电压源型换流阀在绝缘型式试验下电场仿真计算

模块化多电平电压源型换流器作为柔性环网控制器和统一潮流控制器(UPFC)系统中的关键设备,其运行的可靠性直接影响到整个系统的安全稳定运行。文中以应用于柔性环网控制器及苏南500 k V UPFC工程的换流阀作为研究对象,采用PTC Creo 3D与Ansys混合建模技术,建立了换流阀塔的三维模型,详细计算了换流阀塔在绝缘型式试验下的电场分布。计算结果表明:换流阀塔对地空气间隙、层间空气间隙以及换流阀塔的外表面的空气介质等绝缘强度都能满足换流阀绝缘型式试验的要求,保证换流阀的安全可靠运行。     

锦屏—苏南±800kV特高压直流工程晶闸管换流阀

换流阀是特高压直流输电工程中主要关键设备,其设计的可靠性直接影响直流系统的安全可靠运行。文中介绍了锦屏—苏南±800 kV特高压直流工程晶闸管换流阀主要技术参数。主要从电压应力、电流应力、水冷系统、晶闸管参数4个方面和先前投运的向家坝—上海±800 kV特高压直流工程晶闸管换流阀进行了对比分析。验证了锦屏—苏南特高压直流工程晶闸管换流阀整体性能比向家坝—上海±800 kV直流工程有所提升,可以长期安全可靠运行;同时也为后续±800 kV特高压直流工程换流阀的设计和制造奠定了良好的基础。     

±800kV特高压直流输电换流阀控制保护系统工作原理及其工程应用

换流阀控制保护系统是直流输电控制保护系统核心设备,属于分层分布控制保护系统最底层一级设备。描述了锦屏—苏南±800kV特高压直流输电工程裕隆站极Ⅱ低端换流阀控制保护系统工作原理和工程现场调试及运行情况。该设备为自主研发并首次投入工程运行。     

全桥MMC柔性直流输电系统冗余度优化方法

柔性直流输电系统中,模块化多电平(MMC)换流阀冗余度与阀损耗、可靠性有着密切的联系。本文分析了MMC换流阀的工作原理,推导出全桥MMC换流阀损耗率、供电可靠性关于冗余度的解析表达式。分析表明,随着换流阀冗余度的提高,可靠性逐渐升高,但损耗也会加大。为了兼顾MMC换流阀的经济性和供电可靠性,本文采用遗传算法对换流阀的冗余度进行优化,通过线性加权和法得到综合目标函数,根据工程经验赋取权值。采用直流母线电压±800k V、额定容量5000MV·A进行计算,得到最佳冗余度为0.055。     

±800 kV特高压直流输电换流阀控制保护系统工作原理及其工程应用

换流阀控制保护系统是直流输电控制保护系统核心设备,属于分层分布控制保护系统最底层一级设备.描述了锦屏—苏南±800 kV特高压直流输电工程裕隆站极Ⅱ低端换流阀控制保护系统工作原理和工程现场调试及运行情况.该设备为自主研发并首次投入工程运行.     

500 kV苏南UPFC接入对距离保护的影响及应对策略

在苏州南部地区接入统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)可以提升电网供电能力,但是UPFC的接入会对输电线路保护的可靠性、选择性和灵敏性产生影响。文中基于500 kV苏南UPFC工程,结合线路故障后UPFC系统的控制保护逻辑,通过建立含UPFC的电力系统故障等值模型,分析了UPFC接入对线路两侧距离保护动作特性的影响并提出应对性策略。     

考虑系统损耗的MMC换流阀冗余配置策略

模块化多电平换流阀具有扩展性强、响应速度快等优点,现已成为柔性直流输电工程建设的首选。其可靠性关系到整个输电系统的安全运行,而损耗特性则关系到输电系统的经济运行。为了提高柔性直流输电系统的可靠性,对换流阀一般会设置一定的冗余度,但过高的冗余度又会带来严重的损耗。基于以上考虑,分析了冗余度与可靠性、损耗的关系,推导了其数学解析表达式。然后,提出了一种基于多目标优化的MMC换流阀冗余度优化配置方法,使得柔性直流输电系统能兼顾可靠性和损耗。最后通过工程算例对所提出的方法进行了验证,表明采用所提出的方法能提高柔性直流输电系统的综合性能。     

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。     

±500 kV柔性直流换流阀电场分布及绝缘特性研究

采用静电场有限元数值方法,对自主研发的±500 kV柔性直流换流阀的内绝缘和外绝缘特性进行了分析计算。按照子模块最大保护电压,校核换流阀的内绝缘特性;按照阀支架雷电冲击试验,校核换流阀的外绝缘特性。计算结果表明,自主化±500 kV柔性直流换流阀阀塔内部空气中最大电场强度为1.017 kV/mm,屏蔽系统最大电场强度为1.619 kV/mm,底部支撑绝缘子处最大电场强度为2.941 kV/mm。以3 kV/mm作为起晕场强判据,雷电冲击试验下,阀支架无起晕现象。试验结果表明,采用当前换流阀设计方案,换流阀顺利通过型式试验,无闪络、击穿放电现象,冷却系统无损坏。研究结果为±500 kV柔性直流输电系统换流阀绝缘设计提供了参考。     

基于提升故障穿越能力的UPFC重启策略研究及应用

统一潮流控制器(UPFC)是最新一代柔性交流输电系统装置,综合了FACTS元件的多种灵活控制手段。受限于电力电子设备绝缘能力,UPFC故障穿越能力有限。文中在介绍UPFC串联侧故障快速隔离技术的基础上,提出了UPFC配合交流保护重启策略,发生影响UPFC运行的故障时,利用特征量进行故障区域和类型判别,判别为交流电网异常时,进一步根据故障特性,并检测电网运行状态和UPFC运行能力,执行UPFC故障穿越或短时闭锁后自动重启的策略。接着以500 kV苏南UPFC工程为例,介绍了该策略的具体实现方案。将该策略在南京西环网UPFC工程及苏南UPFC工程应用,结果表明,文中所提UPFC配合交流保护故障重启策略,具有良好的应用可行性和电网适应性,显著提升了UPFC工程的故障穿越能力。     

500 kV苏南UPFC控制功能研究及性能试验

为解决苏州南部500 k V电网供电能力提升、特高压直流功率消纳等问题,投运了世界首套500 k V统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)工程。本文针对苏南500 k V UPFC工程应用情况,结合电网潮流调节需求分析,梳理了UPFC系统关键控制性能指标及控制功能要求,并在工程系统试验期间对相关的控制功能和性能进行重点测试,主要包括:苏南UPFC工程稳态控制精度、动态响应指标等基本性能指标,以及N-1紧急功率控制、电网故障UPFC闭锁及自动重启动控制的功能和性能等,用于检验UPFC控制能力及运行效果,并为后续工程建设、标准规范制定累积了重要实践经验和数据。     

含统一潮流控制器输电线路断路器保护研究

统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)作为一种功能强大的柔性交流输电设备,目前在国内电力系统中得到进一步推广并逐步应用在500 k V电压等级系统中,含UPFC输电线路在一个半接线方式下的断路器保护将面临新的应用问题。文中结合苏州南部电网500 k V UPFC示范工程实施,分析500 k V含UPFC系统对于断路器保护装置特殊功能需求,针对不同接线方式提出断路器保护适应性解决措施,指出不一致运行状态下断路器保护与UPFC控制保护配合策略,可有效避免断路器保护带UPFC重合闸的情况,从而为UPFC接入后系统稳定可靠运行奠定基础。     

含UPFC南京西环电网系统可靠性评估研究

为量化评估统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)装置对电网运行可靠性的影响,以200 k V南京西环网UPFC工程为研究对象,分析了含UPFC系统可靠性评估的方法和流程。首先基于UPFC子系统划分,建立了UPFC各子系统无备用元件和有备用元件情况下的可靠性模型,在此基础上获得UPFC系统两状态模型,由此提高了传统电力系统可靠性评估方法在含UPFC系统的适用性。最后,结合南京西环网实例,重点分析了装设UPFC、新建线路、采用倍容导线等不同方案以及UPFC不同安装位置对电网可靠性的影响,分析结果可为后续柔性输电装置在江苏应用提供借鉴。     

苏南500 kV UPFC工程电子式互感器现场试验

为检验苏南500 kV UPFC工程现场的电子式互感器性能,对尚未正式投运的电子式互感器开展现场试验。提出了对电子式互感器的直流精度和阶跃响应性能进行测试的方法,使用自备的信号源产生一次电流信号,作为被测互感器和标准互感器的输入,使用互感器校验仪接收两者的输出并进行对比分析。结果表明,工程现场使用的电子式互感器性能良好,满足投运要求。同时,试验结果也证明了所用试验装置和方法的实用性,为后续进行系统的电子式互感器现场试验提供参考。     

基于断面负载均衡度的统一潮流控制器潮流优化控制方法

区域间断面的输电能力主要受限于重载通道的热稳极限,同时关键输电断面对于电网的安全稳定运行具有重要意义。文中提出一种针对断面输电能力受限和潮流分布不均的统一潮流控制器(UPFC)控制方法。定义了断面负载均衡度这一指标,为评估UPFC的潮流控制效果、UPFC对断面潮流分布的优化作用提供了可量化的指标。以江苏省苏州市500 kV UPFC科技示范工程为例,从三相永久性N-1故障、稳态运行和锦苏直流闭锁3种工况提出了相应的UPFC控制方法。仿真结果表明,基于所提指标的UPFC控制方法可以达到改善断面输电能力和潮流分布的目的,同时提高电网的安全稳定性。     

UPFC在线运行优化辅助决策应用功能设计

由于缺乏UPFC实时运行优化指导工具,UPFC强大的潮流控制能力无法灵活发挥。基于智能电网调度控制系统设计了UPFC运行优化辅助决策应用功能,根据实际UPFC工程限额工作模式下潮流计算特点,求解UPFC控制措施灵敏度,利用在线丰富的计算资源,进行UPFC多控制目标集群并行计算,获取UPFC静态安全控制措施和潮流优化控制措施。该应用功能可利用UPFC控制能力提高电网运行的灵活性,为调度运行人员提供辅助决策。苏州南部电网500 kV UPFC工程算例分析说明了UPFC在线运行优化辅助决策计算流程,结果显示所提方法可有效解决UPFC近区静态安全问题,并优化近区网络损耗。     

500kV统一潮流控制器提高大容量直流馈入系统电压稳定性的研究

500 kV统一潮流控制器作为一种新型的动态电力电子设备可用于控制受入通道的有功潮流,合理分配受端电网受入的电力;同时,统一潮流控制器又可同时作为动态无功设备为系统提供无功支撑。文章对含500 kV统一潮流控制器的大容量直流馈入系统展开电磁暂态分析,对交直流系统、统一潮流控制器以及相关控制系统进行详细PSCAD建模,并根据统一潮流控制器并联侧的动态特性设定无功响应策略。结果表明,统一潮流控制器可提升大容量直流馈入系统的电压稳定性,同时可缓解近区直流换相失败的情况。     

统一潮流控制器在苏南500 kV电网中的应用

针对苏州南部500 k V电网供电能力提升、特高压直流功率消纳等问题,开展了统一潮流控制器(UPFC)在苏南500 k V电网应用的可行性研究,并给出了UPFC接入系统方案及拓扑结构,通过系统计算确定UPFC变压器及换流器容量。仿真计算验证了其对苏州南部500 k V电网潮流及电压调节作用,结果表明:苏南电网冬季大负荷及锦苏特高压直流小方式下,能消除梅里木渎断面N-1过载的问题;夏季锦苏直流大方式下发生双极闭锁时,通过提升地区电网供电能力,减小苏南地区切负荷量;通过UPFC无功电压控制,提供苏南地区电网电压恢复水平,一定程度上减少了锦苏直流发生换相失败。并给出了UPFC主设备关键参数的选择依据。