基于限流电抗器两侧特定频段暂态能量比的MTDC电网单端量保护方案

柔性直流输电技术有利于未来大量分布式能源接入电网,而配置快速、可靠的保护方案是柔性直流技术发展的关键。基于直流电网等效模型,提出一种基于限流电抗器两侧电压特定频段暂态能量比差异性的单端量故障区域识别方法。该方法依据贝瑞隆等效模型计算出限流电抗器两侧电压比,通过广义S变换提取限流电抗器两侧特定频段电压,根据故障时正负极限流电抗器的电压幅值差的差异性实现故障选极。最后在PSCAD/EMTDC平台搭建仿真模型,分析出发生区内外故障时差异性明显,具备较强的耐过渡电阻与抗噪声干扰能力。

电网故障下含直驱风电机组的电力系统频率动态响应分析

电网受扰后基于模型解析的频率响应分析对电力系统安全评估与紧急控制具有重要意义。电网发生故障时,直驱风电机组(DDWT)并网点电压幅值跌落引发控制器暂态响应,同时电压相位突变引发锁相暂态响应,锁相暂态响应又通过变流器控制传导产生功率控制误差,可能导致现有以负荷突变场景为对象的频率特性分析产生较大偏差。为此,提出了电网故障下DDWT锁相偏差的量化方法;解析了锁相偏差经DDWT变流器控制的传导路径,提出了锁相暂态响应导致DDWT功率控制误差的机理及其计算方法;建立了电网故障下含DDWT的电力系统频率响应模型,提出了锁相暂态响应影响下系统频率变化率和最大频率偏差的计算方法,解析了电网故障下考虑DDWT功率控制误差的电力系统频率动态响应特性,并通过算例分析验证了所提方法的有效性。

跟网型与构网型变流器混合并网的暂态特性分析及故障穿越控制

当跟网型(grid-following,GFL)和构网型(grid-forming,GFM)变流器混合并网时,它们通过电网阻抗相互耦合。在电网发生故障时,由于耦合项的存在,两个变流器的暂态特性将变得更加复杂。一旦其中一方出现稳定性问题,将对另一方产生影响,使得故障穿越变得困难。首先建立两变流器混合并网系统的数学模型,分析平衡点的存在条件,并使用相平面法揭示故障时的相互影响机理。然后,提出一种根据电压跌落程度调整GFM功角的方法,并作用于GFL改进其锁相环。同时考虑GFL电流注入的影响,对GFM的故障电流进行限制,以此实现混合故障穿越控制。所提方法可以保证GFM在故障期间输出无功电流对电网提供支撑,同时保证GFL根据电网导则注入电流,有效防止两个变流器的过电流和功角失稳。最后,通过仿真验证该控制策略的正确性和有效性。

高铁牵引供电系统对实时电网运行影响研究

以武广高速铁路沿线某牵引变电站为背景,研究高铁牵引供电系统对实时电网运行的影响.利用PSCAD搭建了适用于高速铁路的牵引供电仿真系统.运用Jiles-Ather-ton铁磁磁滞原理建立了V/v牵引变压器的暂态模型,并在仿真系统中通过统一电磁等效电路(unified magnetic equivalent circuit,UMEC)普通变压器模型表示.设置UMEC模型中分段线性的U-I曲线来等效铁芯的饱和特性,并进行空载合闸仿真.在此基础上,对电网侧进行单相短路故障仿真、三相短路故障时的有载合闸仿真.仿真结果验证了牵引变压器暂态模型和牵引供电仿真系统的实用性和有效性,并为相关调度运行部门提供了可靠的理论依据.

基于暂态能量流的MMC-HVDC电网故障限流器和接地方式综合优化

直流短路故障电流的迅速上升,严重制约了基于半桥子模块的模块化多电平换流器高压直流(MMC-HVDC)电网在实际工程中的应用。从故障限流器和接地方式都是通过增大故障回路电阻或电感进行限流的本质出发,提出了基于暂态能量流的故障限流器和接地方式的综合优化方法。该方法以暂态能量流抑制率和抑制效率为目标函数,以故障限流器、接地方式和中性线电抗为优化变量构建最优化模型。以四端双极型MMC-HVDC电网为例,在PSCAD/EMTDC仿真系统中对直流侧单极接地故障条件下的故障限流器和接地方式进行优化设计。结果表明,所选参数能够有效降低直流故障电流和桥臂电流,同时兼顾健全极过电压约束,为直流电网的故障限流器、接地方式和中性线电抗的多参数综合优化配置提供参考。

电网故障下双馈风电机组暂态电流评估及分析

为了便于分析并网双馈风力发电机组低电压穿越(LVRT)运行的承受能力,有必要对电网故障下双馈风电机组的暂态电流进行评估。本文利用双馈发电机定、转子磁链的暂态变化机理,推导并提出了双馈风电机组在机端短路故障和电网电压不同跌落程度时的定、转子暂态电流评估的解析表达式,并通过考虑风力机传动链柔性的机组暂态仿真结果验证了推导表达式的正确性。在此基础上,应用推导的表达式对双馈风电机组在不同初始输出有功功率、无功功率以及电网电压不同跌落程度时的定、转子暂态电流最大值进行了计算,并得到了不同运行工况对机组暂态性能的影响规律。

电网故障下双馈风力发电机暂态电流分析

通过分析双馈风力发电机的暂态电气关系,推导转子暂态电流的时域表达式;并通过对比不同跌落系数下的暂态电流,分析了转子暂态电流的变化规律;并对电网三相短路故障下双馈风力发电机的暂态响应进行仿真,验证了暂态电流表达式的正确性。

电网暂态故障下风电机组动态载荷分析

随着风电规模化开发利用,电网暂态故障引起的风电机组疲劳损伤问题也越来越突出。针对风电机组机械和电气部分仿真模型简化的问题,基于联合仿真思想,建立了5 MW风电机组FAST与MATLAB/Simulink的联合仿真模型。研究分析了对称和不对称电压暂态跌落工况对风电机组机械动态载荷的影响机理和特性。仿真结果表明,电网电压暂态故障对风电机组叶尖摆振和塔架及主轴受力带来较大影响,增大了叶片、塔架和主轴等部件的机械疲劳载荷,尤其是在不对称跌落时更为显著,而叶尖挥舞及塔架振动加速度所受影响较小。研究结果也为后续进一步动态载荷抑制提供了理论基础。

采用串联网侧变换器的双馈风电系统不对称高电压穿越控制研究

在分析电网电压不对称骤升时双馈感应发电机暂态特性的基础上,从最大限度吸收电网无功功率角度出发,提出适用于采用串联网侧变换器的双馈风力发电系统的不对称高电压穿越控制策略,并对该系统的可控能力进行分析。所提控制策略在电网电压故障期间,通过控制串联网侧变换器维持定子电压恒定,并实现定子磁链暂态直流分量的抑制。通过控制并联网侧变换器维持直流母线电压恒定,同时利用变流器电流裕量实现对系统总输出有功或无功功率波动的抑制。通过控制机侧变换器实现双馈风电系统的功率解耦控制,并在变流器过流能力有限的约束条件下,最大限度吸收无功功率以实现对故障电网的暂态无功支持。仿真结果表明,所提控制策略既可有效实现双馈风电系统的不对称高电压穿越,同时也可增强所并电网的运行稳定性。

双馈感应风力发电机在三相短路故障下暂态电流特性分析

为了对并网双馈感应发电机风电场联络线保护进行研究,有必要对电网故障下双馈风电机组的暂态电流特性进行推导分析。利用双馈发电机定、转子磁链的暂态变化机理,推导了双馈风电机组在远端和近端短路故障下的定、转子暂态电流的解析表达式,并通过暂态仿真结果验证了解析表达式的正确性。在远端故障时,考虑了机端电压不同的跌落程度。在近端故障时,考虑了主动CROWBAR保护旁路电阻大小的影响。

超导故障限流器在智能电网中的应用

针对智能电网应用超导故障限流器(SFCL)时在输电电路中进行短路电流限制技术的研究,提出了SFCL的工作原理及数学模型,并基于单机对无穷大系统,推导出了在输电线路不同位置发生短路故障时,投入SFCL后的总转移阻抗和发电机的输出功率表达式。从功角特性曲线上分析了SFCL对电力系统暂态稳定性的影响情况,并用改进欧拉法对接入SFCL的电力系统进行了暂态稳定时域仿真研究,揭示了SFCL对系统暂态稳定性的影响规律。

电网故障下光伏发电系统暂态特性建模

目前光伏发电系统的暂态特性模型未充分考虑逆变器控制参数的影响。通过考虑逆变器控制参数对输出特性的影响,这里建立了一种适用于单相/三相光伏发电系统在电网故障下的数学模型,以分析电网故障下光伏发电系统的暂态输出电流和功率特性。硬件在环(HIL)实验结果验证了数学模型和理论分析的准确性。

电网故障下双馈风力发电机控制改进与仿真

随着风电装机规模的不断增加,作为未来能源互联网中重要的一环,风电机组应对电网故障的能力越加显得重要。针对双馈风力发电机组在电网故障下的暂态特性,提出了一种基于电网故障类型区分、控制器设计和辅助设备穿越的综合控制策略。相比于传统的控制方法,克服了控制误差大和响应滞后的问题,真正实现了系统的精细化控制。基于MATLAB和VC++联合建模,利用MEX技术搭建了电网故障下的1.5 MW双馈风力发电系统模型,仿真结果验证了所提出的综合控制策略在电网故障下提高双馈风力发电机控制的有效性。

虚拟同步发电机暂态稳定性分析与控制策略

虚拟同步发电机(VSG)通过模拟同步发电机的运行特性,主动参与并网点电压支撑和电网频率调节,可有效提高电力电子化电力系统的稳定性。当电网故障时,VSG存在与同步发电机类似的功角失稳问题,此时传统的小信号稳定性分析理论已不再适用。针对这一问题,首先建立VSG的数学模型,采用相平面法解析VSG的暂态功角轨迹,研究电压跌落深度、控制参数和有功出力水平对VSG暂态稳定性的影响,考虑阻尼情况下,根据扩展等面积法分析了VSG的暂态稳定边界条件;然后,提出一种电网故障期间自适应调节有功功率参考值的暂态控制策略,降低有功功率不平衡,在电网严重故障期间确保稳态工作点的存在,提高系统的暂态稳定裕度;最后,通过基于RT-LAB的半实物仿真平台验证理论分析的正确性和控制策略的有效性。

河西送端混联电网大容量同步调相机应用研究

随着酒泉-湖南直流输电工程的成功投运,甘肃河西风火打捆系统在直流大容量运行方式下易出现暂态电压稳定问题,影响新能源的安全送出。大型同步调相机在动态无功补偿、增加混联电网强度方面有较好的效果。介绍了大型同步调相机模型及动态特性,选择了能够提升暂态无功调节能力的电气参数,并基于PSASP仿真平台建立了甘肃河西风火打捆交直流混联外送系统模型,在交流外送通道故障和直路系统故障背景下仿真验证了大型同步调相机的次暂态、暂态和动态尺度下的电压调节能力。研究表明河西混联电网接入调相机后暂态稳定性提升显著。

基于小波理论的频带自适应故障选线法及其在船舶电网中的应用

针对船舶电网小电流故障接地时的选线难题,结合船舶电网中性点的接地方式以及拓扑结构特征,对故障接地的暂态过程进行深入分析,提出一种基于小波理论的暂态分量故障选线方法,检测零序电压信号的奇异性及突变点的时间信息,提取故障发生时刻前后各一周期的故障信号作为启动选线程序的引导条件,多尺度小波分解故障信号并自适应选择故障暂态特征信息最明显的频带分量进行小波重构,依照定义的能量因子计算各线路的暂态能量实现故障选线。最后的仿真计算验证了该方法具有较强的抗干扰能力,选线准确可靠。

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。

计及撬棒电阻的双馈风力发电机暂态电势故障特征分析

对双馈风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)暂态电势的精确分析是建立DFIG暂态等值模型和短路计算模型的基础。通过求解DFIG状态方程,计及撬棒电阻对暂态过程的影响,分析DFIG暂态电势在电网故障后的变化特征,指出DFIG的暂态电势会受到转差和撬棒电阻的影响而呈现快速变化的特性。撬棒电阻较大时,电网故障后暂态电势会以螺旋状快速衰减震荡至半径较大的稳态圆;撬棒电阻较小时,暂态电势会以角形轨迹衰减至半径较小的稳态圆。最后,通过仿真验证了所推导公式的准确性和理论分析的正确性。

风电汇集系统无功盈余导致暂态过电压问题的研究综述

近年来,风电高速发展,“风资源丰富地区建设多个风电场—经110/220kV线路将多风电场汇集—经超/特高压交/直流输电系统集中送出”是近年来风电送出系统发展的主要模式。目前中国西北/东北/华北等地的风电汇集地区配套火电机组少,无功–电压灵敏度高,发生典型交/直流故障后,存在暂态过电压问题,可能导致风机大面积脱网,影响系统安全,制约风电消纳。该文从四方面对风电汇集地区暂态过电压问题研究现状进行综述:1)暂态过电压产生机理;2)暂态过电压的相关标准与潜在危害;3)暂态过电压问题的特点与分析方法;4)暂态过电压应对措施,并提出后续研究建议和展望。

基于拓扑辨识的光伏暂态故障定位方法

光伏电网暂态故障结构复杂,传统故障定位方法对故障数据之间存在的隐含关联规则辨识能力较弱,导致最终的定位存在偏差。为此,提出基于拓扑辨识的光伏电网暂态故障自动定位方法。以电压相位拓扑结构为依据,利用光伏列阵寻找到功率与电压之间的联系,并对电网暂态进行实时跟踪。当电网中的电压、电流发生畸变时,利用贝叶斯模型分析故障数据之间的依赖关系,实现故障位置的定位。实验结果表明:与传统方法相比,该方法能够准确辨识隐含的关联规则、精准界定故障数据边界、确定电网故障的具体位置,为保障光伏电网的正常运行提供技术支持。