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。

一种基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路故障测距方法

直流输电线路故障时,高频故障暂态信号将沿线路向两端传播,线路对故障暂态信号高频分量有衰减作用。研究双极特高压直流输电线路频率特性,得到特高压直流输电线路对高频量有衰减作用,线路越长,衰减作用越剧烈的结论。研究基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路单端故障测距原理,推导出故障点距测距装置安装点的距离公式,得到基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路单端故障测距原理难以准确实现直流输电点线路故障测距的结论。研究基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路双端故障测距原理,推导出故障点距测距装置安装点的距离公式,提出频带衰减概念,推导出基于频带衰减的故障距离计算公式。建立云广特高压直流输电系统实际参数仿真模型,对提出的基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路双端故障测距原理进行仿真验证,仿真测距结果有较高的准确度。

一种特高压直流输电线路单端电压暂态保护原理

平波电抗器、直流滤波器、PLC滤波器构成特高压直流输电线路现实边界。分析特高压直流输电线路边界以及特高压直流输电线路的频率特性,研究特高压直流输电线路以及边界对故障暂态电压信号高频量的衰减作用。分析现有特高压直流输电线路暂态保护原理的保护范围,指出现有利用保护元件区分本侧区内外故障的特高压直流输电线路暂态保护原理并不能实现特高压直流输电线路全线保护。综合考虑特高压直流输电线路边界和线路对故障暂态信号高频量的衰减作用,提出利用保护元件区分对侧区内外故障的特高压直流输电线路单端电压暂态保护原理。建立云广特高压直流输电系统实际参数仿真模型,对所提出的特高压直流输电线路单端电压暂态保护原理进行仿真验证。

±800kV直流输电线路单端行波故障定位的红绿色彩模式检测

不同于交流系统,直流母线上只有直流输电线路一回线路,线路故障单端行波定位原理不会受母线上其他线路的影响,也不存在单相电压过零点附近发生故障和两相电压相等附近发生相间故障时,初始电压行波为零或很小的问题。直流输电线路两端平波电抗器和直流滤波器构成现实的物理边界,故障电压行波在该边界处的反射系数为正且接近于1。将直流线路正、负两极故障电压行波分别映射到红、绿两个颜色通道,形成红绿色彩模式图,其颜色突变点对应于故障行波波头到达量测点的时刻,颜色突变的方向对应于波头的极性,即红色突变对应正极性浪涌,绿色突变对应负极性浪涌。根据故障点反射波与初始行波的颜色突变方向相反,对端边界反射波与初始行波的颜色突变方向相同,来识别故障位于近端1/2线长之内或之外,以及第二个波头的性质。利用图像的边缘检测方法完成故障行波奇异性检测,藉此实现单端行波定位。该方法不需要对故障行波进行小波变换,简单,直观。大量仿真试验表明该方法正确有效。

溪洛渡—浙西特高压直流投运后系统稳定特性及协调控制策略

溪洛渡—浙西特高压直流投运后,将与复龙—奉贤特高压直流形成我国届时最密集的特高压多直流送出系统。分析了多直流送出系统与交流电网的耦合特性,提出了多直流送端系统故障后送端交直流协调控制策略。多直流送出系统由于电气距离较近,故障后相互支援可靠性较高,且对送端区域电网潮流影响较小;但存在多个直流同时闭锁的风险,需要采取大量的控制措施。研究了溪浙直流投运后与受端交流电网相互影响规律,并对交流系统和直流系统重要参数进行敏感性分析。结果表明,优化参数能有效提升受端电网稳定性。

±800kV特高压直流输电线路单端电气量暂态保护

高压直流(high voltage direct current,HVDC)输电线路两端的平波电抗器和直流滤波器构成现实的边界元件,对暂态电压高频分量呈带阻传变特性,来自直流线路区外的高频电压信号通过平波电抗器和直流滤波器后被衰减,其能量显著减小,不同频带的高频电压信号小波能量可应用小波变换求得。利用区内、外故障时于保护安装处获得的暂态电压小波能量的显著差异来构造直流输电线路区内、外故障判据;利用故障暂态电压小波变换模极大值,构造启动判据;利用正极和负极暂态电压分别与+800和-800kV的相关系数,构造雷击干扰识别判据;利用两极线极波,构造故障选极判据。给出了特高压直流(ultra high voltage direct current,UHVDC)输电线路单端电气量暂态保护方案。对该保护进行了大量仿真分析,计及了雷击干扰、边界上避雷器动作、不同过渡电阻、换相失败故障等因素的影响。仿真结果表明,该保护具有绝对选择性,能可靠有效地保护直流线路全长。

±1100kV特高压直流送受端接入系统方案研究

针对我国首个±1100 k V特高压直流工程(准东—皖南),研究了直流送受端接入系统方案。首先,对于直流送端系统,考虑直流再启动、闭锁等故障对电网的影响,采用直流安全稳定计算标准,从频率和电压稳定性角度研究送端换流站孤岛接入和联网接入2种方式的可行性。然后,对于直流受端系统,从提高多馈入短路比、抑制短路电流、平衡潮流分布3个层次,研究受端换流站单层接入500 k V、单层接入1000k V、分层接入1000 k V/500 k V这3种方式的可行性。最后,从受端换流站近区网架结构、接入通道选择等多角度研究并提出了换流站的系统接入网架方案。

利用保护元件区分对侧区内外故障的特高压直流输电线路双端电压暂态保护原理

平波电抗器、直流滤波器、PLC滤波器构成特高压直流输电线路现实边界。分析特高压直流输电线路以及边界的频率特性,研究特高压直流输电线路以及边界对故障暂态电压信号高频量的衰减作用,得到当故障发生点与保护安装点的距离大于-1/aln G(jω)时,线路对频率为ω/2π高频量的衰减作用将大于边界的衰减作用的结论。证明特高压直流输电系统整流侧和逆变侧关于直流输电线路中点对称,提出利用保护元件区分对侧区内外故障的特高压直流输电线路双端电压暂态保护原理和动作判据,该原理能实现特高压直流输电线路全线保护。建立云广特高压直流输电系统实际参数仿真模型,对所提出的特高压直流输电线路双端电压暂态保护原理进行仿真验证。

不受波速影响的特高压直流输电线路单端故障测距方法

现行特高压直流输电线路故障测距大多采用行波法,但单端/双端行波测距受行波波速影响较大,加上输电线路弧垂效应,测距精度较差。利用对端行波到达本端测距装置的时刻,通过公式推导消除行波波速的影响,推导出一种不受波速影响的特高压直流输电线路单端故障行波测距方法,将无需准确计算线路沿线波速也能实现直流输电线路故障测距。在PSCAD/EMTDC中搭建哈郑±800 kV特高压直流输电系统模型,在不同故障位置和不同过渡电阻下进行仿真。大量仿真结果表明,该改进单端测距方法不受输电线路沿线波速和故障位置影响且耐受过渡电阻能力强。

特高压直流输电系统稳态运行时高端阀厅内部的电场分析

为了确定特高压直流(UHVDC)输电工程阀厅内部整体电场及金具表面电场的分布情况,基于向家坝—上海±800kV UHVDC输电工程的实际参数,利用PSCAD对直流系统稳态运行情况进行了建模仿真,得到1个工频周期内高端阀厅内部关键电压点的瞬时对地电位值;利用ANSYS对送端换流站极Ⅰ的高端阀厅建立了1:1全尺寸模型,通过有限元分析法计算得到了阀厅内部金具表面的电场强度及空间电场分布云图。结果表明,稳态运行时阀厅内部金具表面的最大电场强度为16.73kV/cm,未达到起晕电场强度,符合阀厅电场强度的设计控制要求;阀厅内部金具表面及其附近的电场分布比较均匀,没有电场明显集中的现象。通过该研究,可掌握目前已投运的特高压直流输电工程高端阀厅内部的电场分布情况,同时为进一步确定阀厅内部电场的控制值打下了基础。

提升风火打捆哈郑特高压直流风电消纳能力的安全稳定控制措施研究

针对风火打捆哈郑直流工程投运初期火电接入方案及电源建设存在的不确定性,基于送端电网多变的运行方式,详细分析了特高压直流投运不同阶段对送端新疆—西北电网的稳定特性带来的影响,给出了提升风电消纳能力的安全稳定控制策略及哈密换流站安控系统的配置方案,可用于指导电网的实际生产运行,解决西北新疆交流外送系统结构薄弱及交直流系统特性复杂等引起的电网安全稳定问题,实现大型能源基地送出系统的协调优化控制。

±800kV直流输电工程高端阀厅内部过电压仿真分析

换流站阀厅内部重要设备众多、空气间隙复杂、典型电极多,一直是±800kV特高压直流输电工程设计工作中的重点之一。研究阀厅内部过电压的分布和数值对科学、合理地设计阀厅具有重要意义。以±800kV向家坝—上海直流输电工程的仿真计算为基础,对系统在各种故障状态下的操作过电压进行了仿真研究和总结;结合换流站避雷器布置和送端复龙站高端阀厅内部空气间隙、电压关键点的实际位置和范围,得出了高端阀厅内部过电压的分布和最严重时刻数值。仿真结果表明,特高压直流输电阀厅内部过电压并非同一时刻出现,而是集中在几种严重故障发生时刻。

受端电网特高压直流系统与海上风电交互影响及评价指标

研究了负荷中心受端电网特高压直流系统与海上风电的交互影响特性。首先从直流系统与海上风电落点间电气距离、接入点系统等值阻抗、海上风电机组自身的无功电压特性等方面分析了特高压直流系统与海上风电交互影响的关键因素,然后解析了二者交互作用阻抗表达式,计及特高压直流系统及海上风电落点交流系统强度,提出了直流系统与海上风电交互影响评价指标的快速计算方法,并通过实际电网算例进行了验证。研究结果表明,直流系统与海上风电电气距离越小、接入点系统等值阻抗越大,交互影响越明显。

特高压直流输电系统接地极引线双端不平衡保护

在目前工程中现有的接地极线不平衡保护和接地极线差动保护原理基础上分析并提出接地极引线双端不平衡保护。所提的双端不平衡保护原理,具有保护线路全长,识别引线断线和金属接地故障并能够计算出故障位置,不受过渡电阻的影响,以及定值整定简单等优点。采用EMTDC/PSCAD仿真验证了理论分析的正确性,最后采用实时数字仿真器(RTDS)仿真验证了所提保护动作策略的可行性。

适用于大规模新能源接入直流送端电网的暂态压升严重性指标研究

大规模新能源汇集接入并通过直流外送的电网结构使得直流送端电网的暂态过电压问题非常突出。首先介绍了新能源并网系统的结构及其过电压保护的逻辑。其次分析了发生直流闭锁或换相失败故障后,大规模新能源接入直流送端电网呈现的暂态过电压特性及其引发新能源连锁高压脱网事故的机理。在此基础上,提出了单一故障和多故障集下基于多二元表的局部和全局暂态压升严重性指标。最后,青海电网的BPA仿真算例验证了所构建指标的有效性。

基于小波分析的特高压直流输电线路单端电压暂态保护

分析特高压直流边界和输电线路的频率特性发现,线路对高频故障信号的衰减特性导致现有直流输电线路暂态保护不能实现全线保护。依据检测到的故障信号强度不同,提出一种直流线路单端电压暂态保护。提取故障信号中高低频段小波能量,利用它们的比值构造区分对侧区内外故障判据;通过比较两极线上暂态电压低频量,实现故障选极。仿真试验表明该方法有效。

±1100kV特高压直流输电受端接入方式的综合评估

以±1100 kV特高压直流输电工程受端接入方式为评价对象,从潮流分布和安全稳定性2个方面提出了其评价指标体系,其中潮流分布指标包括潮流均匀度、线路负荷率、断面热稳定水平、特高压主变下网功率等,安全稳定性指标包括短路比、换相失败系数、功角严重度指标和故障摇摆严重度指标等。基于层次分析法和改进扇形雷达图法,提出了适用于±1100 kV特高压直流输电受端接入方式的综合评估方法,可用于定量评估不同接入方式的总体效果。

特高压直流输电线路改进双端行波故障定位方法研究

实现特高压直流输电系统线路故障的准确定位对于提高故障处理效率、确保直流输电系统运行可靠性等均具有重要现实意义。设计了基于改进D型双端行波法的直流输电线路故障定位策略。首先采用导数法对故障发生的时刻范围进行准确判断,进而通过小波模极大值分析确定行波到达线路双端的准确时刻。利用故障行波波头到达测量端的第一次和第二次时刻,设计了改进D型双端行波测距方法,消除了行波波速对故障测距的影响。仿真算例结果表明故障测距结果误差较小,说明改进D型双端行波法具有较高的故障测距精度,同时对不同类型故障和不同过渡电阻具有良好的适应性,也能应用于近区故障定位。

特高压直流落点并网方式规划技术要求研究

合理选择特高压直流落点并网方式,是保证直流大容量电力安全消纳的关键。根据直流输电技术发展及其在我国电力系统中长期发展规划中的应用前景,研究特高压直流并网方式的规划技术要求。以现有工程经验为基础,结合直流容量及受端电网特点,提出了特高压直流并网方式的相关规划技术要求,为开展直流输电工程受端并网规划时交流电压等级、落点方案(单、多落点)以及受端换流站接入方案的选取提供指导和借鉴。

一种考虑接地极选址及受端电网结构的偏磁电流减小方法

基于受端电网的结构和接地极的位置对直流偏磁电流的影响,分别分析了交流电网各变电站不同联结方式下,换流站和相邻交流变电站在典型连接结构下的直流偏磁电流(DCBC)水平。分析了影响换流变压器和交流变压器DCBC值的因素,阐述了接地极选址及受端电网结构对变压器DCBC值的影响机理。考虑到受端电网结构和接地极的位置选择,提出了一种降低换流变压器和交流变压器的DCBC的方法。可从系统运行方式选择,接地极位置选择,电网结构规划设计等方面分析抑制DCBC的措施,建议在规划和设计阶段对换流变压器及交流变压器进行偏磁电流的防治。