±800kV浙西换流站直流场雷电侵入波过电压研究

雷电侵入直流换流站对系统的安全运行有重要影响。对溪洛渡—浙西±800 kV直流输电工程的浙西换流站直流侧的雷电侵入波进行了详细仿真计算分析,结果表明:计算设备最大对地电压时,选择直流负极设备进行,计算设备两端最大电压时,选择直流正极设备进行;特高压直流换流站进行绕击侵入波计算时宜取20 kA的负极性雷电流作为雷电流幅值;直流极母线雷电过电压计算采用单极大地回路运行方式,换流站直流场各设备过电压均未超过规定值;直流中性母线雷电过电压选择金属回线运行方式,直流场各设备对地电压、平波电抗器两端以及隔离开关断口电压都没有超过安全运行电压,不会对换流站直流场的运行造成危害。     

多回直流输电系统地下电流场对长三角地区电网的影响

直流输电线路在系统调试或发生故障情况下,会处于单极大地回路运行方式.从而可能造成部分交流输电系统中的变压器处于直流偏磁状态.针对长三角地区电网随后将有多条特高压直流落点的情况,提出了分析直流单极大地运行时流过交流系统的直流电流分布的数值计算方法,运用该计算方法分析了本区域直流线路以大地为回路运行时,对接地极周围500 kV及220 kV电网可能造成的影响,并提出了缓解直流偏磁的措施.     

基于爱泼斯坦方圈的直流偏磁实验及分析

在高压直流输电的单极大地运行方式中,直流电流通过接地的中性点流入变压器绕组会给电力变压器造成危害。随着直流输电的应用和发展,直流偏磁问题已经得到越来越多的重视。对于直流偏磁问题的研究不仅有利于揭示直流偏磁机理,而且对变压器的设计和运行有着重要的指导意义。本文利用爱泼斯坦方圈进行了直流偏磁测试。通过对励磁电流各次谐波的分析,研究了直流偏磁对励磁电流及饱和铁心的影响。     

复合土壤模型下HVDC系统单极大地运行时的电流分布

土壤结构模型决定了HVDC接地极极址选择、布置形式和地表电位的分布，对分析HVDC单极运行对变压器产生的影响有重要作用。该文利用土壤水平分层和垂直分层后的格林函数，通过镜像法，根据其物理意义推导出在复合分层土壤结构中地表电位的解析公式。海洋在面积上远大于陆地，电阻率很小，对地表电位有影响，会降低靠近海洋附近土壤的电位。根据复合土壤模型和交流电网模型计算得到变压器中性点流过的直流电流，和实测值相符合。靠近海洋层的地表电位受到海洋的影响将下降至接近零电位，导致更多的直流电流从靠近海洋的变压器中性点流出，影响了变压器的正常运行。     

单-双极运行方式转换直流电力电子变压器的启动策略研究

直流电网技术的各类场景,均存在实现各类功能的直流型电力电子变压器。分布式/集中式的新能源电站自身的单极性直流输出,与外部连接的双极性电网之间,需要一种专用的单-双极运行方式转换直流电力电子变压器,用以匹配两者运行方式的差异。本文基于双向有源全桥电路,给出一种应用于该场景下的具体实现方案。在分析其电路拓扑、工作原理、控制策略基础上,设计出一套功率30k W,输入150V转换为±150V的单-双极运行方式转换直流电力电子变压器。针对不同的工况下外部条件不同以及控制目标差异,对变压器启动过程进行研究,并设计相应的启动控制策略。仿真与实验结果均证明了理论分析的正确性和有效性。     

地中直流对交流变压器的影响与防范

直流输电系统采用单极大地回路方式运行时,部分入地电流可能会通过毗邻的中性点接地的变压器,形成直流偏磁,从而影响变压器本身乃至整个系统的安全运行。分析了对造成直流偏磁的原理及其对变压器所造成的影响,提出了相关的防范措施,其中一些措施已在工程实际中应用,并取得了良好的效果。     

天广直流输电系统功率传输模式及转换条件

直流功率传输模式是直流输电的核心参数之一。天广直流输电系统功率传输模式包括单极功率模式、单极电流模式和双极功率模式。对这三种功率传输模式进行了对比分析,并重点讨论了其相互间的转换条件。结合一个参数设置不当导致的系统异常的案例,分析了功率模式转换设置条件对系统的影响,并对相关的设计逻辑提出了改进建议。     

三沪直流输电工程调试概述

三沪直流工程系统调试分为2 个阶段, 共计完成试验项目238 项, 内容包括: 初始化运行、保护跳闸功能、系统监控功能、电流控制、功率控制、无功控制、降压运行、辅助电源切换、交直流线路故障、本地/远端控制转换、功率提升/回降、直流额定功率运行和过负荷以及单项测试项目和测试结果。详细分析单极系统调试和双极系统调试对设备及其功能考核的结果, 设备试验、分系统和站系统的调试结果, 给出试验结论, 最后得出系统的调试结论。     

交直流系统可靠性评估

直流系统传输容量大、元件多、故障率高,对电力系统的可靠性影响较大.随着实际系统中直流输电工程的陆续投运,迫切需要研究如何定量考虑直流系统对系统可靠性的影响.文章根据双极直流系统的结构和特点,采用故障树分析法,将直流故障结果分为单极停运、双极停运和容量降低;然后应用频率和持续时间法计算得出直流系统的多状态模型嵌入发输电系统可靠性评估软件中;并在系统状态分析中考虑了直流控制措施的影响.建立了交直流混合系统可靠性评估的模型、算法及指标体系,并开发了相应软件.对南方电网2005年规划方案的500kV交直流系统的评估结果验证了所提出的算法和软件的可行性和有效性.     

深层接地极对直流偏磁影响的研究

直流输电系统单极大地回路运行时,直流电流通过变压器中性点流入变压器,造成直流偏磁问题。从深层接地极是否能够改善电流分布出发,研究深层垂直接地极的电位分布和溢流密度的计算方法,计算和比较了深层接地极在不同埋深时引起的地表电位大小,得出的结论是,接地极的埋深至多对接地极附近的土地表面电位有较大的影响,而对远方的电位影响不大。通过一个实际的500 kV电网的仿真,说明直流电流在交流电网中的分布受埋深的影响很小,通过深埋接地极无法有效地解决直流偏磁问题。     

深层接地极对直流偏磁影响的研究

直流输电系统单极大地回路运行时，直流电流通过变压器中性点流入变压器，造成直流偏磁问题。从深层接地极是否能够改善电流分布出发，研究深层垂直接地极的电位分布和溢流密度的计算方法，计算和比较了深层接地极在不同埋深时引起的地表电位大小，得出的结论是，接地极的埋深至多对接地极附近的土地表面电位有较大的影响，而对远方的电位影响不大。通过一个实际的500kV电网的仿真，说明直流电流在交流电网中的分布受埋深的影响很小，通过深埋接地极无法有效地解决直流偏磁问题。     

Power modulation of Sidney HVDC scheme. I. RAS control concept,realization and field tests

The 200 MW back-to-back Sidney (Nebraska) Converter Station (SCS) provides an asynchronous tie between the east and west AC power networks. In order to maintain electromechanical stability of the east network under worst-case line outage conditions, a remedial action scheme (RAS) was integrated in the HVDC (high-voltage direct-current) control. Basic components of the SCS RAS are frequency-dependent power modulation combined with an effective voltage control in the western network. The authors present the conceptual development of the RAS, as well as details on the RAS control hardware and software. Studies and live system tests have demonstrated the ability of the relatively fast HVDC controls to change the power infeed from the DC station quickly. These rapid changes in power transfer properly coordinated with speed deviation of a nearby generation unit, help maintain, and in some cases improve, the electromechanical stability of the AC system     

直流单极运行时谐波对并联电容器的影响

电力系统中实际运行情况表明,谐波问题是并联电容器安全运行的主要威胁。特别在直流单极运行时,交流变压器因为直流偏磁而使各次谐波电流剧增,这些谐波电流进入运行中的并联电容器并被放大,会导致电容器谐波过载,损坏电容器。某500 kV变电站的35 kV无功补偿电容器组就因为三-广直流单极运行而曾发生多次电容器爆炸事故。文中阐述了直流单极运行时各次谐波电流是如何产生的,然后分析了谐波被放大的原理、谐波对电容器组的危害,并详细分析了该500 kV变电站的无功补偿电容器组在三-广直流单极运行时发生爆炸的原因,最后提出几点抑制谐波电流放大的措施。     

高压直流无接地极运行实现方法

接地极为直流输电系统大地回线运行方式提供电流回路,随着直流输电通道的密集增加,由接地极入地电流引起的油气管网腐蚀、变压器偏磁等问题逐渐增多,严重时将影响电网正常运行方式。文中提出了使用站内接地网代替接地极,直流系统以无接地极方式运行的方案,主要通过直流的控制和保护逻辑来实现。以南方电网±800kV普侨特高压直流工程的实际应用为例,分析了高压直流无接地极运行方案的关键技术难点,设计了通过控制保护核心逻辑修改来实现无接地极运行的方法,并利用实时数字仿真(RTDS)系统对方案进行了仿真验证。改进后的控制保护逻辑已在实际工程实施,效果良好。     

直流输电系统变压器中性点电流分布的影响因素

直流输电系统单极大地回路运行时,直流电流流过变压器中性点,影响了变压器的运行。该电流的分布受到入地电流、土壤电阻率、变电站接地电阻、变压器等效直流电阻、AC系统网络拓扑和直流电阻参数等因素的影响。为研究这些因素的影响,将土壤模型和交流电网模型结合起来,建立了一个求解变压器中性点直流电流的模型来仿真比较500 kV电网实际数据。计算表明考虑海洋影响后,由于海水的低电阻率,造成处于距离接地极较远而靠近海边的厂站变压器中性点会流过较大的直流电流,而交流电网的拓扑结构造成处于相同地理位置的两变电站主变中性点流过的直流电流不相同。仿真结果解释了部分厂站变压器中性点流过较大直流电流的现象。     

基于多直流功率支援的直流偏磁治理策略

现有的直流偏磁治理均是从抑制设备的研发层面着手,无法实现从根源上治理直流偏磁。该文提出了一种基于多直流功率支援的直流偏磁抑制方法。首先在PSCAD/EMTDC平台上搭建了宜昌电网变压器中性点直流电流分布仿真模型,根据同一输电断面内多条直流输电线路可进行功率支援的特点,提出主动降低处于单极-大地运行方式的直流线路的输送功率,由同一输电断面中其他直流线路承担相应输送功率缺额,主动制造反向不平衡入地电流以中和单极-大地回线中的直流电流,以此降低交流电网中变压器中性点直流电流的幅值。最后,采用遗传算法对送端机组出力进行优化,并借助PSASP平台对功率转移后送端电网的静态稳定性及暂态稳定性进行了校验。     

New protection method for HVDC lines including cables

For the third project of the Hokkaido-Honshu HVDC Link in Japan, called the HVDC Link III project (rated at 250 kVDC-1200 A-300 MW), we developed an HVDC transmission line protection method based on a new working principle that allows high-speed and highly sensitive detection of faults, enhancing reliability in the supply of electric power. In general, increasing the sensitivity of relays will lead to an increased likelihood of undesired operation whereas lowering the sensitivity will impair the responsiveness of the relays. Our proposed method meets these apparently incompatible requirements very well. Basically classified as a differential scheme, the HVDC transmission line protection method compensates for a charging and discharging current that flows through the line-to-ground capacitance at times of voltage variations caused by a line fault or by the operation of DC power systems. The developed protection method is also characterized in that it uses current changes induced by voltage variations to restrain the operation of a relay. This configuration has made the proposed method far superior in responsiveness and sensitivity to the conventional protection method. A simulation using an EMTP (Electro-Magnetic Transients Program) was conducted on this method. Developed relay equipment embodying the new protection method was subjected to various verification tests, where this equipment was connected to a power system simulator, before being delivered to the HVDC Link III facility     

高压直流输电系统接地极电流对电力变压器运行影响的研究

当高压直流输电系统采用单极大地回路方式运行时,可能会有部分入地电流流入中性点接地的电力变压器中,这将给系统运行和变压器本身带来诸多不利后果。采用电路-磁路耦合方法,推导建立了可以考虑负载变化的单相心式变压器模型,对偏磁电流造成的变压器工作电流谐波增加等影响进行了详细分析,并利用解析法对空载条件下的简化变压器模型进行了验证。还比较了由于负载不同使得变压器处于不同工作点时偏磁电流影响的变化。仿真结果表明,变压器运行工作点降低对提高设备耐受直流偏磁干扰的能力有积极的作用。     

三相三柱变压器对偏磁电流的耐受特性研究

为了分析三相三柱电力变压器在高压直流输电系统大地回流作用下运行性能的变化情况,采用电路—磁路耦合的数值方法建立了包括变压器内部主要漏磁回路在内的该型式变压器详细模型,并利用该模型通过改变漏磁磁阻值重点讨论了漏磁回路对变压器耐受直流电流偏磁能力的影响。仿真分析结果表明,三相三柱变压器内部漏磁回路特性对变压器受直流电流偏磁作用的影响不可忽视。当漏磁磁阻减小至一定程度时,该种型式变压器仍然会受到直流偏磁电流的影响,因此在三相三柱变压器设计制造环节应对其漏磁回路加以充分考虑。     

大规模交直流电网电磁暂态数模混合仿真平台构建及验证：(一)整体构架及大规模交直流电网仿真验证

随着中国特高压交直流电网快速发展,交直流、多直流之间相互影响加剧,电网安全运行面临严峻挑战,对仿真工具的性能提出了更高的要求。对接入实际直流工程的控制保护装置进行数模混合仿真是当前对大规模交直流系统动态特性进行仿真所采用的较为准确的仿真手段。文中在原有数模混合仿真技术基础上,提出了适用于研究大规模交直流混联电网运行特性的新一代数模混合仿真平台构建方案。该方案以大规模电磁暂态实时仿真软件HYPERSIM和超级并行计算机SGI为数字仿真核心,接入全部在运直流工程的控制保护装置及其他类型电力电子控制保护装置,解决了大规模特高压交直流电网高精度仿真试验研究的难题,并且实现了同时接入8回直流工程控制保护装置、电磁暂态仿真规模超过6 000节点的数模混合实时仿真。通过对实际电网故障的反演和结果对比,验证了所构建仿真平台方案的有效性。