南方电网超/特高压输电线路防雷性能评估技术研究进展

南方电网西电东送主网架雷电活动频繁,地形、气候条件恶劣,雷击故障差异化分布特征显著,实施有效防护面临的挑战巨大。本文介绍了近年来南方电网在超/特高压输电线路防雷性能评估技术方面的研究进展。调研总结了南方电网的雷电活动和超/特高压输电线路防雷运行情况,分析得出了其雷击跳闸的原因。研究建立了雷云电场下UHVDC线路电晕空间电荷分布的数值仿真模型,试验获得了大尺寸分裂导线正极性上行先导的起始条件。研究建立了基于时域有限差分(FDTD)的复杂导体系统冲击响应的数值计算模型,通过开展模型线路瞬态响应实测,验证了模型的准确性。研发出输电线路防雷分析软件系统LPTL,开展了典型输电线路防雷性能评估结果与运行经验的对比研究,验证了软件的工程适用性。未来应坚持开展直流线路雷电绕击机理的基础研究,不断修正完善LPTL,为输电线路防雷设计和改造升级提供有效手段。

交直流混联电网运行控制实时仿真技术研究

现代电网已形成交直流多元件、多系统"混联"运行的格局,运行和控制特性极为复杂,表现为各类电力电子元件的电磁暂态和电网机电暂态过程之间的强耦合特性,传统基于"N-1"潮流或机电暂态仿真的方法在混联电网的仿真分析与控制研究中存在局限性。本文研究了实时仿真技术应用于交直流混联电网仿真的若干关键技术,以实用化的电磁-机电暂态混合仿真技术为核心建立含物理控制闭环的全景实时仿真环境,兼顾大电网仿真规模并精细刻画电力电子快速暂态过程及控制响应。该技术已应用于南方电网典型方式重要风险精确仿真界定、反措仿真验证和安稳控制策略的仿真试验,为复杂电网的精确分析和控制技术研究提供了有效的技术手段。

南方电网广域失步解列系统特性实时仿真研究

为研究南方电网广域失步解列系统的动作特性,开展基于年度典型运行方式的实时仿真试验研究,构建基于现场实际装置、运行定值设置的试验系统,并研究与装置算法一致的联络线功角、Ucos φ振荡曲线、装置安装点电压等观测量的建模方法。通过设置多个严重单一或多重故障算例,对广域失步解列的动作特性进行验证。试验结果分析表明:广域失步解列系统能够满足解列快速性、同时性和选择性的设计要求,解决两广断面南通道解列晚以及同时解列两广、贵广断面等严重影响解列后系统稳定恢复的问题。

柔性直流输电技术在大电网中的应用与实践

柔性直流输电是基于电压源换流器原理的新型直流输电技术,具有无换相失败、有功无功解耦、运行稳定等优点,改善交直流相互影响问题和提高电网稳定性的作用显著。该文对柔性直流的技术特点和发展现状进行了介绍,系统性地阐述了柔性直流输电技术提升大电网稳定性方面的作用,介绍了我国柔性直流技术在大电网应用的工程实践经验,并展望了新型电力系统下柔性直流技术在电网惯性支撑、大规模新能源传输的新技术,为柔性直流技术在新型电力系统的发展与应用提供参考。

半桥-全桥混合型柔性直流输电系统实时仿真技术研究

基于实时仿真技术的高压/特高压直流输电控制保护系统半实物仿真测试,是一种重要的技术研究与工程设计手段,其核心是柔性直流换流器的实时仿真模型。研究了大容量高电压模块化多电平换流器的实时仿真建模技术;尤其针对一种适用于特高压直流输电系统的半桥-全桥混合型柔直换流器,提出并实现了开关信号等效的建模方法,仿真结果表明该方法具有很高的精度,且不需要额外仿真机设备。搭建了一个三端特高压直流输电仿真系统,并结合真实的柔直控制保护设备进行了一系列半实物仿真测试。测试结果表明,本文提出的仿真系统能够满足半桥-全桥混合型模块化多电平换流器的控制保护系统半实物仿真测试需要,初步验证了特高压多端直流输电系统的控制保护策略。

柔性直流输电阀控与实时仿真器接口技术研究

首先介绍了柔性直流输电阀控在现场的物理接口,并在此基础上研究了实时仿真试验的接口,其次研究了柔性直流输电阀控与实时仿真器的上行和下行通信协议,最后通过实际工程的实时仿真试验和工程现场测试,验证了所设计的接口技术的正确性,为相关工程实时仿真试验提供指导和参考。

±500kV架空线柔性直流电网操作过电压研究

首先介绍了±500 k V架空线柔性直流电网的结构、主要设备的详细参数以及计算所采用的典型故障类型及保护动作时序;其次研究了影响柔性直流电网操作过电压水平的各种关键因素。直流断路器方面,其MOV的额定电压选择为550 k V,从而使直流断路器断口过电压基本处于1.6 pu的水平;直流电网结构方面,"C"字型链式结构下阀底及中性线操作过电压水平较高,而"O"字型结构下直流极线等位置操作过电压水平相对较高,"O-C"字型结构下各处的操作过电压都比较低;直流限流电抗(平抗)的取值会影响直流阀顶或者极母线区域的操作过电压,但是主要功能还是抑制直流故障电流。最后针对±500 k V架空线柔性直流电网的典型故障进行了仿真,总结了柔性直流电网操作过电压水平的初步计算结果,并基于此给出了±500 k V架空线柔性直流电网的换流站设备保护水平的推荐值。

交直流大电网多时间尺度混合实时仿真系统设计与研究

MMC电力电子设备的广泛应用和交直流混联电网的快速发展对电力系统仿真技术提出了更高的要求。提出了基于"FPGA+RTDS+并行机"异构平台,具有快速电磁暂态、常规电磁暂态和机电暂态联合仿真功能的交直流大电网多时间尺度混合实时仿真系统。该仿真系统由VSC设备、HVDC系统和交流系统等几个仿真子平台组成,通过闭环接口实现时间上多尺度步长、空间上多颗粒度并行的多模式联合仿真计算,并能与EMS系统以及具有EMS画面风格的调控模拟及特性展示系统进行接口,为交直流复杂大电网运行分析和试验研究提供了精确高效的仿真平台。

柔性直流输电电压序列选择的研究

柔性直流输电技术凭借其在电网中可控性好等优势,在未来将得到广泛的应用,有必要对其输电电压序列进行规范化。文中针对这一趋势,借鉴传统高压直流输电发展成熟的电压等级序列,并考虑已建成的柔性直流输电工程,在"技术前瞻性"等原则的基础上提出了合理的柔性直流输电电压序列。对所提出的各电压等级下的柔性直流工程进行适应性、交直流互联的安全可靠性、经济性以及效益方面的分析。根据器件设备的发展得到各电压等级的输送容量,对其进一步的经济性分析得出相应的经济距离范围,并计算出各电压等级对应配置下的柔性直流工程的投资收益率和投资回收期等经济性指标。最后运用FAHP评价±660 kV及以上各输电电压等级的柔性直流输电工程,得到各电压等级下的柔性直流工程综合评价得分,从而进一步定量说明提出柔性直流输电电压序列的合理可行性。

电网电压前馈对柔性直流输电在弱电网下的稳定性影响

以中国南方电网鲁西背靠背异步联网的柔性直流输电工程为背景,介绍了2017年4月10日在鲁西站广西侧发生高频谐波谐振的事件情况,对事件中谐波放大机制及其影响的关键环节进行了详细分析和仿真验证,得到了高频谐波谐振现象与柔性直流电网电压前馈控制采样环节、系统谐波阻抗之间的关系,推导了电压前馈控制参数、系统谐波阻抗与高频谐波谐振频率幅值之间的公式,并提出了在电压前馈环节合理设计滤波器来解决高频谐波谐振问题的措施,经仿真验证和现场实施验证了所提解决方案的有效性。

交直流电网仿真调控与系统展示技术

介绍了南方电网近年研发的基于实时仿真的交直流电网仿真调控与展示系统,并对系统构建中的异构平台模型映射、接口交互通信、仿真调控与系统展示等关键技术进行了阐述。该系统有机集成了调度自动化技术和实时仿真技术,其以实际电网运行断面作为仿真初态,建立与实际运行高度相似的虚拟电网,并能实现仿真结果的形象展示和仿真过程的调控交互,可作为交直流电网实时仿真计算、调度运行培训演练、自动化应用测试的有效平台和电网新型技术应用开发平台。

南方电网稳定控制系统高保真传动试验方案设计与结果分析

为了确保稳定控制系统的安全可靠运行,南方电网每年需对重要稳定控制系统进行“高保真”传动试验。本文重点介绍了南方电网不同类型稳定控制系统的“高保真”传动试验方案设计方法及检测流程,根据试验对象选取原则对稳定控制系统传动试验进行案例设计,并通过2020年稳定控制系统“高保真”试验结果,检验了稳定控制策略程序、控制装置、通道通信、跳闸断路器和后台监控系统的功能正确性,分析了各类型稳定控制系统整组动作时间,结论表明各类稳定控制系统动作响应均能满足南方电网运行控制要求。

中国柔性直流输电系统可靠性标准需求研究

依据中国柔性直流输电系统可靠性发展愿景,通过调研国内柔性直流输电领域设备可靠性标准的发展现状,梳理了柔性直流输电工程可靠性工作需求,利用从工程应用需求与底层应用现状找差距的方法引出了标准需求的方法论,绘制了中国柔性直流输电系统可靠性标准概念模型图。并通过借鉴其他相关领域可靠性标准现状,从工程建设、技术研发、产业发展3个方面总结了未来标准制定的方向,为国内柔性直流输电设备可靠性标准体系建设提供参考。

应用于南澳多端柔性直流工程中的高压直流断路器关键技术参数研究

针对在±160k V南澳多端柔性直流输电工程加装2台机械式高压直流断路器进行了研究。首先提出了2台直流断路器的安装方案及意义,分析了机械式高压直流断路器的拓扑及工作原理。然后利用PSCAD/EMTDC建立了含2台机械式高压直流断路器的南澳直流系统仿真模型;通过仿真分析,发现双极短路故障时,为避免过流,在直流断路器开断故障电流前换流器应暂时闭锁;仿真设定机械式高压直流断路器开断时间为5ms,得到了其暂态恢复电压、开断电流、避雷器吸收能量等关键技术参数;研究了开断时间分散性、一台直流断路器故障时对直流断路器参数的影响;最后给出了机械式高压直流断路器关键参数选型的建议。

背靠背直流输电技术及其在鲁西异步联网工程中的应用

背靠背直流输电技术可用于异步电网互联,文章介绍了背靠背直流输电系统的特点及世界上已投运的背靠背直流输电工程的情况。结合南方电网的首个背靠背直流工程——云南电网与南网主网鲁西背靠背直流异步联网工程(简称鲁西异步联网工程),介绍了常规直流与柔性直流组合的系统方案,包括单元接线方式、主要运行方式、主设备参数、换流站占地面积等,最后总结了鲁西异步联网工程的关键技术及创新点。

特高压多端混合直流输电系统的控制策略研究

以乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程为背景,针对混合多端直流运行方式复杂、可靠性要求高的特点,研究了特高压混合多端直流输电系统的控制策略,提出了适用于特高压混合多端直流输电系统的控制模式以及启动/停运方案,实现了混合直流的外特性匹配、两端/三端启动/停运,以及第三端在线投入/退出;同时,提出了各端稳态控制策略和多端协调控制策略,可适应混合多端直流输电系统复杂的运行方式。最后,基于PSCAD/EMTDC的数字仿真结果验证了所述控制策略的有效性,可以保证特高压混合多端直流输电系统可靠稳定运行。

南澳多端柔性直流输电工程高压直流断路器本体故障控制保护策略研究及验证

针对应用于±160 kV南澳多端柔性直流输电工程的机械式高压直流断路器本体故障的控制保护策略进行研究。首先,分析了机械式高压直流断路器的基本原理;其次,详细分析了机械式高压直流断路器在运行过程中可能出现的故障,包括直流断路器误合、误跳、拒分和拒合等4种故障,及其对南澳多端柔性直流输电工程造成的影响,提出了具体的控制保护策略;最后对所提的控制保护策略进行实时仿真验证,经实时仿真验证后的控制保护策略应用于工程现场。通过实时仿真和现场的试验表明,所提出的控制保护策略能够在机械式高压直流断路器本体故障的情况下保障南澳多端柔性直流输电工程运行的安全性。

云南电网与南网主网交直流系统相互影响及异步联网方案研究

随着直流输电技术的快速发展与应用,电网呈现越来越多的交直流并联运行局面,交直流系统的相互影响进一步增强。该文详细研究南方电网交直流并联电网的稳定特性,分析南方电网交流故障导致主网失稳和直流故障导致主网失稳的风险,阐述交直流系统相互影响导致复杂失稳现象的演变过程,分析云南电网与南网主网异步联网的必要性,并进一步探讨基于高压直流输电技术的异步联网方案,为电网的安全稳定运行提供技术支撑。

广东多直流输电换相失败对电网稳定运行的影响

本文研究了直流输电换相失败期间直流有功和无功的动态特性,介绍了评估交流系统对直流系统电压支撑能力的3个方面量化指标,从引发多直流换相失败的交流故障区域范围、多直流短路比指标、严重交流故障条件下电网失稳数量分析了广东多直流同时换相失败对电网安全运行的影响。针对广东电网未来日益严重的电压失稳风险,提出了优化直流控制策略、配置动态无功补偿、受端电网结构优化、应用柔性直流输电4个方面的技术措施。

受端弱系统条件下STATCOM提升直流输电能力机理研究

考虑直流受端弱交流系统条件下电网的稳定问题是当前的研究热点,静止无功补偿设备(static synchronous compensator,STATCOM)是改善弱交流系统运行特性的重要手段。从模型搭建和解析求解的角度研究STATCOM接入直流受端弱交流系统对电网稳定的影响机理。首先搭建含STATCOM的交直流系统模型,得到模型的唯一解析解;然后详细分析直流弱交流系统条件下考虑STATCOM接入与否对直流输电能力的影响机理,提出计及STATCOM接入的直流输送功率极限定量计算方法;最后,在PSCAD/EMTDC软件中搭建实际的直流受端弱交流系统模型,仿真验证了该文所做机理分析的正确性和有效性。