级联多端特高压直流控制保护系统配置及策略

该文针对金上直流工程主回路拓扑结构与运行方式的特点,设计了送端分址级联多端特高压直流控制保护系统的配置方案;提出送端分站的高、低压换流器的电压平衡控制方案,根据送端两站间通信条件,切换采用附加电压平衡控制的触发角协调控制和串联两换流器一个定电压、另一个定电流的控制策略;基于送端分站级联拓扑,研究了其直流保护功能配置方案,并提出针对送端站1内的极区/换流器区故障或者送端两站之间直流线路永久故障的快速清除方法。基于控制保护工程样机的RTDS闭环仿真结果表明,该级联多端特高压直流控制保护系统可以满足实际工程应用的要求。

UHVDC分极分层接入方式及其运行特性

在现有分层接入方式的基础上,提出分极分层接入方式。首先对特高压直流输电接入受端电网的两种分层接入方式,从经济性、多馈入短路比指标方面进行对比分析。继而基于PSCAD/EMTDC仿真平台,对分层接入500kV/1 000kV受端电网的±800kV特高压直流输电系统搭建了两种分层接入方式的仿真系统。最后对两种分层接入方式的特高压直流输电系统的稳态、动态及暂态特性进行比较分析。研究结果表明:分极分层接入方式不仅能有效提高受端电网的多馈入短路比,增强受端电网的电压支撑能力,而且具有良好的稳态及动态响应,更重要的是能够实现两个逆变站换相失败的分层隔离,提高特高压直流输电运行的可靠性。文中针对分极分层接入方式中单极停运或双极功率不平衡时接地极电流过大的不足,提出了抑制接地极电流的措施。

UHVDC系统故障树分析误差及灵敏度分析

采用故障树(fault tree analysis,FTA)法分析UHVDC系统可靠性及灵敏度。考虑多状态元件同站双极互为备用逻辑关系,建立所有故障方式的故障树。基于串、并联结构,分别建立FTA和状态空间(state space,SS)可靠性分析模型。发现FTA误差,源于对串联系统不当引入多个元件同时故障状态。分别采用FTA和SS法计算UHVDC系统状态概率和灵敏度,量化前者误差。结果证实FTA得到的不可用率确实较SS法偏高,误差与元件个数及元件可用度有关。发现系统故障概率对同一元件修复率和安装率的绝对灵敏度之比,为其安装率和修复率之比的平方,同一元件所有参数相对灵敏度之和为0,据此可大幅降低灵敏度分析计算量。

计及AC-UHVDC系统无功补偿和谐波特性的UHVDC交流滤波器可靠性建模

特高压直流输电(ultra high voltage direct current,UHVDC)故障对电网影响严重,建立精确的可靠性模型十分必要。交流滤波器(ACfilter,ACF)子系统与交流母线并联,可补偿无功,减少谐波。谐波过大或无功不足均可能导致UHVDC降额。提出一种计及无功补偿和谐波特性的ACF可靠性模型,用矩阵组合将单一型号滤波器状态空间(state space,SS)合并成ACF所有配置方案的SS模型。由ACUHVDC基波潮流确定ACF需提供无功容量等级,进而将配置方案分组。由谐波潮流计算各配置方案的谐波指标,若谐波电流超标,将配置方案移至容量等级较低分组。根据分组情况,合并配置方案为五状态容量模型。算例表明,配置方案按无功补偿分组后,可能会因不满足滤波指标而被移至0%CL分组,故0%CL状态概率可能比75%CL、50%CL或25%CL状态高。

基于风速概率分布与风切变指数的直流输电线路离子流场数值模拟方法

特高压直流(UHVDC)输电线路下方的离子流场是电磁环境的重要评估指标之一。风速作为常见也是影响较大的因素之一,有着明显的地域特点。为了避免资源浪费,在对地高度设计时,应考虑到不同地区的风速分布差异,而不是用过大裕度换取安全度。为此,该文提出一种基于风速概率分布与风切变指数的输电线路离子流场数值模拟方法。该方法通过待计算地区的风速数据构建Weibull风速概率分布函数模型,选择风速数据在95%以内的最大临界风速作为参考值,考虑风速传感器的安装高度,根据风切变指数计算场域不同高度处的风速分布,作为离子流场计算中不同高度节点的风速输入量。结果表明,引入风切变指数后的离子流密度与合成电场强度误差分别下降了16.2百分点和3.8百分点,明显优于传统固定风速模型。并以昆明地区某±800kV直流输电线路为例,采用该方法进行了计算。该方法能够有针对性地考虑输电线路所处区域的风速影响,特别是在高海拔高风速地区,可为输电线路在合成电场安全限值下的对地高度设计提供参考依据。

基于电流特征量相关系数的UHVDC线路高阻接地故障保护

特高压直流输电线路距离长、跨越区域复杂,故障发生率较高,常规电流差动保护的快速性较差且耐过渡电阻能力有限,为此提出一种基于电流特征量相关系数的线路高阻接地故障保护新原理。首先利用状态空间分析得到直流线路两端稳态电流时域表达式;随后,分析电流成分,发现其衰减振荡项中的角频率可反映线路对地故障,且可用相关系数衡量。接着利用两端电流和、电流差进一步突出角频率特征,并计算两者的相关系数构造判据特征量。在此基础上,根据判据特征量在区内外故障的不同特征,计及直流输电系统控制特性,提出了纵联保护新原理。该原理无需电容电流补偿,且对信道要求低,利于工程应用。仿真结果表明,该方案耐受过渡电阻能力和快速性优于常规电流差动保护。

基于可靠性灵敏度的UHVDC系统预防性检修优化

对特高压直流(Ultra High-Voltage DC,UHVDC)输电系统元件进行预防性检修(Preventive Maintenance,PM),可提高UHVDC可靠性,其难度在于如何确定需要预检的元件、如何建立反映预检参数对可靠性指标影响的预防性检修模型。针对上述问题,建立了UHVDC可靠性灵敏度模型,以确定其薄弱元件。提出了计及潜在故障状态的元件预防性检修模型。根据容量分层等值状态空间,提出了包含预检的UHVDC可靠性模型。提出了UHVDC可靠性对薄弱元件预检参数的优化算法。算例分析验证了所提预防性检修的可行性和优化算法对改善UHVDC可靠性的有效性。

考虑风电出力状态转移和直流线路功率调整的AC/UHVDC系统静态可靠性及其灵敏度评估

对于风电和特高压直流(ultra-high voltage direct current,UHVDC)可靠性建模,已有很多独立研究。但针对含风电AC/UHVDC电力系统,同时考虑双馈异步风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)结构、风电状态转移模型、交直流设备随机故障的研究不多,且往往基于简化DFIG结构和简化UHVDC可靠性模型。考虑上述因素,对系统进行可靠性评估和灵敏度分析。对DFIG多状态转移模型,从2种视角考虑风电出力与出力转移特性。引入直流功率调整以确定换流站控制方式。采用解析枚举、概率加权法,计算可靠性指标。提出可靠性指标对直流功率、DFIG有功出力灵敏度的解析表达。算例分析验证了所提算法的有效性和应用价值。

基于暂态分层等值算法的UHVDC换流站短期可靠性评估

特高压直流(ultra-high voltage direct current,UHVDC)线路传输容量大,其可靠性对电网安全极为重要。现有UHVDC系统可靠性研究只考虑长期可靠性,不能反映元件故障后可靠性短时变化。基于UHVDC换流站结构、瞬时状态概率和稳态等值算法,提出了暂态分层等值算法以建立换流站瞬时状态空间等值模型,同时提出了具有时变特性的双极可用率和双极停运率等可靠性指标。引入平均概率算法,计算换流站状态概率和可靠性指标在一段时间内的均值。所提模型拓展了现有UHVDC系统可靠性评估算法和指标,有利于量化其短期运行风险。通过与瞬时状态概率算法作比较,验证了所提暂态分层等值算法的正确性。结果表明UHVDC换流站瞬时状态概率与其稳态值存在差异,从不同初始状态向稳态值收敛。

基于可控自恢复消能装置的直流送端暂态过电压抑制方法

常规特高压直流输电系统受端换相失败或直流闭锁时输送功率受限,将导致送端换流站的无功消纳盈余进而诱发送端系统过电压。提出基于可控自恢复消能装置的过电压抑制方法,能够防止常规特高压直流输电系统送端电压上升过大。首先,分析了送端过电压产生机理;其次,介绍了可控自恢复消能装置的过电压抑制原理,并给出了装置参数整定方法;最后,结合PSCAD/EMTDC和试验平台验证了可控自恢复消能装置实现常规特高压直流输电系统暂态过电压抑制的有效性。

特高压直流输电系统动态电压控制策略研究

为提高特高压直流输电(Ultra High Voltage Direct Current Transmission,UHVDC)系统的电压稳定性与整体运行效率,分析UHVDC系统概述与动态电压控制策略设计目的和原理,并深入研究现有电压控制方法,如比例-积分-微分(Proportion-Integral-Differential,PID)控制、模糊逻辑控制、人工智能控制策略等,设计一种基于深度学习的新型动态电压控制方法。通过实际测试证实,新型控制策略在提高电压稳定性与响应速度方面具有有效性,不仅能有效应对复杂电网环境下电压波动问题,还能在保证系统稳定的同时提高能效。

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。

UHVDC故障下紧急直流功率支援方案研究

采用EEAC法分析了特高压直流输电系统在大扰动下进行紧急直流功率支援的机理,紧急直流功率支援可以有效改善系统的暂态稳定性。借助PSD-BPA详细直流模型,针对云广特高压直流输电工程大扰动情况下进行仿真,得到合适的功率支援开始时刻,适当提升速率、适当支援量,同时能够掌握回降的时间及速率,将极大提高直流功率支援的效果。

应对UHVDC送端电网新能源大规模脱网的频率紧急控制

我国特高压直流输电(UHVDC)的快速发展及新能源发电占比的不断提高,有力支撑了国家的能源战略转型。但由于新能源机组的涉网保护性能较差,在新能源集中接入的直流送端电网,发生交直流故障后容易导致新能源大规模脱网,给电网的暂态频率安全保障带来极大挑战。文中首先分析UHVDC送端电网新能源大规模脱网的故障过程;然后针对现有应对新能源脱网措施的不足,根据故障过程特征提出利用直流换相失败等信息作为触发条件的频率紧急控制技术方案及实现方法;最后搭建西北电网的仿真算例,验证了所提方法能有效应对交直流故障引起的新能源大规模脱网,大幅提升送端电网的UHVDC输电能力及新能源消纳。

Study on the Application of UHVDC Hierarchical Connection Mode to Multi-infeed HVDC System

随着我国特高压交直流技术的广泛应用，多馈入直流集中落入受端负荷中心将是未来我国电网发展所面临的重要问题。为从电网结构上有效解决多馈入直流系统的问题，提出一种特高压直流分层接入交流电网的方式。研究分层接入方式直流多馈入短路比计算方法的适用性，从理论上对比特高压直流不同接入方式下多馈入直流电网的系统特性，证明特高压直流分层接入方式有助于提高多馈入直流系统的电压支撑能力，引导潮流在1000kV与500kV层级间合理分布。结合国家电网规划，仿真验证了特高压直流分层接入方式的优势。