特高压直流控制系统融冰工作方式研究

针对输电线路覆冰严重影响特高压直流输电可靠性的现状,讨论了特高压直流工程阀组单极2阀组并联和双极2阀组并联两种方案;提出了特高压直流系统融冰的控制策略——整流侧并联的2个阀组分别处于定电流控制,逆变侧并联的2个阀组一个定电流控制、另一个定电压控制,其中逆变侧定电流阀组的电流参考值跟踪线路电流测量值的一半,达到平均分配电流的目的,定电压状态的阀组控制整个极的直流电压;分析了融冰方式需要在原直流控制保护系统基础上增加的功能。针对单极2阀组并联的融冰方案进行的实时数字仿真(RTDS)试验证明该融冰方案是可行和有效的。     

特高压直流工程的换流器并联融冰方式与试验研究

输电线路覆冰灾害严重影响特高压直流输电系统的正常运行。介绍目前特高压直流输电工程所使用的线路防冰的运行方式。对换流器并联融冰运行方式的效果进行分析计算,提出了融冰运行方式下的控制保护策略,并通过基于实时数字仿真器（real time digital simulator,RTDS）高压直流输电系统仿真平台对融冰运行方式进行试验验证。在锦苏特高压直流输电工程系统调试阶段对换流器并联融冰运行方式进行了现场试验。仿真试验与现场试验的结果均证明换流器并联融冰运行方式可行、有效。     

多换流器并联特高压直流系统控制策略及仿真

并联高压直流输电系统是多端直流系统的一种特殊方式,并联扩建方案经济性好、运行灵活方便。利用实时数字仿真器(RTDS)建立了±800kV双换流器并联、10GW双极直流输电仿真模型。直流控制保护模型采用所开发的直流输电控制保护样机,与RTDS构成实时闭环仿真试验环境。控制策略采用电流裕度控制,整流侧两个换流器均定电流,逆变侧一个换流器定电压,另一个换流器定电流。控制系统架构按双极/极控制层,换流器层控制进行设置。换流器层控制实现两个换流器的触发控制,双极/极控制层产生电流和电压参考值指令,经分配后,发送至换流器层控制。利用该仿真系统对双换流器并联的直流输电系统启停、稳态运行工况、换流器在线投退、功率分配策略等进行仿真研究,结果表明所提出的控制策略和开发的控制保护样机可以满足双换流器并联的高压直流输电要求。     

特高压直流工程的融冰控制保护策略及试验分析

极端气候条件和输送功率的限制使得直流电流无法满足融冰要求,导致直流输电线路形成覆冰,这将严重影响特高压直流系统的稳定运行。本文结合酒湖直流工程的融冰功能,阐述了特高压直流输电工程中循环阻冰模式和并联融冰模式运行的主接线拓扑结构与特点,提出了循环阻冰模式下两极联跳的策略和并联融冰模式下直流控制保护功能的修改方案。通过RTDS闭环实时数字仿真验证了融冰功能的可行性和有效性,可为特高压直流输电工程融冰运行方式的直流控制保护系统设计提供参考。     

一种兼具融冰功能的柔性直流输电换流站的研究

基于电压源型换流器的双端柔性直流输电换流站在直流侧直接连接,其直流调压与功率控制相互耦合,同时输电线路存在冬季覆冰的问题。在对现有柔性直流输电换流站分析的基础上,提出了一种兼具融冰功能的柔性直流斩波输电换流站方案。该换流站采用电压源换流器(voltage sourceconverter,VSC)单元级联方式,在直流侧用斩波器控制2个换流站的直流侧电压差来控制输电功率,并可作为直流融冰电源进行线路融冰。在分析该换流站电路拓扑的基础上,推导了换流器的数学模型,得到了换流器单元的等效电路;按运行状态分类研究了该换流站的控制策略,讨论了换流站在不同工作模式下的控制方式,并研制出试验样机。试验结果表明,换流站可应用在中小型柔性直流输电以及电力线路融冰的工作模式,并可实现斩波直流输电以及直流融冰功能,从而验证了理论分析和系统的正确性和有效性。     

特高压直流输电线路分段直流融冰方案

针对融冰线路一般不是全线覆冰的情况,提出了在重冰区线路下方建设分段直流融冰站的分段直流融冰方案。融冰距离取100km,通过对特高压直流线路大截面导线融冰电流范围和融冰时间的计算,确定融冰电流为12 000A,所需融冰功率153MW。为满足融冰功率的需求,提出了分段直流融冰站所需交流电源的电压等级为220kV。最后设计了2套24脉动整流电路并联的分段直流融冰装置,并对装置的设备参数进行了设计选型。通过Matlab仿真软件对特高压直流线路的分段直流融冰进行仿真,结果表明设计的装置其融冰电流可达10 980A,且输出电压为24脉动,总谐波畸变率(THD)仅0.83%,验证了该方案的可行性。     

特高压输电线路直流融冰变流系统设计

随着特高压的推广,特高压输电线路的抗冰融冰正成为研究的热点。特高压输电线路由于线径粗、线路长,所需融冰电流与装置容量大,其电流融冰是一个研究的难点。针对特高压输电线路的特点提出了分段直流融冰方法,其将特高压输电线路分成若干段,选取重覆冰区的线路段设置直流融冰点与融冰短路点,可以有效减小融冰装置容量。针对特高压输电线路融冰所需直流融冰装置容量大特点,为了减小融冰装置网侧电流的谐波畸变率,采用24脉波整流变压器+多台整流器并联方式,可以有效减小直流融冰装置对网侧电源的干扰,并可减小输出直流电压纹波因数。最后对所设计的特高压输电线路直流融冰装置进行了仿真研究,采用24脉波整流变压器+多台整流器并联方式后,可以有效消除整流器引起的输入侧电流中5次和7次谐波电流,整流变压器输入侧电流低次谐波总畸变率仅为0.51%,输出直流电压脉波数为24,电压纹波因数仅为0.616。仿真结果证明了所设计特高压直流融冰装置的可行性与正确性。     

特高压直流系统融冰运行方式试验与工程调试

向家坝—上海及锦屏—苏南?800 kV特高压直流输电工程融冰运行方式拓扑结构为并联换流器结构,控制策略采用并联多端直流输电(multi-terminal direct current,MTDC)系统的电流裕度控制策略。对特高压直流工程融冰运行方式调试过程中出现的稳态直流电流偏大、极II解锁过程中金属回线纵差保护跳闸(metallic return longitude differential protection,MRLDP)及极I闭锁过程中极II融冰方式跳闸等问题进行了详细分析,提出了融冰运行方式下提高逆变侧换流变分接头档位、禁止MRLDP保护等建议的解决方案。通过EMTDC离线仿真和锦苏直流工程现场调试对解决方案进行了验证。验证结果表明了解决方案的有效性,可为其它特高压直流工程融冰运行方式控制保护系统设计提供参考。     

电网技术

交直流线路融冰技术研究;交流电场对绝缘子覆冰形成的影响机理;基于电压源换流器的高压直流输电系统的阻尼特性与阻尼控制;基于向量场正规形方法的静态电压稳定性分析;特高压输电线路地面最大工频电场强度和导线最大弧垂特性.     

整流侧控制方式对特高压直流输电系统换相失败影响研究

特高压直流输电系统发生换相失败时,会引起直流电压和直流电流突变,严重影响直流系统的安全稳定运行。控制系统是特高压直流输电系统的核心部分,其控制方式对系统的输出响应有重要影响。分析特高压直流输电系统换相失败的原因,介绍整流侧的控制方式,建立了云广特高压直流输电系统仿真模型,研究云广特高压直流输电系统整流侧采用定电流控制方式和定功率控制方式对换相失败的影响。仿真结果表明：当逆变侧换流变压器变比K改变时,整流侧采用定电流控制与采用定功率控制相比,系统发生换相失败时的临界变比较大;当逆变侧交流母线发生三相对称接地故障、两相短路故障及单相接地故障时,整流侧采用定电流控制与定功率控制相比,系统不发生连续换相失败的临界电阻较小。整流侧采用定电流控制方式时,对换相失败的控制能力优于定功率控制方式。     

特高压规划电网安全稳定性研究

为了对 2018水平年国家特高压规划电网的输电网络结构进行检查和考核,该文应用数模混合式电力系统实时仿真装置,进行多项N-1故障和N-2故障的实时仿真试验,对±800 kV直流系统与送受端交流系统的相互影响进行深入研究。研究结果表明,从系统安全稳定角度出发,该网架结构可行;±800 kV直流发生双极闭锁故障时,特高压交流通道部分母线电压偏低,建议通过加强无功补偿装置等手段来改善故障后系统的电压水平。研究还发现,因向家坝-南汇、溪落渡左-株洲、溪落渡右-浙西这3回特高压直流送端换流站距离很近,任一直流发生双极闭锁时整流站换流母线的暂态过电压均会导致其它2回直流发生换相失败,建议设立专题对此进行深入研究。     

换相失败预测控制对电压稳定性影响及优化措施

对于直流馈入受端电网,避免换相失败与维持电压稳定是两个重要问题。为降低换相失败发生风险,实际直流控制系统通常配置有换相失败预测控制功能模块。扰动过程中,预测控制通过减小逆变器触发角α,增大换相裕度。这一控制将改变逆变站无功特性,甚至影响受端电网电压稳定性。文中基于实际工程的直流控制系统,建立了特高压直流仿真模型;揭示了换相失败预测控制及预测参数对逆变站非线性无功轨迹和电压稳定性的影响;在此基础上,提出了改善逆变站大扰动无功需求特性的预测参数优化措施。特高压直流受端电网大扰动时域仿真结果,验证了优化预测控制参数提升受端电网电压稳定性的有效性。     

糯扎渡特高压直流输电工程无功控制策略研究

详细分析了糯扎渡特高压直流工程中无功控制的配置策略、过电压控制、谐波性能控制、降电压运行下的无功配置、低负荷无功优化功能、后备无功控制、相对于云广工程的改进之处。同时对比分析ABB无功控制的相关策略,提出了有针对性的改进措施,对接下来的其他特高压直流工程的设计也有极大的借鉴和参考价值。     

适应特高压直流闭锁故障处置的批量负荷快速控制关键技术

特高压直流双极闭锁后以及重大事故等紧急情况下,受端电网功率会严重失衡进而导致重要输电断面过载、联络线超用以及系统旋转备用不足等问题,电网调控人员亟需快速准确切除大量负荷平衡区域电网功率的技术手段。文中提出了基于现有智能电网调度控制系统基础平台一体化建设的批量负荷快速控制系统,阐述了系统总体架构及关键技术实现方案,重点提出了综合考虑负荷重要等级、控制顺序、控制裕度等多目标融合的批量负荷控制策略,并实现了基于多厂站并发控制的批量负荷快速切除方法。最后,结合实例验证了该批量负荷快速控制系统的有效性,紧急情况下能够快速完成大量负荷切除操作,切实保障电网安全稳定运行。     

特高压接入大型城市500kV电网适应性分析及应对策略

为支撑西部、北部大型风光新能源基地的开发和资源送出,西电东送、北电南送特高压直流输电通道在未来将会进一步拓宽。特高压直流的汇入会对受端大型城市500 kV电网潮流、动态稳定性和短路电流等产生重要影响。提出一种特高压接入受端电网的适应性综合分析方法,能够系统评估特高压直流接入对大型城市500 kV电网的影响。以我国某大型城市500 kV电网为例,系统分析特高压电网接入后该城市500 kV电网的适应性。针对特高压接入后该500 kV城市电网出现的短路电流超标问题,提出了改变电网结构和改变线路参数两种短路电流限制措施,仿真结果验证了两种措施限制短路电流的有效性。     

特高压双12脉波直流换流站系统可靠性评估

全国电网互联的趋势加快了对特高压直流输电技术的研究.特高压换流站系统输送容量大,电压等级高,考虑运行及设备制造原因,通常采用的都是双12脉波接线.由于特高压相对超高压而言,具有更多的元件设备数和运行状态模式,针对特高压双12脉波直流换流站系统的可靠性评估将变得更加困难.基于Markov过程基本原理和累积状态之间转移频率的性质,建立了特高压双12脉波直流换流站系统的数学模型.通过将特高压换流站系统划分为若干个子系统,建立各子系统的状态空间图和等效容量模型,并加以层层组合,最终建立起能表征整个特高压换流站系统运行状态及其转移关系的等效容量模型.建立了完整的针对双12脉波接线方式行之有效的可靠性评估方法,通过对特高压双12脉波和超高压单12脉波换流站系统可靠性评估的计算分析比较,证明了该方法的可行性,分析了双12脉波换流站特定结构对系统可靠性产生的影响.     

±800 kV云广特高压直流输电无功后备控制功能改进

无功控制功能是高压直流输电系统的重要功能。±800kV云广特高压工程除了采用传统高压直流输电工程的无功控制策略外,还采用无功后备控制功能作为无功控制功能的补充。文中分析了无功后备控制功能的控制策略和实现方法,指出当极控与直流站控系统的控制总线通信均故障时,无功后备控制功能存在缺陷,提出了改进方案,该方案在现场得到应用。     

特高压直流输电控制系统结构配置分析

为了提高特高压直流输电系统可靠性,对特高压直流控制系统结构配置进行了分析。在常规直流输电控制系统的基础上提出3种特高压直流控制系统的结构配置方案,并在主机数、负载率、可靠性、信息交换量和系统复杂度方面进行了对比,得到双极/极控制与高低压12脉动阀组控制独立设置的直流控制系统优化配置方案。通过对控制系统进行分层设置及软件合理分布,降低了控制系统各部分之间的耦合,提高了系统可靠性。该优化配置方案在±800 kV特高压仿真系统控制样机上得到了验证,研究成果将运用于实际工程,以满足特高压直流系统高可靠性的要求。     

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。     

特高压直流输电工程换流单元在线投入控制策略的选择

特高压直流输电系统换流单元在线投退过程中,控制方法对特高压直流输电的暂态响应特性影响很大。为了克服传统直流控制器在换流单元在线投入过程中出现暂态特性不符合要求的现象,如超调量过大、过渡时间过长等,提出了2种不同的控制策略。首先,使用一种新的模型辨识法把换流单元转变成一个单输入单输出模型;其次,把传统整流站的控制器离散化;最后将单输入单输出模型和离散的控制器模型连接起来,得到一个整体的换流器仿真和参数优化的模型,并使用一种全新的参数优化的方法,改善了整体换流单元模型的暂态特性。通过在EMTDC环境下对参数适当调整,得到了合适的控制方案,同时也证明了整个仿真步骤的正确性。