海岛VSC-HVDC输电系统直流阻抗建模、振荡分析与抑制方法

在向海岛无源网络供电的VSC-HVDC输电系统中,由于逆变站的恒功率特性,以及整流站与逆变站间直流侧阻抗交互的影响,易使VSC-HVDC输电系统的直流侧发生振荡甚至失稳。对此,该文针对整流站提出了一种虚拟阻感性阻抗稳定性控制方法,能有效抑制VSC-HVDC输电系统的直流侧振荡,且不影响逆变站向海岛负荷供电的动态性能。基于所提控制方法,建立了海岛VSC-HVDC输电系统的小信号直流阻抗模型,其包括整流站输出阻抗模型、直流电缆阻抗模型和逆变站的输入阻抗模型。根据Nyquist判据和伯德图揭示了整流站采用传统虚拟电阻稳定性控制在抑制VSC-HVDC输电系统直流侧振荡失效的根本原因：即整流站的等效输出阻抗在电压控制带宽外恶化成负阻性,削弱了系统阻尼。所提振荡抑制方法通过阻感性阻抗的相角超前特性能校正整流站的等效输出阻抗为正阻性,可有效改善系统的稳定性。最后,仿真和实验验证了该文的分析和所提控制方法的有效性。

VSC-HVDC输电系统的模糊神经网络控制

针对VSC-HVDC这个非线性耦合系统,本文设计了一种模糊神经网络智能控制器。该智能控制器将模糊逻辑与神经网络相结合,能够较好地实现对象的解耦控制。文章分析了控制器的结构及其学习算法,仿真研究表明,所设计的智能控制器性能良好。

基于LSTM的高压输电电缆接头异常预警系统设计

高压输电电缆接头异常预警容易受到谐波电流影响,导致预警效果不佳,为此设计了基于LSTM的高压输电电缆接头异常预警系统。检测高压输电电缆接头异常电流谐波,获取电缆接头介质状态。设计CC2430微处理器预警模块,负责处理预警区域内电流数据。构建接地线电流检测模块,负责评估电缆接头异常。构建LSTM神经网络预警模型,对比分析实时状态与模型中检测点状态,获取当前电缆接头状态的预测值。采用移动平均技术分析电流数据的整体变化走向,判断电流预测数据与阈值关系,根据系统指示灯颜色区分异常等级。由实验结果可知,该系统电流数值最大值为125 A,变化曲线与实际曲线一致,说明该系统的预警效果较好。

柔性低频输电系统的故障分量特征及保护适用性分析

柔性低频输电系统由于运行频率的改变以及柔性低频换流站的控制机理,其故障特征以及对保护原理的影响较为复杂。为了分析故障分量保护原理在柔性低频输电系统中的适用性问题,基于柔性低频换流站的控制架构,建立了以故障限流为故障控制策略的双端型低频输电模型。计及该系统线路发生三相故障的控制特性,分析了不同情况下的低频故障分量阻抗特性,并推导出低频等值阻抗的量化计算式,进而从理论上分析其对传统故障分量保护元件的影响机理。最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建了双端低频输电测试模型对理论分析进行仿真验证。研究结果表明:柔性低频输电系统在一定故障条件下可造成故障分量保护范围缩小,甚至使得保护元件完全失效,研究结果对于低频系统继电保护研究的开展具有一定的参考作用。

柔性低频输电系统的主变稳态负序差动保护

为了解决常规纵差保护难以适用于低频系统的问题,通过分析低频系统的序分量抑制策略,并根据低频系统故障进入稳态后单侧有负序注入的特征,提出一种基于稳态负序分量的主变差动保护方法。为防止该差动保护在区外故障时因电流互感器饱和出现误动,通过对比分析三类制动电流计算方式的制动性能,得到了差动保护的制动方程和制动系数。为解决励磁涌流、电流互感器断线可能导致误动的问题,提出了相电压突变量的差动保护开放条件。仿真分析表明,该方法能够灵敏反映区内金属性故障及轻微故障,在区外故障伴随电流互感器饱和时有可靠的制动裕度。

海上风电低频输电系统快速母线保护

海上风电低频输电系统母线故障后,换流器型电源等效电势与阻抗因控制的切换与调整过程,不再像传统电网可视为恒定。文中理论分析了母线电流差动保护适应性,明确故障控制策略对差动保护灵敏度的影响方式。利用母线区内外故障所对应的故障等效模型不同,提出基于时域全量模型识别的母线保护。该保护原理反映被保护元件自身拓扑的变化,理论上具有不受电源特性影响的优势,同样适用于其他换流器型电网。同时,所提保护在时域中实现,不存在相量提取问题,动作速度快。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型,验证了所提母线保护的可靠性和快速性。

颗粒阻尼器对输电塔线系统减震性能研究

对输电塔线系统进行缩尺模型振动台实验,从时域和频域的角度,对比了调谐质量阻尼器和颗粒阻尼器对输电塔的减震效果。利用ABAQUS建立了颗粒阻尼器控制输电塔线系统的离散元-有限元高精度耦合数值模型,对比了实验和模拟结果,并对塔线系统的耗能情况及颗粒阻尼器内部颗粒运动碰撞情况进行分析。研究结果表明:在地震激励下,颗粒阻尼器的减震效果较调谐质量阻尼器有更好的鲁棒性;该文所建立的颗粒阻尼器控制输电塔线系统模型能够良好地反映试件的动力特性和地震响应;在颗粒阻尼器的控制下,塔线系统总能量降低24.12%。当颗粒之间的碰撞次数和颗粒与容器的碰撞次数满足一定比例关系时,颗粒阻尼器能实现更优的控制效果。

多馈入直流输电系统后续换相失败安全裕度评估及抑制方法

换相失败可能引起直流输电系统(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)闭锁,严重影响电网的安全稳定运行。多馈入直流输电系统中电气耦合紧密,控制响应造成多回LCC-HVDC交互影响,使换相失败的产生机理变得更加复杂。现有后续换相失败抑制方法多以单回LCC-HVDC为对象,无法兼顾自身换相恢复和相邻直流换相失败抑制的需求。为此,提出了一种适应于多馈入直流输电系统的后续换相失败抑制方法。分析了LCC-HVDC首次换相失败恢复过程中逆变站控制系统的响应时序及条件,提出了考虑故障严重程度和LCC-HVDC控制影响的后续换相失败安全裕度评估方法,进而提出了基于电压安全裕度的后续换相失败抑制方法,并在CIGRE HVDC标准测试系统验证了所提方法的有效性。仿真结果表明,所提方法根据换流母线电压自适应地调节直流电流,能够有效降低多馈入直流输电系统中无功电压耦合影响,有效抑制相邻回LCC-HVDC发生后续换相失败。

基于嵌入式系统的输电线路除冰机器人设计

阐述一种基于嵌入式系统的输电线路除冰破冰机器人,利用破冰锥的特殊结构进行除冰破冰。此装置以嵌入式系统,通过物联网设计、3D建模和打印技术应用,能够确保高效除冰。

连接无源网络的LCC-FHMMC混合直流输电系统送端交流故障穿越控制策略

LCC-FHMMC型混合直流输电系统可以完全解决逆变侧换相失败问题,在向无源网络供电领域具有广阔的应用前景。建立了双端混合直流输电系统的数学模型,在分析送端交流故障机理和无源网络工作特性的基础上提出一种基于桥臂电压控制的故障穿越控制策略。通过让负荷主动参与调节换流站不平衡功率,快速恢复直流功率传输的同时有效避免切负荷,同时实现受端换流站和负荷的故障穿越。依靠全桥子模块拓扑能够输出负电平的特点扩大逆变侧直流电压的调节范围,避免子模块电容过度放电导致的换流站闭锁,有效减小了故障清除后直流冲击电流。设计了不同严重程度交流故障下相关参数的选取原则,后基于电磁暂态仿真软件搭建双端混合直流输电系统的仿真模型验证了所提控制策略的有效性。

基于故障安全域的混合级联直流输电系统后续换相失败抑制策略

混合级联直流输电系统兼顾了电网换相换流器(LCC)和模块化多电平换流器(MMC)的优势,具有良好的工程应用前景,但系统逆变侧LCC与MMC间复杂的交直流耦合特性增加了后续换相失败的抑制难度。为此,该文提出了一种应对混合级联系统后续换相失败的协调控制策略。首先,分析了控制器交互期间电气量波动和LCC无功需求对系统恢复产生的不利影响,并在考虑控制器作用和MMC动态无功支撑的基础上建立了多电气量耦合作用下的故障安全域;其次,通过对混合级联系统和基于电网换相换流器的高压直流输电故障安全域对比分析,提出了一种基于MMC和低压限流环节(VDCOL)的协调控制策略,以实现系统后续换相失败抑制和功率快速平稳恢复相协调;最后,基于PSCAD/EMTDC分别在不同严重程度交流故障、不同短路比和不同故障持续时间下进行仿真对比分析,验证了所提协调控制策略的有效性。

海上风电场交流集电和多端柔直输电并网系统多目标优化规划

集电和输电并网系统的优化规划对海上风电场(offshore wind farm,OWF)的投资经济性和运行可靠性有着重要影响。对于OWF中交流集电和多端柔直输电的并网方式,建立了拓扑与潮流耦合的兼顾经济性和可靠性的多目标优化规划模型。模型中利用拓扑冗余度直接近似计算风机停运损失电量,并考虑了新型双边环形的交流集电系统拓扑结构和基于连通性约束的多端柔直输电系统拓扑结构,实现了对集电和输电系统拓扑连接,交流和直流海底电缆类型,海上升压换流站数量、容量、位置,和连接到海上升压换流站馈线数量的协调优化规划。并且,提出了一种直接求解多目标优化问题折中最优解的方法,通过凸化处理将原混合整数非线性规划模型转化为混合整数凸二次规划模型,以高效求解获得最优规划方案。最后,对2个分别含36台和78台风机的实际OWF算例进行分析,验证了所提出模型和方法的正确有效性。

燃料电池在无人机高压输电线路验电系统中的应用展望

随着无人机技术的不断发展,其在高压输电线路验电领域中的应用也日益广泛。燃料电池作为无人机飞行器的主要动力供能装置,具有续航能力强、能量密度高等多项应用优势。基于上述背景,针对燃料电池在无人机高压输电线路验电系统中的应用进行研究。分析燃料电池组成及其工作原理,并分别探讨其正、负极材料的储能特性,深入研究燃料电池结构模型。在此基础上,分别从效率高、污染性小两方面,分析燃料电池在无人机高压输电线路验电系统中的实际应用情况。

基于变下垂系数的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略

风电场经直流汇集-直流送出的风电全直流输电系统中,直流系统的存在会解耦风电场和受端电网的频率耦合,在传统控制策略下对受端电网频率支撑能力弱。为此,提出一种针对风电全直流输电系统的一次调频变下垂协调控制策略。首先,提出基于Logistic函数的电压-频率变下垂频率传递策略,以直流系统电压为媒介,建立起电网频率与风电场功率的耦合关系。基于该频率传递策略,构建了由受端换流站的变下垂虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制、直流升压站的改进双闭环控制及风力发电机的变下垂减载控制组成的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略,实现系统无通信传递频率并参与电网一次调频。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建风电全直流输电系统仿真模型,在不同工况下进行仿真验证。仿真结果表明,所提控制策略能使风电场在不依赖远端通信的情况下实现对电网的一次调频,同时,有效减小了调频过程中直流电压的波动幅度。

基于云计算的无人机输电线路架空地线断股故障修复系统

为有效提升输电线路的安全性,本文设计了基于云计算的无人机输电线路架空地线断股故障修复系统。在硬件方面,对无人机控制器和图像处理模块进行了电路设计;在软件方面,分析了地线断股的原因,使用无人机对输电线路进行故障定位,并建立了云计算平台,以实现无人机输电线路架空地线断股故障的修复。通过对比试验证明了系统的先进性,试验结果表明,该系统修复地线断股所用时间更短,系统性能更优越。

基于架空输电导线振动的压电俘能系统研究

针对架空输电导线振动能量收集与输电线路传感器节点的供能问题,利用压电悬臂梁结构,设计了一种压电俘能系统。基于架空导线微风振动理论,搭建模拟架空导线振动的实验平台。通过实验研究,分析压电俘能装置结构对系统固有频率的影响,以及不同激励频率、不同激励加速度与不同负载条件下压电俘能系统的输出电能特性。实验结果表明:压电俘能系统处在共振频率下,激励加速度达到10 m/s~2时,存在最优负载使输出电压有效值达到16.27 V,输出功率达到5.29 mW,为解决输电线路传感器节点的供能问题提供一种新思路。

参与电网调频的多端柔性直流输电系统改进下垂控制策略

参与电网调频的传统下垂控制策略能够利用频率偏差和直流电压实现多端柔性直流输电系统频率之间的相互支撑。然而传统电压下垂系数固定,在分配不平衡功率时容易忽略电网的运行状态和换流站自身容量,导致换流站过载以及弱电网承担功率时频率波动较大。为解决这一问题,提出了一种参与电网调频的改进下垂控制策略。首先分析了参与电网调频的传统下垂控制策略能量调配关系。其次考虑电网的频率裕度以及换流站的自身容量重新设计电压下垂系数。在系统受到扰动后,提出的控制策略能够保证换流站不发生过载,同时实现弱电网的稳定运行。最后通过仿真软件MATLAB/SIMULINK进行仿真验证,结果表明所提控制策略提高了多端柔性直流输电系统的频率调节能力,使系统的运行水平得到有效提升。

含混合型MMC的多端柔性直流输电系统短路电流计算方法

多端柔性直流输电系统中存在多个换流站,换流站之间复杂的耦合关系使得直流短路电流的计算成为一个难题。针对含混合型模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的多端柔性直流系统应用场景,首先搭建了故障穿越前后混合型MMC的故障等效模型,并从混合型MMC直流故障穿越期间电路结构变化的角度出发,分析了直流故障穿越对多端柔性直流系统各支路短路电流的影响,在此基础上基于叠加定理提出直流故障穿越附加网络的概念。然后结合多端系统的近似解耦解析计算方法和直流故障穿越附加网络的概念,提出含混合型MMC的多端系统直流故障穿越期间的短路电流计算方法。最后,基于PSCAD/EMTDC平台的电磁暂态仿真结果表明,所提出的计算方法在故障发生6 ms内计算的短路电流值最大误差均在±6%以内,且具有良好的适用性,为含有混合型MMC的多端柔直系统的规划设计与保护整定提供了参考。

基于平准化度电成本的海上风电分频输电系统经济性分析

在海上风电大规模、中远化的新发展趋势下,对分频输电系统与其他输电系统的经济性进行了对比分析。基于分频输电系统全生命周期,建立了综合考虑初始资源投入、运行损耗、日常维护、废置处理和应缴税金的分频输电系统平准化度电成本经济性评估模型。以某海上风电场为例,分析了分频输电的经济区间和多场景下经济性变化趋势,结果表明:对于500 MW海上风电场,其经济区间在80~250 km,经济区间较为稳定且在多场景下经济性均优于传统输电系统。

智能电网输电线路在线监测系统设计与应用

随着科技的发展,工农业对电能的需求增大,传统的输电线路无法满足有效传输的要求。针对此问题,各国对智能电网的建设高度关注,我国也制定了智能电网综合发展战略方案。在线监测输电线路故障成为电网发展的必备要求。因此,本文提出了一种基于嵌入式计算机技术的输电线路故障监测系统设计方案,采用TMS320F2812和S3C2440双CPU总体架构。在硬件设计方面,选用了合适的芯片和进行了合理的原理图设计。在软件设计方面,按照软件工程的步骤进行功能分析,并进行了模块化的软件设计。设计包括DSP数据处理系统、ARM系统和上位机监测软件。