含风电的电力系统不对称故障后机电恢复特性修正方法研究

在发生不对称故障情况下,风电系统机电暂态仿真结果与电磁暂态仿真结果间存在较大的差异,严重影响了仿真系统稳定性评估的准确性。为减少在不对称故障情况下风电系统机电暂态仿真与电磁暂态仿真间的误差,文中提出了一种基于数据挖掘的风电系统机电暂态仿真恢复特性曲线修正方法,并给出了其机电仿真的主要误差评价指标。最后,以PSCAD/EMTDC上风电系统的电磁暂态仿真曲线为标准响应曲线,以PSASP上风电系统机电暂态仿真曲线为目标,通过构造相应的样本库和修正算例进行验证,仿真结果说明了所提出方法的有效性和评价指标的合理性。

互联电网联络线功率控制与全过程仿真技术

互联电网联络线是电网的薄弱环节,联络线连锁开断是引发大停电事故的主要原因,联络线功率控制是保证互联电网安全运行的关键技术。笔者建立了联络线功率波动和振荡的理论,提出了电网主导失稳模式的辨识方法,研发了"毫秒级-秒级-分钟级"多时间尺度电力系统全过程动态仿真软件,建立了互联电网动态过程安全防御技术体系,提升了对关键输电断面联络线连锁开断、电压失稳的有效防御,实现数十分钟乃至数小时动态过程的准确仿真。研究成果应用于我国34个省级及区域电网的规划调度运行,大幅提升了互联电网动态过程安全防御能力,为我国电网安全稳定运行提供了技术保障,使电网安全达到世界最高水平。

基于MATE的电力系统分网多速率电磁暂态并行仿真方法

针对电力系统电磁暂态仿真效率低的问题,提出一种基于MATE的分网多速率电磁暂态并行仿真方法,该方法支持2种及2种以上仿真步长。提出了主同步时刻、子同步时刻和非同步时刻等概念以描述不同时刻的求解过程。在非同步时刻,通过大步长和中步长子网戴维南电势插值结果计算连接线电流,完成小步长子网的计算;在子同步时刻,利用大步长子网戴维南电势插值结果计算连接线电流,并综合考虑中步长内连接线电流的累积效应,完成中步长和小步长子网的计算;在主同步时刻,通过各子网戴维南等值计算连接线电流,并综合考虑大步长内连接线电流的累积效应,得到全网络的仿真结果。仿真算例表明,该方法可以根据所划分子网的特性选择合适的仿真步长,能在基本不损失仿真精度的前提下大大提高仿真效率,对实现大规模电力系统的实时仿真具有重要理论和实践意义。

电力系统近振荡中心换相失败分析与仿真

针对高压直流输电系统受端三相接地故障线路切除后的换相失败问题,从机理角度阐述切除大容量机组近区三相接地故障线路后的机组功角振荡过程及功角振荡特性,分析振荡中心近区电压变化特征、振荡中心近区换流站换相失败的风险并推广至线路任意直流落点,总结定熄弧角控制降低振荡中心近区换流站换相失败风险的关键影响因素。仿真结果表明理论分析的正确性。

适应电流差动保护的光伏电站边界接入容量分析

光伏电站在电网中的占比持续增加,使得电网的短路电流呈现幅值受限、初相角受控的特征,导致区内故障下差动电流大于制动电流的特有关系不再成立,传统电流差动保护将出现不正确动作风险。文章首先基于光伏发电单元故障响应特性,构建了光伏电站短路电流幅值与初相角的数学模型;然后,通过分析光伏电站接入容量变化对送出线路两侧制动电流与差动电流比值的影响规律,进一步推导获得了适应差动保护的光伏电站边界接入容量解析表达式;最后,利用PSCAD/EMTDC仿真试验,证明了文章所提边界接入容量的计算表达式,以及在评价含光伏电站电网的传统差动保护适应性等方面的有效性。

同塔双回线接地距离保护零序电流补偿系数分析及整定方法改进

比较了4种典型运行方式下双回线零序补偿系数K的大小,分析了目前单、双K值整定方法的特性。分析发现:单K值整定中,当整定阻抗达到一定值时,可能导致保护误动和拒动;双K值整定针对不同段保护采用不同K值,理论上更为合理。现行双K值整定方法中,接地距离保护Ⅰ段采用的K值并非为各种运行方式下的最小K值,在双回线一端母线解列时存在误动风险,对此提出采用一回线检修运行方式下的K值和一端母线解列运行方式下的最小K值的加权平均值作为接地距离Ⅰ段零序补偿系数。仿真结果表明,改进的双K值整定方法性能优于传统单、双K值整定方法,能够兼顾接地距离保护Ⅰ段的可靠性和接地距离保护Ⅱ段的灵敏度。

基于灵敏度分析和时域仿真的暂态稳定预防控制优化方法

根据临界切除时间灵敏度将暂态稳定约束条件线性化,简化了考虑暂态稳定约束的最优潮流(TSCOPF)问题的求解过程,为暂态稳定预防控制优化问题提供了一种新的解决方案。针对大系统临界切除时间灵敏度计算费时的实际问题,采用线路有功功率灵敏度筛选待调发电机的方法和并行计算技术以提高计算效率。WSCC 9节点系统标准算例和SGCC 9 177节点电网算例的仿真结果表明,所提方法具备良好的优化效果和工程实用性。

同塔双回线纵向故障特征分析及零序方向保护改进

同塔双回线在发生不对称纵向故障时,由于负荷电流的转移,健全线路上会流过较大的不平衡电流,可能导致健全线路上带零序电压补偿的纵联零序方向元件误动。分析了同塔双回线纵向故障时零序、负序分量的特征,阐释了单相故障跳闸后健全线路上带零序电压补偿的零序方向保护误动的机理,并且提出了利用单回线负序分量信息的保护改进方法。在零序电流达到门槛值而零序电压不足时,引入负序电流门槛来判断是否启动零序电压补偿,并结合带负序电压补偿的负序方向元件来判断故障方向。仿真结果表明,所提方法在相邻线路发生不对称纵向故障时能有效闭锁本线路的方向保护,防止保护误动作;在本线路靠近对侧发生接地故障,本侧零序电压较低的情况下改进的零序方向保护有较高的灵敏度,能够可靠动作。

具有交流源完全阻断能力的混合式MMC拓扑

在具有直流故障清除能力的多种模块化多电平换流器(MMC)子模块中,箝位双子模块投资成本和附加损耗最低,但是交流源阻断能力相对较弱;串联双子模块和增强自阻型子模块交流源阻断能力足够强,但是投资成本和附加损耗较大。结合不同类型子模块所具备的不同优势,设计了一种混合式MMC拓扑结构。以闭锁后交流源完全阻断为约束,以投资成本、附加损耗最低为目标,提出了子模块数量的混合配置原则。基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建相应的基于不同子模块的柔性直流系统模型,通过大量的仿真测试验证了理论分析的正确性以及所设计的混合式MMC拓扑的可行性。

基于准稳态分析求取中长期电压稳定极限新方法

采用准稳态分析方法,通过一系列准稳态平衡点获得中长期系统轨迹,研究了考虑负荷需求增长模式和系统扰动影响下的中长期电压稳定极限。该算法通过选取连续变量使得在系统极限点附近具有良好的收敛性,能较准确地计算负荷裕度,兼顾了计算的效率和准确性。基于该算法首先研究了一类较简单情况,即只考虑静态负荷和由OLTC动作所反映的负荷恢复;然后考虑更为一般的情况,即系统中含具中长期恢复特性的动态负荷。最后给出了基于测试系统的仿真算例,验证了方法的正确性。

考虑风电辅助调频的弱鲁棒调度模型

为解决传统鲁棒在处理风电不确定性上存在过度保守的问题,将弱鲁棒原理应用到含风电电力系统调度中。用区间鲁棒不确定集合描述风场功率预测误差的不确定性,并建立了风电参与辅助调频情况下的风场备用、传统机组备用等约束条件,提出了一种考虑风电辅助调频的弱鲁棒经济调度模型,通过调度传统机组和风电场以保证系统安全运行,同时满足了一定经济恶化容忍度;在含风电场的IEEE30节点算例中,对比分析了基准场模型、传统鲁棒模型和弱鲁棒调度模型三者的调度结果。算例结果表明:考虑辅助调频能够提高调度解的可行度,且与传统鲁棒模型相比,弱鲁棒具有更好的经济性。

适用于后备保护整定计算的阶段式发电机模型

目前,保护整定计算中,发电机常采用次暂态模型来简化计算,但该模型未考虑短路电流随时间的衰减,而后备保护具有延时特性,采用发电机次暂态模型进行后备保护整定计算将降低保护定值的精度。为提高后备保护整定计算的精度,提出了阶段式发电机模型,基于在后备保护典型时间节点处获取线路故障时发电机输出的电气量特性,得到该时间段等效的发电机静态模型,继而构成适用于后备保护整定计算的阶段式发电机模型。最后,在IEEE 39节点系统中仿真验证了该模型可以进一步提高后备保护整定计算的定值精度。

基于损耗分析的全桥型MMC参数优化设计

全桥型模块化多电平换流器(MMC)具有直流故障自清除能力,且在发生故障时能够支撑交流侧电压,特别适用于架空线传输的柔性直流输电系统。但是其损耗大的问题十分突出,制约了其在大功率场合的应用。传统设计方法认为在全桥型MMC正常运行时负电平是无效电平,故而提出一种基于模块输出负电平特性的效率优化设计方法。分析子模块输出负电平时全桥型MMC中各电气量满足的约束关系,推导效率最优的直流电压、交流侧电压以及桥臂子模块数的表达式。该方法能在系统额定功率和开关器件型号确定的条件下,准确求解效率最优的MMC系统设计参数。

基于励磁电流差异的调相机失磁保护方案

首先研究了调相机的失磁故障行为及失磁调相机的暂态响应,结果表明已处于失磁状态的调相机在系统电压变化时仍有一定的无功响应能力。在此基础上,分析了基于无功反向特征的已有失磁保护方案在故障检测及保护动作方式上的不足。为了进一步优化调相机的失磁保护,深入研究了调相机的失磁过程并得出了失磁故障后励磁电源输出的测量励磁电流与励磁磁动势对应的实际励磁电流大小存在明显差异的故障特征。然后建立了实际励磁电流的计算模型,解决了实际励磁电流值不能直接测量的问题。在此基础上,构建了基于励磁电流差异特征的失磁保护判据,优化了保护动作方式,提出了相应的调相机失磁保护方案。最后,在PSCAD中建立了包含调相机在内的实际直流输电系统模型,通过仿真对比已有失磁保护方案及所提失磁保护方案的作用,结果验证了所提失磁保护方案的有效性。

基于反函数抛物线插值的滤波器容量配置方法

针对交流滤波器配置容量按照换流站无功消耗计算公式整定存在一定偏差的问题,提出一种基于反函数抛物线插值确定交流滤波器配置容量的方法。该方法借助潮流计算确定3组交流滤波器配置容量和交直流系统无功交换量数据,并根据交直流系统要求的无功交换量,采用反函数抛物线插值确定所需交流滤波器配置容量。与目前工程上采用的反复试探法和线性插值法相比,所提方法只需3次潮流计算,耗时少且精度较高。计算验证了该方法的可行性。

筑建电网安全运行的钢铁长城--大型交直流混联电网运行控制与保护项目成果介绍

我国目前已经建成全世界发电机装机容量最多、发电量最多、电压等级最高、直流输电占比最高、消纳新能源发电最多的大型交直流混联电网.由于建设速度迅猛,诸多理论问题和相关保护控制问题尚未完全解决,给电网安全运行带来巨大挑战.2016年9月,国家重点研发计划基础理论研究项目"大型交直流混联电网运行控制与保护"获批准立项,项目宗旨是为我国大型交直流混联电网安全运行提供系统的理论支撑和关键技术,项目总经费6,300万元,执行年限5年,项目牵头单位是国家电网公司,项目负责人由著名继电保护专家、清华大学教授董新洲担纲,项目团队集合了国内在大电网控制、保护和仿真研究领域经验丰富、勇于探索的优秀人才,由2个科研院(所)、16所高校和2家控制保护设备专业制造厂家组成,囊括了我国高校全部的电气工程5个一级国家重点学科和5个国家重点实验室,另有依托中国电力科学研究院和南瑞集团的5个国家重点实验室,研究团队实力强大、基础雄厚.截至目前,项目进展顺利,基本实现预期目标,并取得了一系列原始性创新成果.