Study on the Application of UHVDC Hierarchical Connection Mode to Multi-infeed HVDC System

随着我国特高压交直流技术的广泛应用，多馈入直流集中落入受端负荷中心将是未来我国电网发展所面临的重要问题。为从电网结构上有效解决多馈入直流系统的问题，提出一种特高压直流分层接入交流电网的方式。研究分层接入方式直流多馈入短路比计算方法的适用性，从理论上对比特高压直流不同接入方式下多馈入直流电网的系统特性，证明特高压直流分层接入方式有助于提高多馈入直流系统的电压支撑能力，引导潮流在1000kV与500kV层级间合理分布。结合国家电网规划，仿真验证了特高压直流分层接入方式的优势。

混合多馈入直流输电系统中LCC分层接入方式下后续换相失败抑制策略

随着直流输电的发展,LCC-HVDC与VSC-HVDC将不可避免的馈入同一区域电网,我国部分地区已经形成了混合多馈入直流输电系统,而受端LCC分层接入方式能够提高混合多馈入直流输电系统的电压支撑能力。受端分层接入方式下特高压直流输电工程在本层阀组发生换相失败时,由于层间耦合关系,可能引发非故障层阀组同时发生换相失败。提出基于MMC快速无功支援与LCC非故障层超前触发角补偿的协调控制策略,根据不同交流电压跌落程度,考虑受端MMC四象限运行能力向受端LCC非故障层提供无功支援,需要的无功支援量在MMC四象限运行范围内时,仅由MMC进行无功支援,利用公共耦合母线的电压跌落值确定MMC无功支援指令值。需要的无功支援量超过MMC四象限运行范围内时,MMC无功支援指令值为四象限运行有功临界值时的无功最大值,同时启动LCC非故障层的超前触发角补偿控制。大量仿真测试表明所提协调控制策略对高低端逆变器同时发生换相失败的抑制效果明显。

基于直流电流瞬时微分的特高压直流分层接入系统非故障层换相失败预防控制策略

在特高压直流分层接入系统中,由于层间耦合作用,某一层交流系统发生故障可能导致非故障层换流器发生换相失败。为此,考虑到故障过程直流电流的变化,提出一种基于直流电流瞬时微分的换相失败预防控制策略。该策略基于故障后直流电流的变化特性,得到换相电流时间面积控制中触发角修正量,代替原有换相失败预防控制,提高非故障层换相失败预防控制的启动精度;同时基于电流预测量和等效直流输入电阻动态调整低压限流控制器的指令值,提高其响应速度。在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型对不同工况下所提控制策略进行验证。结果表明,该策略可降低高低端换流器同时发生换相失败的风险,改善故障后系统的运行性能。

Reliability Evaluation of UHVDC Transmission Systems with a Hierarchical Connection Mode

Compared with the typical Ultra HVDC(UHVDC)system,the inverters of the UHVDC system with a hierarchical connection mode(UHVDC-HCM),connect two receiving-end systems with different operational conditions.This requires the corresponding conversion units(CUs)at the different terminals to be differentiated in reliability modeling,and the spares should also be separately set.A reliability model of the UHVDCHCM system is proposed in this paper.The operating modes are classified by the capacities of the total system and the transmission powers to the two receiving-ends.Considering the independent spares of the components of the CUs at different terminals,the state space is derived.Two sets of indices are newly proposed to more accurately evaluate the system reliability.Based on the matrix description of the frequency&duration(F&D)method,the sensitivities of the reliability indices to the reliability parameters of the components are quantified.Numerical results validate the feasibility of the proposed model.The vulnerabilities are recognized by the sensitivity analysis,and the impact of different spare schemes on the reliability indices and sensitivities are compared.The proposed model and indices provide a reference for the practical UHVDC-HCM projects.

特高压直流分层接入方式下抑制连续换相失败的直流电流控制策略

特高压直流分层接入系统逆变侧交直流间均存在耦合,单一换流站发生连续换相失败容易导致电网发生连锁故障。针对这一问题,从层间交互作用机理出发,深入分析了高低端换流器控制响应差异以及其动态无功特性。分析表明:故障恢复阶段的无功交互量增加会导致非故障层换流母线电压的跌落,并直接引起该层换流器关断角的减小,从而引发连续换相失败。在此基础上,提出一种抑制连续换相失败的直流电流控制策略。该策略综合考虑无功交换量与换流母线电压的波动特征,通过系统实际运行状态实时计算直流电流指令来实现对高低端换流器的连续换相失败抑制。最后,建立了分层接入系统电磁暂态模型,通过多工况对比验证了策略的有效性。所提策略能够降低分层接入系统发生连续换相失败的概率,同时改善两层交流系统电压恢复特性,有利于系统安全稳定运行。

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。

受端分层UHVDC换相失败控制和恢复策略

受端分层的特高压直流输电工程在交流系统单一电压等级发生故障时,不仅会导致本层阀组发生换相失败,而且可能引发另外一层阀组换相失败。在故障恢复过程中,层间交直流系统的相互影响还会引发连续多次换相失败。提出基于实时故障检测判定的换相失败控制和恢复策略,可准确判定故障状态、故障发生的电压层级、故障的持续时间。针对交流系统瞬时性故障,仅在发生严重故障时启动控制策略,并防止恢复过程中提前再启动,减少自动再启动次数。当单层交流系统永久性严重故障时,隔离故障层,转为双极半压运行方式。根据昌吉-古泉特高压直流输电工程搭建PSCAD/EMTDC仿真模型,设置多种故障情况,结果表明所提策略能有效降低连续换相失败次数,加快故障恢复,提高输电可靠性。

UHVDC分层接入方式谐波对换相失败影响的研究

锡盟—泰州直流输电工程调试试验进行三阀组运行单阀组在线投入试验时,运行阀组多次发生换相失败,结合现场情况和仿真结果分析,发生此类换相失败是逆变侧交流电网谐波含量过大导致。因此,分析了谐波对换相过程的影响,得到了在谐波干扰下,计及谐波幅值、相角与次数的分层接入方式下高低端换相关断角的计算方法,并提出了一种基于谐波畸变率的换相失败预测模块改进策略。最后,进行了计及谐波的高低端换相关断角的计算方法与换相失败预测模块改进策略适用性的仿真验证,提出的换相失败预测改进策略可避免谐波导致的换相失败。研究结果为分层接入方式下特高压直流输电工程由于谐波发生的换相失败问题的分析提供了理论支撑。

A tour-based analysis of travel mode choice accounting for regional transit service

The aim of this work is to explore the impact of regional transit service on tour-based commuter travel behavior by using the Bayesian hierarchical multinomial logit model, accounting for the spatial heterogeneity of the people living in the same area.With two indicators, accessibility and connectivity measured at the zone level, the regional transit service is captured and then related to the travel mode choice behavior. The sample data are selected from Washington-Baltimore Household Travel Survey in 2007,including all the trips from home to workplace in morning hours in Baltimore city. Traditional multinomial logit model using Bayesian approach is also estimated. A comparison of the two different models shows that ignoring the spatial context can lead to a misspecification of the effects of the regional transit service on travel behavior. The results reveal that improving transit service at regional level can be effective in reducing auto use for commuters after controlling for socio-demographics and travel-related factors.This work provides insights for interpreting tour-based commuter travel behavior by using recently developed methodological approaches. The results of this work will be helpful for engineers, urban planners, and transit operators to decide the needs to improve regional transit service and spatial location efficiently.

面向信息时代网络赋能指挥控制的层次模式连通结构

信息时代网络赋能指挥控制(network enabled command and control,NEC2)的理念,是通过使联网作战兵力信息共享效益最大化,达到作战效能的最大化.通过分析NEC2信息布局应具有的属性要求,提出一种可实现的层次模式联合兵力指挥控制(command and control,C2)连通结构,对其自适应C2特性进行分析,最后结合层次模式指挥控制连通结构信息交换示例,对信息标准交换和按需交换进行介绍,并论述了该连通结构的特性、优点和技术要求.

一种适用于特高压直流分层接入系统的换相失败抑制策略

特高压直流分层接入系统中,当逆变侧交流系统故障时,由于非故障层换相失败预防控制的启动时刻存在延迟,可能导致高低端换流器同时发生换相失败。为此,提出一种基于换相时间电压积分面积的高低端换流器协调控制策略。利用故障层换相失败预防控制可更快速对故障作出反应的特点,所提策略将故障层换相失败预防控制的输出量引入非故障层,使非故障层换相失败预防控制的启动时刻提前,增大非故障层换流器的关断角;同时对低压限流控制环节进行改造,减小故障过程中的直流电流。在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型对不同工况下所提策略进行验证。结果表明,该策略可显著提高非故障层换流器对故障的灵敏度,减小同时发生换相失败的风险。

分层接入特高压直流输电系统抑制连续换相失败协调策略

为抑制分层接入特高压直流系统连续换相失败,在分析了受端系统短路故障后逆变侧换流器与交流系统无功交换特性的基础上,提出了一种连续换相失败协调抑制策略,对故障期间直流电流指令值及其变化速率进行优化。基于PSCAD/EMTDC搭建了分层接入UHVDC系统模型,并对所提连续换相失败协调抑制策略进行了仿真验证。结果表明:相比于CIGRE控制策略,采用所提协调抑制策略时,连续换相失败次数由5次减低为1次,故障期间故障层换流器与受端交流系统无功交换近似为零,显著提升了系统暂态稳定性。

特高压直流分层接入方式下受端交流系统接纳能力分析

特高压直流分层接入交流电网方式具有引导潮流合理分布、提高电压支撑能力等优点,将在我国新建的大容量特高压直流工程中广泛应用。在新的接入方式下,大规模的电能将注入同一区域内不同电压等级的电网中,如何准确分析受端系统的接纳能力亟待深入研究。以实际特高压直流分层接入工程为研究对象,建立分层接入方式下交直流系统的等效模型;在影响因素分析的基础上完善分层接入短路比的定义,并分析其对受端电网接纳能力的影响;推导临界短路比和边界短路比的数学公式,提出分层接入方式下受端系统强弱的量化判断标准。

网侧分层接入500kV/1000kV交流电网的特高压直流系统控制保护方案

受端分层接入500 kV/1000 kV不同电压等级交流电网的特高压直流接线方式在世界上属于首创,其控制保护没有可借鉴的经验。系统研究了该种接线方式的直流控制保护系统方案。分析了特高压直流受端网侧分层接入500 kV/1000 kV交流系统接线方式对直流控制保护的特殊要求,提出了网侧分层接入特高压直流控制保护系统的分层结构和功能配置方案,分析了功率正送和功率反送运行方式下直流控制策略的差异,提出了适用于正、反送运行方式的直流控制策略。对分层接入控制系统的关键功能,如阀组间电压平衡控制、分接头控制、无功控制、功率转移及分配等功能进行了分析和研究,提出了各功能的原理及实现方法。提出了受端分层接入直流工程直流保护的分区和功能配置,以及与常规特高压直流工程的差异。最后对直流场测点配置进行了分析。研究成果已应用于在建的分层接入特高压直流工程。

分层接入方式的特高压直流输电逆变侧最大触发延迟角控制

随着中国特高压直流输电技术的广泛应用,多馈入高压直流集中落入受端负荷中心将是未来我国电网发展所面临的重要问题。特高压直流分层接入方式有助于提高多馈入直流系统电压支撑能力,已经列入国家电网规划。传统的逆变侧最大触发延迟角控制策略在逆变侧一个交流电网发生故障时会导致另一正常运行交流电网所连接阀组发生换相失败。该文提出一种改进的逆变侧最大触发延迟角控制策略:逆变侧一个交流电网发生故障时,控制另一个正常运行交流电网连接的阀组不以提升直流电压来抑制直流电流为控制目标,而以减小最大触发延迟角不发生换相失败为控制目标,可保证无故障交流电网所连接的阀组正常运行,避免了直流功率振荡。

特高压直流分层接入下混联系统无功电压耦合特性分析

为了从电网结构上解决特高压直流带来的受端电压支撑能力和潮流疏散困难的问题,我国学者率先提出一种特高压直流分层接入交流电网方式,该方式下受端交直流混联系统的电气耦合更为复杂,其无功电压交互影响机理亟待深入研究。为此,文章首先以某实际工程为基础,建立了特高压直流分层接入方式下受端混联系统的等值数学模型;在改进的交流侧分层接入相互作用因子基础上,同时考虑高低端换流器耦合作用,分析了该系统无功电压的交互影响机理;最后,在PSCAD中搭建等值仿真模型,通过稳态和动态时域仿真,验证了分层接入方式下混联系统的无功电压耦合特性与交流侧和直流侧的交互影响均相关,并提出一种可判断高低端换流器同时发生换相失败可能性大小的方法。

特高压直流分层接入方式下换流母线电压的稳定性

特高压直流分层接入交流电网的新方式可提高受端电网接纳直流功率的能力,从电网结构、直流控制方式等方面合理分析特高压直流分层落点近区500 k V层和1 000 k V层换流母线的电压稳定性问题亟待深入研究。为此首先分析了不同层逆变器的功率输出特性,并基于降阶雅克比矩阵推导了换流母线处电压稳定性因子的计算方法,进而提出了分层接入方式下各层换流母线的电压稳定性判据,判据表明综合电压稳定性因子越接近于0说明系统的电压稳定水平越好。利用该判据,分析了不同直流控制方式下电压稳定性的差异,得到了不同控制方式下电压稳定性的排序。从排序看出,整流站采用定电流控制或定功率控制、逆变站高低端逆变器都采用定电压控制的综合电压稳定性因子最小,为0.314 0,说明各层换流母线电压稳定水平最好;整流站采用定功率控制、逆变站高低端逆变器都采用定熄弧角控制的综合电压稳定性因子最大,为0.672 8,说明各层换流母线电压稳定水平最差。同时研究了直流功率输送水平对换流母线电压稳定的影响。最终得出的结论为:整流站控制方式由定功率变为定电流,或者逆变站高低端逆变器控制方式由定熄弧角变为定电压都能够提高分层直流落点处电压稳定水平;相对低的直流功率输送水平也对提高各层换流母线处电压稳定性有利。最后,以锡盟—泰州直流输电工程为背景的算例仿真证明了该分析方法的合理性和有效性。

特高压直流工程受端分层接入交流电网方式下阀厅概念设计

为满足快速发展的网侧分层接入特高压直流换流站建设需要,通过全面调研并综合比较±800 k V/8 000 MW及±800 k V/10 000 MW工程各技术路线下换流阀、换流变压器等交直流主要转换设备的概念设计方案,归纳了直流主设备的外形参数,总结了阀厅概念设计的总体要求、控制阀厅防火墙间距、制约内部电气布置的关键因素,以及主、辅设备的安装布置原则。在优化交流1 000 k V典型电极形状下空气净距的基础上,兼顾功能性和经济性的原则,得出了网侧分层接入交流500 k V/1 000 k V下的±800 k V/10 000 MW特高压直流工程高、低压阀厅的概念设计尺寸。结合换流站站址实际情况,并兼顾所有技术路线设备尺寸,提出:±800 k V泰州站换流区域按照"一字型"方案布置,高、低端阀厅设计尺寸(长×宽×高)分别为83 m×35 m×28.5 m和89 m×24 m×18.7 m;±800 k V临沂站换流区域按照"背靠背"方案布置,高、低端阀厅设计尺寸分别为89.2 m×35 m×28.5 m和99 m×23.1 m×18.7 m。

适用于分层接入的特高压直流输电控制策略

随着中国特高压直流的广泛应用,多馈入直流集中落入受端负荷中心将成为未来中国电网发展所面临的重要问题。特高压直流分层接入方式有助于提高多馈入直流系统电压支撑能力,已经列入国家电网规划。分层接入的特高压直流输电在电路结构上发生了变化,在阀组电压平衡控制、阀组退出后直流功率控制、逆变侧最大触发延迟角控制和无功功率控制等方面需要研究适用于分层接入的特高压直流控制策略。在阀组电压平衡控制方面,两个阀组各运行在逆变侧最大触发延迟角控制,通过换流变压器分接头来平衡电压;在阀组退出后直流功率控制方面,研究阀组退出后限制的功率分配策略;在逆变侧最大触发延迟角控制方面,大扰动下采用实际电流计算最大触发延迟角;在无功功率控制方面,连接不同交流电网的换流器分别控制各自的无功功率。

特高压直流换流站中分层接入方式下特高压交流母线过电压

针对±800 k V特高压直流系统首次采用逆变侧分层接入到1 000 k V特高压交流系统的需求,为了确定换流站中1 000 k V交流母线的过电压水平,分别在两种分层接入方案的多种严重工况下,对1 000 k V交流母线的工频暂时过电压和操作过电压水平进行了仿真计算。分析了最高过电压产生的原因,给出了最高过电压产生的工况以及过电压水平。方案1中泰州站相对地过电压标幺值最高为1.54,相间过电压标幺值最高为2.71;方案2中临沂站相对地过电压标幺值最高为1.57,相间过电压标幺值最高为2.97。提出了采用额定电压低的避雷器降低换流母线操作过电压的措施,为特高压换流站1 000 k V交流侧空气间隙距离的选取和绝缘配合提供依据。