故障电流限制器参数选择的解析法研究

加装故障电流限制器是限制短路电流的实用有效手段。故障电流限制器电抗值选择的传统做法是采用多次试探法,即反复在电网中串联一定规格的电抗器,然后计算原网络中短路电流超标母线的短路电流。本文推导了母线短路电流、故障电流限制器安装支路短路电流与开路阻抗、连接线路阻抗及串联电抗值之间的函数关系解析式,提出了故障电流限制器的参数选择的解析法,例证了方法的可行性。所提方法有助于分析电网短路电流水平对于限流电抗的敏感度,便于选择故障电流限制器的合理装设地点。相对原试探法,该方法大大减少了计算时间,可直接应用于故障电流限制器的参数选择。     

基于区域PMU和节点故障注入电流的广域后备保护算法

电网结构日益复杂,传统输电线路后备保护整定变得越来越困难.文中在间隔母线布置相量测量单元(PMU)策略下,先根据广域差动法确定故障区域,再估计出故障区域中未布置有PMU母线的电压和节点注入电流,推导出该区域节点电压故障分量方程,构造节点故障注入电流.分析故障发生前后故障线路两侧母线和正常母线的节点故障注入电流的变化特征,构造广域后备保护判据.基于IEEE 39节点系统的仿真结果验证了所提算法不受故障位置、类型和过渡电阻影响,在各种故障情景下均能检测出故障线路.     

南京UPFC示范工程人工接地短路试验分析

统一潮流控制器(UPFC)包含有串联侧换流器和并联侧换流器两部分,在近端线路发生故障时,UPFC串、并联的换流器均会受故障影响,对于线路的瞬时性故障,需要UPFC能承受故障冲击,并且在线路故障清除后继续运行。人工短路试验可以考验UPFC的故障穿越能力,文中通过对南京UPFC示范工程的人工接地短路试验的结果进行分析,验证示范工程主设备参数的设计,和故障处理策略的合理性。     

两相短路故障电流限制研究

针对两相短路故障提出了利用统一潮流控制器（UPFC）限制两相短路故障电流的新型策略。对于两端均装设有UPFC装置的线路,当出现两相短路时,利用UPFC向线路两端提供串联电压,消除或抑制负序和零序电流,使故障电流为0,同时使故障线路能够继续传输功率。     

相间功率控制器简化模型的适用性分析

针对相间功率控制器在限制短路电流方面的应用,描述了其原理结构,介绍了其2种简化模型———串联模型和电流源模型,并基于电流源模型研究了相间功率控制器限制短路电流的机理和影响此项技术应用的主要因素。结合IEEE 5节点系统将这2种模型与原始模型进行了对比仿真,以确定其在相间功率控制器限制短路电流应用研究中的作用。结果表明:电网中相间功率控制器限制短路电流的特性受到系统参数、负载情况和自身设备参数3个因素的影响;相间功率控制器的串联模型可用于系统的潮流计算和设备设计参数的合理性校核;相间功率控制器的电流源模型可用于系统的短路电流计算和机电暂态研究。     

考虑新型拓扑结构的统一潮流控制器五端功率注入模型

南京西环网中统一潮流控制器(UPFC)装置的串联侧变压器接入220kV铁北—晓庄双回线路,并联侧连接在临近的35kV燕子矶母线,这种新型拓扑结构对UPFC的系统级建模提出了更高的要求,既要考虑UPFC控制双回线路的特点,还要体现UPFC对并联侧母线及后续线路的影响。为此,文中提出了一种适用于新型拓扑结构的UPFC五端功率注入模型,在考虑串联侧控制双回线路且并联侧节点可灵活的情况下,基于注入功率法推导了该模型的数学表达式,并给出了PSASP软件下UPFC五端模型的潮流计算原理和实现方法。在该模型的基础上,进一步实现了UPFC串联侧双线控制策略,并基于南京UPFC工程实际数据进行正常运行状态和串联线路N-1故障的仿真计算,结果验证了该模型的准确性、灵活性和全面性。     

背靠背直流输电系统限制短路电流的研究

对背靠背直流输电系统限制短路电流作了研究,通过IEEE 30节点500kV系统短路电流计算,不仅验证了背靠背直流输电系统对限制与之相连的交流系统短路电流的有效性,而且表明了其对降低整个电网各节点的不同短路故障电流水平的有效性,同时通过对数据的分析得出了背靠背直流输电系统换流站位置的选取与降低整个电网短路电流水平密切相关的结论.     

限流式UPFC中UPFC模块与限流器模块的交互影响分析

统一潮流控制器（UPFC）在电力系统发生故障时,其串联变换器易承受系统高电压与大电流的冲击而损坏。为了解决该问题,提出了一种采用饱和变压器耦合新型固态限流器的限流式UPFC拓扑。此拓扑由UPFC模块与限流器模块通过串联饱和变压器连接而成,正常运行时,UPFC模块实现常规优化控制功能并可动态补偿固态限流器所引起的压降;故障情况时,SS FCL模块呈现高阻抗状态限制系统及流入UPFC串联侧变换器的短路电流。该拓扑中串联饱和变压器的应用降低了SS- FCL侧整流桥的电压等级与容量,并将系统短路电流限制到设定值范围内,保证继电保护动作后可靠跳开故障回路断路器。最后通过100 V/3 kVA小样机试验证明此新型UPFC拓扑的正确性和可靠性。     

负荷对短路电流的影响研究

分析了现有标准规范以及文献中对于负荷的处理方法,提出利用故障模型模拟不同类型负荷,基于补偿方法计算计及负荷的短路电流,并定义了电压、电流变化量指标。利用上述指标,得出负荷接入点位置、负荷水平等影响系统电压电流的一般性规律。提出了计及多负荷的快速补偿短路电流计算方法,该方法避免了对原有网络矩阵的修改,减少了短路电流计算时间。最后用IEEE9节点算例验证了相关规律和结论,并建议利用提出的指标和方法,在短路电流计算中适当取舍负荷。     

分布式电源接入对配电网线路保护的影响及对策研究

含分布式电源并网的配电网发生短路故障时,流经保护的短路电流会受到分布式电源提供的助增电流、汲取电流或反方向电流的影响,导致线路电流保护的误动或者拒动。基于IEEE33节点配电系统,在PSASP平台上搭建了仿真模型,计算了多个故障点下流经保护的短路电流大小,分析了分布式电源不同接入容量和位置对线路电流保护的影响,得出了对保护的分区域影响结论,并给出了几种减小影响的措施。     

N-1故障状态下电力系统静态电压稳定极限的快速计算

为了快速计算电力系统支路故障状态下的静态电压稳定临界点,提出了一种基于泰勒级数的计算方法。以支路导纳系数为参数,通过求解原系统的静态电压稳定临界点对故障支路导纳系数的1至n阶导数,用泰勒级数法逼近电压崩溃点,从而快速求解出N-1故障情况下电压稳定临界点的精确解。采用该方法对IEEE 30及118母线系统进行验证,结果表明该方法能快速、精确地求得故障状态下的静态电压稳定临界点。     

基于模糊逻辑的UPFC线路新型正序故障分量方向元件

统一潮流控制器(UPFC)可以灵活控制线路潮流,提高电力系统运行稳定性,但其接入会对线路保护的动作性能产生影响。针对UPFC线路正序故障分量方向元件在反方向故障时易发生误动的问题,提出了基于模糊逻辑的适用于UPFC线路的新型正序故障分量方向元件。首先,通过增加UPFC线路侧电压互感器,与原有的母线电压和线路电流测点组成新型保护单元。在此基础上,对传统方向元件的动作区域进行划分,进而应用模糊逻辑,通过设置合理的隶属度函数、权重和故障方向判据,利用综合隶属度函数实现故障方向的判别。最后,基于PSCAD/EMTDC的大量仿真结果表明,新型方向元件在UPFC不同运行方式、不同故障类型和过渡电阻等条件下,均可正确判别故障方向,保障了UPFC接入后电网的安全可靠运行。     

Optimal location and parameter setting of UPFC for enhancing power system security based on Differential Evolution algorithm

This paper presents a new approach based on Differential Evolution (DE) technique to find out the optimal placement and parameter setting of Unified Power Flow Controller (UPFC) for enhancing power system security under single line contingencies. Firstly, we perform a contingency analysis and ranking process to determine the most severe line outage contingencies considering line overloads and bus voltage limit violations as a Performance Index. Secondly, we apply DE technique to find out the optimal location and parameter setting of UPFC under the determined contingency scenarios. To verify our proposed approach, we perform simulations on an IEEE 14-bus and an IEEE 30-bus power systems. The results we have obtained indicate that installing UPFC in the location optimized by DE can significantly enhance the security of power system by eliminating or minimizing the overloaded lines and the bus voltage limit violations.     

Comprehensive modelling of the unified power flow controller for power system control

In this paper, comprehensive modelling of the unified power flow controller (UPFC) for power flow, voltage, angle and impedance controls is presented. The control modes include some thirteen different power flow, voltage, angle and impedance control functions. The similarities and differences between some of the control modes and those of traditional transformers and series compensation devices are also discussed. The control modes were successfully implemented in a Newton power flow algorithm. Numerical examples are given on the IEEE 30-bus system and the IEEE 118-bus system to illustrate the feasibility and the performance of the Newton power flow algorithm.     

具有短路限流功能的统一潮流控制器设计

统一潮流控制器(UPFC)在电力系统发生短路故障时,其串联变换器极有可能因承受系统高电压和大电流的冲击而损毁。针对该问题,提出了一种新型柔性交流输电系统装置——具有短路限流功能的统一潮流控制器(简称限流式UPFC),给出了其主电路拓扑结构、工作原理和控制策略。PSCAD/EMTDC软件的建模和仿真结果表明,在电网正常运行状态下,该装置特性等效为常规UPFC;当电网在装置安装点附近发生短路故障时,装置中的限流器模块能立即自动从零阻抗转变为高阻抗,将系统及流经UPFC的短路电流限制到较低数值,保护了UPFC免受系统高电压和大短路电流的冲击,同时也降低了系统的短路电流水平,增加了系统的可靠性和经济性。     

Faulty Line Identification Algorithm for Secured Backup Protection Using PMUs

In this paper, a technique for identification of faulty line in a power system is proposed using phasor measurement units (PMUs). The identification is accomplished in two steps (i) detection of bus nearest to fault point and (ii) detection of faulty transmission line connected to that selected bus in step (i). The bus voltages and line currents associated with the non-PMU buses are computed from the available PMU data. Using maximum percentage deviation of bus voltages during fault, the bus nearest to the fault point is detected. With PMUs at all buses, faulty line identification can be accomplished by comparing the angles of positive sequence currents of all connected lines to the selected bus. However, with limited number of PMUs, phase angle comparison method becomes unreliable. Under such situation, comparison of fault voltage magnitudes (VMs) of the selected non-PMU bus computed from all connected routes is used to identify the faulty line. When the selected bus is a PMU bus, % deviation of VM of its connected buses is used to identify the other end of the faulty line. The effectiveness of the proposed technique is tested on IEEE 9-bus system and Northern Region of Electricity Board 391-bus, an Indian utility system. The usefulness of the faulty line identification in supplementing protection decision is also demonstrated for secured backup protection.     

Adaptive relay co-ordination using a busbar splitting approach for a system integrity protection scheme

Power system faults can often result in excessively high currents. If sustained for a long time, such high currents can damage system equipment. Thus, it is desirable to operate the relays in the minimum possible time. In this paper, a busbar splitting approach is used for adaptive relay setting and co-ordination purposes for a system integrity protection scheme (SIPS). Whenever a fault occurs, the busbar splitting scheme splits a bus to convert a loop into a radial structure. The splitting schemes are chosen such that the net fault current is also reduced. Busbar splitting eliminates the dependency upon minimum breakpoints set (MBPS) and reduces the relay operating time, thus making it adaptive. The proposed methodology is incorporated into the IEEE 14-bus and IEEE 30-bus systems with single and multiple fault conditions. The modeling and simulation carried out in ETAP, and the results of the proposed busbar splitting-based relay co-ordination are compared with the MBPS splitting-based relay co-ordination.     

统一潮流控制器的分析与控制策略

文中分析了统一潮流控制器（UPFC）系统的电压、无功功率和有功功率的平衡,得到了与UPFC控制相关的2个重要结论。首先,分析表明在UPFC输入端电压保持不变的情况下,线路无功潮流的变化实际上是由并联变换器提供的;其次,UPFC端电压既可以从发送端控制也可以从接收端控制。基于以上分析,提出了一种新颖的UPFC控制策略。在该策略中并联变换器控制UPFC直流母线电压和输电线无功潮流,而串联变换器控制UPFC输入端母线电压幅值和输电线有功潮流。同时,在控制系统中加入有功／无功功率协调控制,可在潮流调节中获得良好的静态、动态性能。最后,通过实验验证了所提出的控制策略的有效性。     

电压稳定极限点的快速判定及其灵敏度算法

利用负荷裕度最大化的最优潮流计算结果,区分了电压稳定极限点,即鞍结分岔点和极限诱导分岔点,并求出了负荷裕度对控制变量的灵敏度。这种方法在求解极限点时避免了使用连续潮流法,在计算灵敏度时避免了求解潮流雅可比矩阵零特征值对应的左特征向量,节省了时间,适用于在线分析。极限点的计算过程中考虑了有功出力的再调度,充分挖掘了系统的潜在裕度。系统算例验证了所提方法的实用性和灵敏度线性估计的准确性。     

特高压直流接入背景下的UPFC系统级控制策略

为缓解特高压直流馈入受端电网后造成的多个交流输电通道紧张的问题,提高换流站交流母线暂态电压支撑强度和稳态调压能力,首先基于电网络理论推导了统一潮流控制器(UPFC)对输电线路电流、交流母线电压的控制灵敏度,分析了利用UPFC系统级控制功能(线路有功/无功潮流控制以及并联换流器无功功率控制)实现输电线路过载控制和交流母线电压调节的可行性。在此基础上,提出了一套特高压直流接入背景下的UPFC系统级控制策略,以监控系统运行参数并自动生成满足系统安全稳定约束的UPFC系统级控制指令值。最后,以锦苏直流落点附近的苏南500 kV UPFC示范工程作为仿真算例,验证了所提出的控制灵敏度分析的有效性和UPFC系统级控制策略的可行性。