500 kV限流器接入对南网系统过电压的影响分析

串联限流电抗器能有效限制500 kV电压等级的短路电流,但其接入系统后会影响系统的过电压水平,需要进一步进行安全校验。以广南站500 kV/90 kA限流器示范工程为背景,利用电磁暂态仿真软件EMTP研究500 kV限流电抗器自身的过电压以及限流电抗器接入后对系统的工频过电压、操作过电压、线路断路器的暂态恢复电压,以保证系统与设备的安全运行。结果表明,无论是否采用限流电抗器,顺德-广南500 kV线路无故障甩负荷和单相故障切负荷时的工频过电压均在允许的范围内;500 kV限流电抗器接入后的顺德-广南500 kV线路合闸操作过电压未超过标准允许范围,变电站及限抗站金属氧化物避雷器MOA能耗及电流与其设计参数相比有很大的裕度。

不导水断层构造的二维瞬变电磁响应特征研究

采煤面前方隐伏不导水断层是煤矿开采现场的潜在事故隐患,需要对其展开细致研究。首先,引入了二维瞬变电磁正演计算公式,并采用有限单元数值计算方法进行了求解,数值计算结果与解析解的结果较吻合。其次,建立含断层构造和不含断层构造的二维地质模型,并对模型进行数值计算。研究结果表明:感应磁场等值线对高阻断层构造的响应规律明显,等值线畸变的形状和范围与模型中断层的位置、走向和倾角吻合度较好。随着测点位置与断层的距离减小,感应电动势响应幅值在采样早期呈增大趋势,但尖点响应的最小幅值逐渐变大,有断层模型的尖点响应下凹的幅度相较无断层模型更大。视电阻率成像结果能较好地反映高阻断层与煤系地层的电性特征,表明正演结果准确可靠。

基于PSCAD的光伏电站交流侧故障暂态特性分析

光伏电站故障暂态特征分析过程中,由于交流侧电网模型的差异,导致故障暂态特性分析结果可信度系数较低。因此,对基于PSCAD的光伏电站交流侧故障暂态特性进行分析。在PSCAD软件的作用下构建可靠性较高的电网模型。在PSCAD模型内提取出故障电流,并计算故障暂态特征量。汇总电容放电、电流回馈以及电压恢复三个阶段的暂态特征量,获取故障暂态特性分析结果。仿真实验结果表明:单相短路故障出现后电网内部电压跌落20%,故障点暂态电流大幅度增长,分析结果信度系数达到了0.98。

海上风电柔性直流输电系统故障穿越安全研究

对比国内外新能源、直流输电技术相关标准,根据现有标准情况,分析国内外在海上风电经柔性直流输电系统并网故障穿越方面的安全要求。基于电磁暂态仿真程序EMTP-RV,对欧洲某±320 kV柔性直流输电系统及其连接的海上风电进行仿真分析,研究交流系统强度、换流器控制模式、过电压特性和换流器电磁暂态模型对故障穿越的影响,由仿真结果交叉验证现有安全标准,为海上风电经柔性直流输电系统并网的安全稳定运行和相关标准更新提供参考。

复杂电力系统电气故障电磁暂态数字计算方法研究

电力系统电磁暂态的数值仿真研究是一个历久不衰的研究题目,尤其是其时域仿真研究中的Bergeron模型经Dommel实用化改进后,业已成功地应用于著名的EMTP当中,但EMTP的严重不足在于对各种故障和操作进行暂 态仿真前的预处理工作是相当繁杂的。文章针对EMTP使用中的不足,提出了一种普遍适用的电力系统电气故障电磁暂态仿真方法。该方法克服了EMTP由于系统结构或参数改变需要重新计算初始值的缺点,它可以仿真包括串补线路在内的单、双回线路任意点的电弧故障、母线故障、断路器开合和断线故障,并且故障起始角可以设定。新方法可极其方便地对线路故障点序列系列冲击电流、过电压和谐波分量进行系列数字仿真,亦可极其方便地仿真发展型故障,在线路保护仿真校验和过电压计算等方面极具意义。大量仿真表明,本方法精度高、速度快。

改进式模块化多电平换流器快速仿真方法

提出了一种改进式模块化多电平换流器(MMC)快速仿真方法,与已有的模块化多电平换流器快速仿真方法相比,其改进体现在能够精确地对MMC闭锁状态下的桥臂进行模拟。改进式MMC快速仿真方法利用一个等效子模块替代一个桥臂,在MMC非闭锁情况下,桥臂等效为一个戴维南等效电路,与已有的MMC快速仿真方法相似;而在MMC闭锁情况下,桥臂将被等效为一个具有集中参数的半桥不控子模块。在PSCAD/EMTDC仿真软件中进行二阶段启动以及直流线路故障的仿真验证,已有的MMC快速仿真方法在处理MMC闭锁问题时由于未考虑二极管的插值问题,具有较大的计算误差,而所提出的改进式MMC快速仿真方法,很好地解决了二极管的插值问题,具有较高的仿真精度。

新能源集中接入开闭站经同塔双回线路送出零序电流事故再现与分析

随着大规模新能源并入电网,很多地区采用新能源集中接入开闭站,再通过同塔双回输电线路送出的电网结构,然而运行中存在零序保护动作、跳闸事故频发现象。以电网实际故障实例,基于PSCAD软件,针对大规模新能源集中接入开闭站经220kV同塔双回输电线路送出的网架精确建模,实现了电磁暂态故障再现仿真。深入分析了跳闸事故原因,找出了零序电流来源,并创新性地针对220kV开闭站升压为500kV电站后的电网零序电流进行对比分析,提出了零序保护定值与升压改造的解决方案。该方案为上述新能源集中送出的电网结构零序电流的来源与防护提供了完好的措施,为相关电网的设计、运行与保护定值设置提供了切实可行的方案。

基于电弧特性的特高压输电线路单相自适应重合闸

提出了一种基于电弧特性的特高压线路单相自适应重合闸方案。通过EMTP-ATP软件中的MODELS模块建立二次电弧模型,模拟了瞬时故障时二次电弧的反复燃烧-熄灭-重燃的过程。利用数学形态学的多分辨形态学梯度提取故障相母线电压信号的暂态分量,通过比较故障相母线电压谱能量的差异来判别瞬时性与永久性故障。EMTP仿真数据都证明该方案能准确地区分故障类型,可靠地实现自适应重合闸。

基于钻孔瞬变电磁法的断层富水性三维空间探测

断层是导通含水层的主要通道,在煤矿生产过程中采用物探、钻探等手段提前查明断层富水性是非常必要的工作。针对该问题,通过在探查钻孔中采用钻孔瞬变电磁法三分量探测技术,通过理论数值模拟和在济宁三号煤矿应用表明,钻孔瞬变电磁法三分量中的X、Y分量响应形态的“S”形态和反“S”形态以及Z分量的单峰形态,可以判断出异常在钻孔周围的空间展布范围,孔中噪声水平更低、探测半径可以达到32 m,探测结果对异常地质体的划分更加精细,通过三维空间成图判别了异常体主要来自煤层顶板,指导了矿方后续该区域的防治水工作,证明了该方法的有效性,同时为煤矿巷道掘进和工作面回采前的地质预报提供了新的技术手段。

江陵换流站直流极母线接地故障仿真及分析

本文建立了500kV江城直流输电工程的电磁暂态仿真模型,该仿真模型控制系统由定电流控制、最小α角控制、低压限流控制、电流偏差控制等控制器组成,能够实现直流输电系统的常规控制功能。基于该模型,针对江陵换流站一起直流极母线接地事件开展故障仿真分析,仿真结果验证了所建模型在工程性分析中的有效性。

极间短路条件下柔性直流输电系统电磁暂态特性分析

以南澳±160kV中压柔性直流系统为例,配合直流断路器的应用,利用PSCAD/EMTDC仿真软件分析了极间短路故障时系统的暂态特性。首先介绍了南澳直流工程的系统拓扑和主回路参数,然后结合不同保护策略分析了系统对直流断路器的参数要求,提出了系统与断路器配合时直流限流电抗的调整思路。最后研究了线路长度、故障位置和断路器动作对暂态特性的影响。仿真结果表明,直流断路器可以快速开断故障电流,限制电流峰值,通过调整直流限流电抗可以实现系统与断路器的配合。研究结果对柔性直流输电系统参数设置和器件及设备选型有一定参考价值。

短路故障下低压开关柜电磁热耦合瞬态温升变化

低压开关柜内部包含多个开关元件,结构复杂,存在多个电接触部位,短路故障会导致开关柜内部温度增高,若内部部件发生接触不良会加剧温升,降低低压开关柜的运行可靠性,严重情况会导致该处发生熔断、绝缘损坏和拉弧短路等故障。以一起LKM0201开关柜短路跳闸事故为研究对象,分析该故障原因,建立LKM0201开关柜仿真模型,应用有限元分析软件ANSYS Workbench的Maxwell模块和Transient Thermal模块进行电磁热耦合瞬态仿真分析,研究短路故障对开关柜内部运行的影响,分析故障处在接触良好和接触不良2种情况下内部的温升差异,得出开关柜内部各部件的瞬态温升变化,并将仿真结果与实际故障对比。研究表明:当开关柜发生短路故障时,内部连接处发生接触不良的情况下,开关柜内部接触电阻增大、瞬态损耗增加。短路电路流经时开关柜内部温度升高,接触不良处温升更加剧烈,该温度将高于绝缘材料耐受温度并引起材料变形甚至融化,最终引起绝缘损坏,发生拉弧短路,温升过高可能会出现熔焊甚至熔断现象。仿真结果与事故照片具有较好的一致性,同时该方法具有较好的通用性。

包含自动励磁单元的微水发电系统故障响应特性

包含自动励磁单元的微水发电机组对提高基于可再生能源的多能互补发电系统的电压稳定性具有重要作用。该文根据微水发电系统的数学模型,在电力系统电磁暂态平台上EMTP/ATP建立了微水发电系统的动态模型,该模型包括水轮机、同步电机、励磁控制单元、电力系统综合负荷等模块。在故障工况下,对微水发电系统的故障响应特性以及励磁单元进行了研究。仿真结果表明:在短路故障导致微水机组端电压跌落的情况下,自动励磁单元可以通过调节励磁电压,快速增加励磁电流,提高微水机组的端电压水平。

考虑换流器内部故障的LCC-HVDC动态平均化建模方法

随着多个高压直流输电工程陆续投入运行,中国输电网呈现交直流混联的特征,其稳态与暂态特性区别于传统的交流互联电网。常规高压直流线路采用晶闸管换流器作为交流系统与直流系统的接口,换流器内部发生故障往往给系统的运行带来安全风险。研究高压直流换流器内部故障对电网运行的影响,需要建立准确高效的直流换流器暂态模型。基于分立开关的直流换流器详细模型在仿真过程中需处理大量开关动作事件,计算效率无法满足大规模交直流混联电力系统在线分析的需求。提出一种考虑内部故障的高压直流输电系统动态平均化模型,能够准确模拟由于直流换流器内部故障引起的暂态响应,且具有较高的计算效率,并以CIGRE标准直流输电系统为例验证了所提出模型的准确性与高效性。

基于FPGA的电磁瞬态仿真器研究

为了提高配电网故障电磁瞬态特性的实时仿真效率,避免复杂的现场可编程门阵列(field-programmable gatearray,FPGA)编程,本文研究了一种基于FPGA的自动实时电磁瞬态仿真器。首先通过综合改进的增广节点分析(modified augmented nodal analysis, MANA)方法和固定的导纳矩阵节点方法(fixed admittance matrix nodal method,FAMNM)构建了求解器;然后基于开关电导参数的最优选择,建立了高效的稀疏矩阵-向量乘法器;最后通过对三相配电网络中的单相接地故障后电磁瞬态特性进行测试,验证了仿真器的性能。实验结果表明:MANA-FAMNM的特殊结构可以实现极低的积分时间步长,并且避免了仿真器重新设计FPGA代码,该应用程序可直接用于不同的拓扑结构;仿真器能够实时精确地再现配电网故障中发生的电磁瞬态特性以及在传输线中传播的电磁波,FPGA-RTS仿真与软件EMTP-RV离线仿真的C相相电压值的最大误差约为0.006pu,完全满足工程应用的要求。该仿真器可以推广到工业实时嵌入系统中。

馈入弱交流系统的直流输电控制参数优化分析

直流输电馈入弱交流系统时,受端交流电网故障引发逆变器换相失败后恢复性能差,可能出现交直流系统不能恢复稳定运行的问题。分析了影响直流输电动态性能的控制功能,基于一个馈入弱交流系统的实际直流工程详细电磁暂态模型,利用仿真方法对适用于受端强交流系统的直流控制参数进行了优化。以直流系统最大输电功率极限的提升作为故障恢复性能改善效果的评估指标,对比分析了控制参数优化前后的交直流系统故障恢复性能。仿真分析表明,直流控制参数优化能够显著改善故障恢复性能,是馈入弱交流系统的直流输电工程提升输送能力应优先考虑的方法。

基于三维数值模拟及矿井瞬变电磁法的导水构造探测研究

导水构造隐秘性较强,是煤矿水害事故中的重大隐患,导水构造的有效探测对预防煤矿突水意义重大。基于目标层段煤系岩层地电特征及前期三维地震探测成果,建立了导水构造三维地质模型,运用Maxwell软件进行三维数值模拟以揭示区域导水构造的电磁响应特征;利用矿井瞬变电磁方法进行了掘进巷道左侧帮及巷道掘进面方向的数据采集,通过对数据进行适应性处理、反演计算和综合解释,明确了巷道左侧帮及巷道掘进面前方SF32导水断层的空间位置。结果表明,SF32导水断层在距巷道左侧帮45~50 m处呈东西向展布,延伸至掘进面左前方40 m区域时出现了向北西方向的转向。最终通过钻孔验证了该导水断层的方位,修正了前期三维地震勘探所解释该断层的空间位置,证明了该方法的准确性和有效性。

多样性子模块混合型MMC统一外特性高效电磁暂态模型

混合型模块化多电平换流器(MMC)的高效电磁暂态仿真是研究相关技术的重要基础。然而,由于多种子模块可以被采用,且每种子模块中均包含了大量的开关,混合型MMC的详细电磁暂态模型将严重降低其仿真效率。鉴于此,文中基于开关函数的定义与电容器件的动态特性,对多样性子模块的串联结构进行了统一的动态平均化等值,并根据等值后的动态模型,提出了一种适用于直流电网高效电磁暂态仿真的混合型MMC统一外特性模型以兼顾直流电网对仿真精度及效率的双重要求。同时,所提统一模型具有良好的可移植性以满足其作为研究工具的修改便利性要求。最后,基于ADPSS仿真软件,通过与基于分立元件的详细模型进行对比,验证了所提统一外特性模型的仿真精度与效率。

基于电路等效变换的二极管箝位式模块化多电平换流器电磁暂态并行仿真模型

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)常规电磁暂态仿真模型计算资源消耗较大的问题,基于电路等效变换原理,提出了二极管箝位式模块化多电平换流器电磁暂态仿真的并行等效模型。首先将换流器子模块等效为受控源,实现子模块与换流器主电路的解耦,便于应用并行计算方法;其次根据子模块电路结构预先分析出各种可能的工作模式,以避免开关动作时重新生成计算矩阵,便于根据桥臂电流与开关状态等信息实时计算出模块端口电压。对一个12电平MMC换流器的仿真结果,验证了所提方法的有效性以及该等效模型的正确性。

基于人工智能的故障限流器EMTP建模

电网规模日趋扩大,电网短路水平不断攀升,安装限流器是一种经济可行的限流措施。文中基于大数据手段与行业通用的EMTP电磁暂态仿真方法,提出一种符合实际情况的快速开关型故障限流器电磁暂态仿真建模方法。给定时间步长,对快速开关式故障限流器内部元件的电磁暂态过程进行时域差分离散化,形成适用于EMTP电磁暂态仿真的伴随电路的形式。通过对大量的限流器的试验数据以及电力系统各种限流场景下的运行数据进行大数据特征分析,结合快速开关型故障限流器固有参数与结构特征,形成描述限流器电磁暂态过程的相关特征序列,并利用BP神经网络算法对伴随电路诺顿等值参数的构造函数进行了训练,得到了适用于EMTP电磁暂态仿真方法求解的限流器模型。最后,对典型的快速开关型故障限流器实验数据进行了神经网络训练与算例仿真,结果显示该方法可以很好地模拟快速开关型故障限流器动作过程中的电磁特性。