基于初始电流行波相位的多端混合直流线路单端保护方案

为了解决LCC-MMC型多端混合直流系统线路保护存在的问题,提出一种基于初始电流行波相位的多端混合直流线路单端保护方案。首先基于多端混合直流输电线路发生不同位置和类型的故障工况,推导直流线路入射电压行波的解析式并计算其高频段相位。其次结合线路边界行波折反射原理和测量波阻抗特性,提出利用初始电压行波相位的区内外识别判据,并根据雷击和短路故障的入射行波低频相位特性构建雷击干扰判据。在PSCAD/EMTDC中搭建昆柳龙多端混合直流系统模型进行验证,证明所提方案仅利用单端量信息即可满足故障判断和选线要求,满足速度性的同时具备一定的抗过渡电阻能力(500Ω)。

混合三端直流输电系统受端交流故障穿越协调控制策略

以乌东德电站送电广东广西特高压多端柔性直流示范工程为研究对象,考虑混合三端柔性直流输电系统因受端不同位置交流故障所致的直流过电压,提出相应的故障穿越协调控制策略。在受端主站发生网侧交流瞬时故障的情形下,通过设计混合型模块化多电平电压源换流器全桥子模块自适应负投入策略,实现了利用子模块电容短时过电压储能的能力来快速补偿站间直流电压的上升;短暂时延后,送端电网换相换流器通过定量调整电流指令值策略来减小子模块的不平衡充电功率。在受端主站发生阀侧交流故障的情形下,优先利用输电健全极的功率转代裕度来消纳故障极的部分不平衡功率;同时,故障极从站跟随主站半压运行,相应的高低压阀组切换至定电流及定电压模式,最终实现抑制站间过电流及减小盈余功率。仿真结果表明,2种故障条件下,所提的协调控制策略均可较快实现故障期间的功率平衡,有效抑制仅配备稳态基本协调控制策略下系统所出现的直流过电压现象,同时也基本维持了送端的总体有功传输容量。

送端交流不对称故障下LCC-MMC-HVDC穿越控制策略研究

混合直流输电系统将LCC-HVDC和VSC-HVDC进行优势互补,其发展面临的一个问题是:当送端交流系统发生不对称故障时,LCC-MMC混合直流输电系统将面临输送功率跌落甚至中断和直流侧二倍频波动的问题。首先阐述了LCC-MMC-HVDC的拓扑结构、数学模型和基本控制策略,在分析系统在送端交流不对称故障情况下暂态特性的基础上,提出集功率续传和二倍频波动抑制为一体的穿越控制策略:基于主动降压控制的功率续传策略通过改变逆变侧MMC运行点减小输送功率跌落幅度;三次谐波注入法增大了逆变侧直流电压的可调节范围;直流电压波动抑制策略中,逆变侧直流电压作为唯一控制变量,有效降低送端交流系统负序分量对系统逆变器及受端系统造成的影响。最后,在PSCAD/EMTDC中建立仿真模型,算例仿真结果验证了所提出穿越控制策略的有效性。

LCC-FHMMC混合直流输电系统受端交流系统故障穿越控制策略

送端采用电网换相换流器(LCC)、受端采用全半桥子模块混合型模块化多电平变流器(FHMMC)的LCC-FHMMC混合直流输电系统,当受端交流系统发生故障时,受端交流电压跌落,受端功率传输受阻,盈余的功率导致子模块电容过电压,甚至可能造成设备的严重损坏。为此,提出了一种基于FHMMC直流电压降压运行的受端交流系统故障穿越控制策略,使其直流电压始终低于逆变侧交流母线的电压有效值。同时,整流侧LCC保持常规的定直流电流控制,保证逆变侧的直流电流在额定值附近运行,从而实现了进入直流系统的有功功率与逆变器向受端交流系统输出的有功功率之间的平衡。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台上对LCC-FHMMC混合直流输电系统受端交流系统发生的对称故障和不对称故障分别进行了仿真分析,仿真结果验证了所提控制策略能够快速有效地穿越受端交流系统故障,并抑制子模块电容过电压。

基于机电–电磁混合仿真的交直流混联受端电网连锁故障筛选指标及搜索策略

现有交直流连锁故障筛选指标和仿真手段不能准确反映交直流耦合作用和直流暂态过程,难以得到准确的连锁故障演化路径。因此,该文提出一种基于机电–电磁混合仿真的交直流连锁故障筛选指标及搜索策略。首先,基于PSD-PSModel构建交直流混联受端电网机电–电磁混合仿真模型;其次,考虑交直流耦合作用与直流控制环节,提出多馈入交直流交互作用因子(multi-infeed AC-DC interaction factor,MIADIF)和连续换相失败时间窗口(continuous commutation failure time window,CCFTW)指标,能够精确反映交流故障对多馈入系统关键状态变量暂态过程的影响;然后,基于筛选指标与混合仿真提出一种交直流连锁故障搜索策略,实现交直流连锁故障的快速、准确、全面搜索;最后,依托上海交直流混联受端电网进行仿真验证和分析,验证所提指标和搜索策略的有效性。

浙江交直流混联电网特性分析及运行控制

宾金和灵绍2回特高压直流密集馈入后,浙江电网发展为一个典型的大型交直流混联省级受端电网,"强直弱交"电网特性进一步显现,安全稳定运行风险持续增大。深入分析了浙江电网运行特性和面临的挑战,提出了针对性的技术和管理措施,对浙江电网的安全稳定运行具有重要的指导意义。

多馈入交直流混联系统解耦安全域的刻画及应用

多馈入交直流混联系统具有强非线性、强耦合特征,而直流调整的快速性对控制策略的确定时间提出了较高要求。对于弱受端系统,直流子系统的输电能力较弱,功率的调整范围较小,进行快速功率调制时容易使系统越限,因此需要精细化的控制策略。为了从宏观角度考虑安全特性并实现快速功率精细调制,提出了解耦安全域的概念。对于含有静止同步补偿器(STATCOM)的弱受端多馈入交直流混联系统,基于解耦安全域调整直流功率,并将功率调制问题转化为线性规划问题,可快速得到安全控制策略,并实现直流系统快速功率调制的目的。最后,通过案例研究验证了所提方法的可行性。

级联型混合直流输电系统的自适应下垂控制策略研究

文中研究了受端级联型混合高压直流(简称混合直流)输电系统的控制特性,分析了受端柔性直流在下垂控制模式下对级联型混合直流控制特性的影响,明确了混合级联直流的总体伏安特性曲线。相比于主从控制,采用下垂控制的模块化多电平换流器(MMC)具有同时控制直流电压和直流功率的能力,不会出现功率反送现象。但在下垂控制作用下,MMC无法实现直流电压的准确控制。因此,文中提出一种受端级联型混合直流输电系统的自适应下垂控制策略,该策略可根据系统直流电流的变化实时调节下垂特性,避免MMC的直流电压随直流电流的变化而产生波动。最后,基于PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了所提控制策略的有效性,该策略可以实现混合直流输电系统直流电压的准确控制,提高了混合直流输电系统的稳定性。

基于VMD能量熵的混合双端直流输电线路纵联保护方案

为提高混合双端高压直流输电线路故障快速清除能力,确保输电系统安全运行,提出了一种基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)能量熵的混合双端直流输电线路纵联保护方法。根据高压直流输电线路边界元件两侧的电压能量不同,同时考虑故障类型以及过渡电阻的影响,构造了电压故障分量的能量熵保护方案。将故障时测量点采集的电压故障分量进行VMD分解,得到若干固有模态分量并计算能量熵。根据区内外故障时电压故障分量的能量熵大小不同构造区内外故障判据,由正负极电压故障分量的能量熵之比构造故障极判据。通过PSCAD/EMTDC建模仿真,并利用Matlab结合保护判据对该方法进行验证。结果表明,该保护方法快速性好、可靠性高、耐过渡电阻能力强。

多馈入直流功率调制换相失败特性研究

多馈入高压直流输电系统中,直流功率调制可以起到多回输电通道间功率支援和阻尼振荡的作用,但功率调制过程中,幅度与上升时间控制不当会引起逆变站换相失败。给出了引起换相失败的直流功率调制临界指标,理论推导熄弧角、受端交流系统强度、系统的控制方式对该临界指标的影响,并仿真验证上述三个因素对直流功率调制的影响。基于多馈入高压直流输电系统,分析并验证直流功率调制造成的换相失败不会引发多馈入直流间同时换相失败。所作研究及成果为多馈入直流输电系统中直流功率调制和换相失败的研究提供参考。

适用于混合双极直流系统的单端电气量保护方法

为提高混合双极高压直流线路保护的速动性、选择性、灵敏性和可靠性,针对现有线路保护方法存在的适应性问题,提出了一种基于边界元件暂态分量之比的单端电气量保护方法。该方法利用直流线路区内外故障时的电压特征信号的暂态高频分量差异来实现。对电压故障分量进行小波包变换,得到各频带暂态能量;利用低频能量与部分高频能量和的比值构造保护判据,给出了整定原则,分析了过渡电阻的影响;利用PSCAD/EMTDC仿真平台搭建出混合双极高压直流输电模型,输出各种故障状态的故障数据,利用MATLAB进行故障数据处理,对所提方法进行仿真验证。结果表明:在不同的故障情况下,甚至在区内故障短路接地电阻为1000Ω时,所提方法仍可以准确识别区内外故障,并自行进行故障选极;所提保护方法所用数据窗长度短,仅为3 ms,具有快速性好、耐过渡电阻能力强、可靠性高的优点。

一种混合双端直流输电线路暂态保护方案

为保证混合双端型高压直流输电系统安全运行,分析了混合双端直流输电线路两端边界元件的幅频特性。根据区内外故障下线路暂态电压瞬时能量差值的不同特征,利用改进局部均值分解方法(local mean decomposition,LMD)来提取故障分量,提出一种基于改进型LMD分解的直流线路暂态保护方法,有效降低了经典LMD分解在处理直流故障信号时的端点效应和滑动误差对仿真数据的影响。最后利用PSCAD仿真软件搭建了LCC-MMC混合双端型高压直流输电线路仿真模型,利用该仿真模型输出直流输电线路区内和区外故障仿真结果。并利用MATLAB对故障数据进行处理,进行了算法仿真。仿真结果表明:暂态电压信号的瞬时能量值在区内故障状态下明显高于区外故障和无故障状态。验证了所提保护方法的正确性。该方法能够快速可靠的实现故障判别,具有较强的实用性。

受端混联型LCC-MMC直流输电系统的自适应电压协调控制方法

受端混联型LCC-MMC直流输电系统是一种在整流侧采用电网换相换流器(line commutated converter,LCC),逆变侧采用高压阀组LCC和低压阀组模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)相串联的混合直流输电系统。当送端交流网侧电压跌落时,整流侧LCC直流电压减小,将会影响整个系统功率的传输。为此,分析了送端交流侧电压不同跌落程度对受端混联型直流输电系统运行特性的影响。在逆变侧MMC电压控制及LCC低压限流的基础上,优化了混联直流输电系统的电压协调控制逻辑,实现低压阀组MMC在正常运行状态与降压运行状态之间进行自适应切换。通过在PSCAD/EMTDC中建立受端混联型直流输电系统模型并进行仿真,结果表明,所提出的自适应电压协调控制方法能够提高受端混联型直流输电系统在送电端低电压状态时的传输功率。

基于改进多馈入有效短路比的受端交直流混联电网STATCOM定容方法

针对传统多馈入有效短路比无法计及STATCOM动态响应过程的缺点,文章基于戴维南动态等值方法提出了一种考虑STATCOM接入影响的改进多馈入有效短路比,该指标通过BPA动态仿真求取系统等值阻抗,能够更准确地描述受端系统的强度。此外根据所提出的改进多馈入有效短路比,文章以提升受端交直流混联电网安全稳定性为目标,从总体性和平衡性两方面量化了STATCOM的无功补偿的效果,并建立了一套完善的STATCOM定容方法。利用实际电网算例证明了所提指标和方法的有效性。

混合多馈入直流作用下江苏受端电网安全稳定性评估及改善

混合馈入直流系统一般指电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)混合馈入的直流系统。目前,含有多个直流落点的混合多馈入直流系统已在受端电网规划中得到采用,但其对系统安全稳定性的影响尚未明确。为了对混合多馈入直流作用下受端电网的安全稳定性进行量化评估,首先总结了7种评估指标,并形成了一套评估方法。然后,以江苏电网为例进行了分析,说明江苏受端电网的安全稳定性不足,直流系统换相失败是最严重的问题。针对现存问题,先后提出了将彬长直流逆变侧改用MMC的方案1,以及进一步构建受端以MMC为主的多端直流系统的方案2。最后,对2种方案应用效果进行了定量评估,结果说明采用MMC换流站并构建多端直流系统将提升受端电网安全稳定性,也验证了所提评估方法的有效性。

大容量静止同步补偿器在南方电网的应用

由于南方电网受端系统广东电网负荷重,结构复杂,且交直流混联运行,交流故障导致多回直流同时换相失败是目前南方电网系统安全的重大威胁。针对这种情况,在500 kV东莞站±200 Mvar STATCOM成功投运的基础上,南方电网推广应用STATCOM,以确保电网安全稳定。从背景、关键技术及现场测试等方面介绍了STATCOM装置在南方电网的应用情况。

混合双馈入高压直流系统最大传输功率控制方法

常规高压直流(LCC-HVDC)与柔性高压直流(VSC-HVDC)落点之间存在电气通路时就构成了混合双馈入高压直流系统。VSC-HVDC系统具有有功、无功功率独立可调的特点,通过调节VSC-HVDC系统输出的有功、无功功率,可以提高在同等受端电网强度下LCC-HVDC系统的功率输送能力。在建立混合双馈入高压直流系统的数学模型和仿真模型的基础上,通过给出求解混合双馈入高压直流系统临界稳定状态的数值解法,分析了混合双馈入高压直流系统在不同受端电网强度下的功率输送能力,总结出调节VSC-HVDC系统输出的有功、无功功率对LCC-HVDC系统功率输送能力的作用规律,并在此基础上根据系统状态参数随受端电网强度的变化规律提出了混合双馈入高压直流系统基于定虚拟点电压控制的最大传输功率控制方法,该控制模式能针对受端电网强度的变化自动调节系统的功率参考值,使得混合双馈入高压直流系统能始终运行在输送最大有功功率的工作状态。

应用SVG提升交直流混联电网电压稳定性研究

我国能源资源与负荷中心呈逆向分布的特点,电能需远距离输送至负荷中心。随着高压直流输电技术(HVDC)的快速发展,我国逐步形成多个典型的交直流混联大型受端电网,严重交直流故障可能导致系统电压崩溃。为此研究了SVG提升交直流混联系统电压稳定性的作用机制,提出了相应控制策略,并结合广东电网验证了SVG的应用效果。研究结果表明,通过在输电断面的关键节点安装SVG,可大大提升系统电压稳定性。

受端混联型LCC⁃VSC直流侧谐波计算方法研究

受端混联型LCC-VSC混合直流输电技术不仅具备LCC和VSC的优势,而且在受端采用高压阀组LCC与低压阀组三端并联VSC相串联的结构,传输容量更大,制造难度低,造价低,是新型电力系统的重要组成部分,具有广阔的应用前景。然而,直流侧谐波特性对整个受端混联型LCC-VSC系统的控制保护有比较大的影响,目前很少有文献对该系统直流侧谐波特性展开研究和讨论。因此,分别建立LCC、直流滤波器和VSC谐波等效模型,根据受端混联型LCC-VSC拓扑结构提出其直流侧谐波计算等效模型,计算误差不超过10%。最后,利用某混合直流输电实例验证所提直流侧谐波计算方法的有效性和准确性。

多直流馈入背景下江苏电网的直流换相失败问题评估及动态无功协调控制方法

在以新能源和直流馈入为主的新型受端电网中,常规直流换相失败问题常威胁着系统的安全运行。为此,归纳和提出了三项用于评估直流换相失败问题严重程度的指标,并以江苏电网为例分析了直流换相失败严重程度。然后,针对严重换相失败问题,提出了一种用于加强直流系统恢复能力的动态无功协调控制方法。该方法先根据潮流控制目标确定系统运行边界和柔性直流换流站等设备出力,再基于电压交互因子筛选出与目标直流系统强相关的动态无功源,进而通过动态无功协调控制策略加强目标直流系统换相失败后的恢复能力。最后,在江苏电网实际算例中进行了测试,验证了所提动态无功协调控制方法的有效性。