制水平,增强了交直流混联系统的电压安全性。通过IEEE 39节点修正系统的算例仿真,验证了所提方法的有效性。

Experimental Analysis on Influence of Temperature and Bolted Torque to DC Contact Resistance of Terminal Connector in UHV Valve Hall

The overheating problems of terminal connectors severely threaten the operation of ultra-high voltage projects and cause enormous losses of economy,so a higher currentcarrying reliability of the connectors has an important engineering significance with the development of transmission capacity.In this paper,a bivariate mathematical model of contact resistance as functions of temperature and tightening torque was deduced based on the large current temperature rise tests.To perform such analysis,four typical terminal connectors,namely:overlapping terminal of aluminum plates,overlapping terminal of copper plates,overlapping terminal of plates with clad layer and overlapping terminal of copper rod with aluminum clamp,were chosen for the experiments.The changing rules of DC resistance with different tightening torques and different currents were studied.Then the empirical formula of contact resistance was deduced.Finally,temperature calculations of different terminal connectors were realized to verify the effectiveness of the bivariate mathematical model.

基于合成场强仪的输电工程地面合成电场研究

高压直流(DC)输电线路交叉跨越是我国特高压(UHV)技术发展中出现的问题。由于两回DC线路相互影响,交叉跨越区域内合成电场呈复杂的三维分布,UHV DC输电工程地面合成电场计算较为困难。选取典型±800 kV UHV DC输电工程进行地面合成电场的实测研究。参照GB 39220—2020,采用HDEM-01合成场强仪进行野外现场实测。测量参数为有效期内的场磨传感器上积聚的电荷量。测量结果与运行初期实测数据的对比结果表明:±800 kV换流站周边运行初期合成电场强度略低于后期,且整体水平较低;沿线电磁环境敏感目标运行初期、后期的实测数据中,74%的数值小于5 kV/m。通过此次研究,明确了UHV DC输电工程合成电场不同时期的特性。该研究有助于推进UHV DC输电工程的快速建成,并提高其运行安全性,从而推动电力工程建设的发展。

±800kV特高压直流换流站阀厅金具表面电场计算

为分析特高压换流站阀厅金具表面电场分布情况,采用静电场有限元数值方法进行了求解。首先以某±800kV特高压高端阀厅为研究基础,建立3D实体模型。然后根据阀厅设备的电气参数,通过PSCAD仿真得到阀厅设备在额定功率和轻载运行时的电位波形。最后采用静电场瞬时加载法,选取典型的数值进行加载求解,得到各种运行工况下阀厅内部金具设备场强分布云图和最大值分布规律,并对场强最大的金具进行优化设计。计算结果表明,在当前设计方案及配置条件下,阀厅内部高压侧设备连接及屏蔽金具表面场强较低,完全满足特高压直流阀厅内部电场控制要求;低压侧部分设备的屏蔽金具表面场强较高,接近甚至超过起晕场强,需要重点关注,并建议将D侧支柱绝缘子均压环管径增大至100mm。研究结果为特高压阀厅金具的设计规划提供了可靠支撑,具有重要的借鉴价值。

±1100kV特高压换流站直流操作过电压研究

基于准东—四川±1100 kV特高压直流输电工程,详细分析了特高压直流换流站阀厅和直流场的操作过电压机理,并仿真计算了高压端Y/Y换流变阀侧绕组接地、低压端Y/Y换流变阀侧绕组接地、交流侧相间操作冲击、逆变侧失交流电源、全电压起动和逆变侧闭锁而旁通对未解锁等故障在换流站设备上产生的过电压值,给出了准东换流站相应避雷器承受的最大过电压和能量。计算结果可为该特高压工程换流站设备的绝缘配合及相关设备选型、试验提供重要依据。

特高压直流换流站分压器预试方法研究

为保持特高压直流分压器良好状态,以便发现问题及时处理,每年定期需要对其进行预防性试验。目前试验方法拆、接引线需要耗费大量人力、物力,既延长了停电时间,又因经常拆接引线可能造成设备及人员安全问题。结合特高压站安装在极线、中性线上的直流分压器自身结构特点,提出了不拆线测量高低压臂电容、分压比的试验方法,并在某变电站预防试验时运用该方法进行了实际测试。试验结果与历年试验数据对比表明,所提出的方法能在保证测试有效性的前提下,显著减少现场试验工作量。

互联系统电磁暂态交互作用,Ⅰ:直流侧设备电磁暂态模型

我国电力系统正在形成交直流互联的巨大网络,交直流系统操作及故障、直流换流阀的动作、负荷变化产生的ns、μs、ms级的电磁暂态将在直流系统和交流系统中交互作用,交直流互联系统的电磁暂态交互作用可对交流系统和直流系统构成危害,特别是导致直流系统的换相失败及闭锁等严重事故。鉴于此,采用理论分析及测试相结合的方法建立基于地上交直流互联电网络、控制系统和地下接地系统全波过程的特高压系统电磁暂态精确分析方法,通过研究,最终换流变压器采用UMEC三相双绕组换流变压器模型;直流线路采用考虑频变特性的J-Marti模型;单阀的等效电路由晶闸管、饱和电抗器、阻尼电阻和阻尼电容、铁损电阻、并联均压电容元件组成;直流控制器、直流滤波器、交流滤波器也由相应的电路等值。该研究通过建立直流侧设备的电磁暂态特征的宽频特性模型,为分析交直流互联系统电磁暂态交互作用打下基础。

互联系统电磁暂态交互作用研究,Ⅳ:直流侧对交流侧的影响

我国电力系统正在形成交直流互联的巨大网络,交直流系统操作及故障、直流换流阀的动作、负荷变化产生的ns、μs、ms级的电磁暂态将在直流系统和交流系统中交互作用,交直流互联系统的电磁暂态交互作用可对交流系统和直流系统构成危害,特别是导致直流系统的换相失败及闭锁等严重事故。鉴于此,在已有的能比较准确反映交直流互联系统的关键元件电磁暂态特征的宽频特性模型的基础上,在PSCAD/EMTDC平台上建立计算模型,基于交流侧冬小、冬大、夏小、夏大4种运行方式,分别对应直流系统的3种运行方式(双极大地回路、单极大地回路、单极金属回线),进行各种故障时的电磁暂态计算,为防止交直流互联系统的电磁暂态交互影响提供电磁兼容设计及测试参数。结果表明,直流系统对交流系统的电磁暂态影响较小,发生各类故障时在交流侧750、330kV线路及母线产生的过电压幅值均在规程中规定的允许范围内。该研究为分析交、直流互联系统的电磁暂态交互作用打下了基础。

互联系统电磁暂态交互作用研究,Ⅱ:交流侧系统等值及稳态调试

我国电力系统正在形成交直流互联的巨大网络,交直流系统操作及故障、直流换流阀的动作、负荷变化产生的ns、μs、ms级的电磁暂态将在直流系统和交流系统中交互作用,交直流互联系统的电磁暂态交互作用可对交流系统和直流系统构成危害,特别是导致直流系统的换相失败及闭锁等严重事故。鉴于此,采用理论分析及测试相结合的方法建立基于地上交直流互联电网络、控制系统和地下接地系统的全波过程的特高压系统电磁暂态精确分析方法,并重点对交直流互联系统的交流侧利用Ward等值法进行系统等值,考虑了冬大/冬小/夏大/夏小等多种运行方式,并对交直流系统进行稳态调试,为分析交直流互联系统电磁暂态交互作用打下基础。

互联系统电磁暂态交互作用研究,Ⅲ:交流侧对直流侧的影响

我国电力系统正在形成交直流互联的巨大网络,交直流系统操作及故障、直流换流阀的动作、负荷变化产生的ns、μs、ms级的电磁暂态将在直流系统和交流系统中交互作用,交直流互联系统的电磁暂态交互作用可对交流系统和直流系统构成危害,特别是导致直流系统的换相失败及闭锁等严重事故。鉴于此,在已有的能比较准确反映交直流互联系统关键元件电磁暂态特征的宽频特性模型基础上,在PSCAD/EMTDC平台上建立计算模型,揭示交流系统对直流侧的电磁暂态传递机理及影响规律。结果表明,交流电网对直流系统的电磁暂态影响较严重,换流站330 kV交流母线的出线发生三相短路故障时,直流极线对地、换流阀两端的过电压达到了1000 kV,超过了绝缘保护水平的设计值。该研究为分析交、直流互联系统电磁暂态交互作用打下了基础。

±800kV特高压直流开关场内避雷线间距分析

特高压直流开关场内设备对雷电流的耐受能力弱,因此对直流换流站的直击雷防护应采取比交流变电站更为严格的措施。针对此问题,采用雷电通道的分形模型分析了避雷针的保护范围,存在小电流绕击直流场设备的可能性,建议采用密集布置的平行避雷线对直流场内的设备进行保护。为了确定合理可靠的避雷线间距,根据站内设备耐受雷电流能力的不同,采用折线法、滚球法、先导发展法及分形方法等分区域对避雷线的保护间距进行了计算,分析比较了各种方法的分析结果,并提出了±800 kV特高压直流场内不同区域的避雷线间距推荐值,分析结果已用于我国向家坝-上海及锦屏-苏南±800 kV特高压直流场的避雷线设计。

换流站近端交流输电线路重合时序问题研究

交直流电力系统中直流系统对交流系统的扰动较为敏感,整流站或逆变站的扰动都可能造成直流功率的传输中断。经研究发现,换流站近端交流线路重合闸投入时序对直流系统的电压、功率、关断角等运行参量有较大影响。在交直流电力系统中探讨其机理,首先采用开关函数法对直流系统进行等值,求解交流线路上任一点发生单相接地故障时一侧重合后的换流母线电压。通过比较合于永久故障时两种重合时序下换流母线电压的大小,得到了影响重合时序的故障距离临界点。进而剖析换流变分别为Y0/Y、Y0/D接线时网侧、阀侧换相电压间的变换关系,分析直流系统在不同控制模式下直流电压、直流功率、关断角等运行变量与换流母线电压间的变化趋势。在此基础上得出结论:换流站近端交流线路故障时,使换流母线电压较高的一侧首先重合,可提高直流电压和输送功率,减少换相失败的发生机率,从而减小重合于永久故障时对直流系统的再次冲击。PSCAD数字实验验证了结论的正确性。

特高压换流站交流滤波器断路器恢复电压特性研究

笔者使用PSCAD暂态仿真软件,首次针对某特高压直流输电工程中直流电压等级为±800 k V、交流电压等级为750 k V的特高压直流换流站进行了完整建模仿真,对交流滤波器断路器上的恢复电压进行了仿真研究。通过不同工况、不同故障时刻、不同开断时刻条件下的对比,得到了各种情况下最严重的恢复电压特性,并与现有断路器标准进行了比较。仿真结果表明,在交流侧发生三相短路接地(3LG)故障或其他多相短路故障后,断路器断口间电压已经超出国家标准中对开断容性电流能力的规定,最严重的暂态恢复电压也已经超出断路器行业标准中四参数法的规定。此外,在某些情况下开断初期还会产生较大的初始瞬态恢复电压上升率,因此应当采取一定手段加以抑制。

特高压多端柔直换流站直流场均压屏蔽金具电场分布仿真分析与差异化优化方法

特高压多端柔性直流输电技术是近年来电力系统中重要的发展方向,其换流站中合理的均压屏蔽装置设计能够有效保障系统安全稳定运行,并降低投资成本。针对多端柔直换流站直流场金具优化设计,搭建开展了典型球、环电极电晕试验,得到了适用于换流站不同尺寸金具的控制场强公式。根据±800kV多端柔直换流站直流场的设计方案和设备布置,建立了三维全场域有限元仿真模型,计算分析了运行工况下直流场中各均压屏蔽装置的电位、电场分布,基于控制场强提出了典型金具的差异化优化思路与改进方向。结果表明,直流场内主设备金具及连接金具表面电场强度均不超过2000V/mm,旁路开关均压环表面场强较高、裕度较小,需要增大尺寸;±800kV穿墙套管均压环表面场强较低、裕度较大,可以适当缩小尺寸以降低成本。所得研究成果可为±800kV多端柔直换流站中均压屏蔽金具的自主研发与优化设计提供参考。

±800kV换流站无线电干扰研究

分析了特高压直流换流站的无线电干扰源及其传播方式,以拟建中的±800 kV向家坝—上海直流输电工程为例,进行换流站无线电干扰的预测方法研究和计算:分析了干扰电压源、建立了高频模型,优化了无线电干扰(radio interference,RI)滤波器的设计。结果表明:换流站总无线电干扰以及交流、直流线路和接地极线路的无线电干扰频谱均随频率升高而下降;合理装设RI滤波器后,规定测量位置的无线电干扰水平基本上都小于40dB;±500 kV换流站的无线电干扰限值可以作为±800 kV换流站的无线电干扰控制限值。文章还给出了减少换流站无线电干扰的相关建议。

三极直流输电技术特性及协调控制方式

为较大程度提升现有交流线路的输电容量,以缓解输电网输电能力欠缺,潮流拥塞等问题,引入一种交流线路改造成直流线路的技术方案—三极直流。三极直流能够提高线路的传输容量,具有较高的内在冗余度和过负荷能力,并可充分借鉴已有工程的经验,应用前景值得期待。该文介绍了三极直流输电的基本运行原理,总结了其技术和应用上的特点和优势,同时根据不对称电流调节策略,从时序控制、极控制和接地极电流平衡控制3方面提出了三极直流输电特有的协调控制策略。仿真结果表明,所提出的协调控制策略能够使得转换期间直流系统功率传输保持稳定,接地极电流波动控制在较小范围内,有利于交直流系统长期稳定运行。

特高压直流输电工程节能设计实践

特高压直流换流站规模大、设备多、建筑面积大,开展节能设计示范效应明显。介绍了特高压直流工程在提高输送容量、采用大容量节地节能设备、优化站址和平面布置以及建筑物和辅助系统节能等方面的设计思路和方案。

特高压换流站直流滤波电容器故障分析研究

针对常发的直流滤波器用直流电容器损坏事故,本文对特高压换流站直流滤波电容器事故的机理和原因进行深入的研究,对电容器单元进行了外观和电性能测试、绝缘油色谱试验、电容量介质损耗测量。对解剖后的电容器元件绝缘包封、电容器元件不同温度下直流电压击穿、聚丙烯薄膜不同温度下交直流电压击穿、铝箔等进行了研究试验。通过对故障和完好电容器对比试验研究,发现所测电容器的部分生产工艺和注油工艺不佳造成运行中电容器不稳定,而电阻过于集中,导致电阻器表面绝缘介质过热,容易发生击穿故障,研究结果对提高该类型电容器的运行可靠性具有重要意义。

特高压新松换流站直流场设备抗震设计及能力考核

新松换流站是目前世界上海拔最高、抗震设防要求最高的特高压换流站,直流场设备抗震设计与考核是整个换流站抗震设计核心内容。首先介绍了直流场设备抗震解耦设计的基本思路,分析了直流场主要设备的结构特征和抗震薄弱环节,对直流场极线设备分成了若干较为独立的耦联回路;其次,提出了换流站直流场设备的抗震设防水平及主要的地震动参数。通过采取选用复合材料、优化支架及设备结构、创新设备连接导体及金具、采用隔震减震等抗震新技术,可有效改善换流站直流场主要电气设备的抗震性能。通过开展特高压单体电气设备的抗震计算和地震模拟振动台试验,考核结果表明,新松换流站主要特高压电气设备具备承受峰值为400 Gal确定性场地波强震作用下的抗震能力。相关研究及应用对今后类似地震高烈度地区换流站抗震设计提供了有效的解决方案。