高压直流三极输电技术

高压直流三极输电技术采用电流调制控制模式,同时利用三相导线,只需要对线路进行有限改造,就可有效提升原线路输送容量。因此高压直流三极输电技术是潜在的解决输电线路输送容量瓶颈效应的有效方案。为进一步推动高压直流三极输电技术的研究和应用,介绍了该技术的发展历程、系统结构、电流调制原理以及运行方式,详细分析了高压直流三极输电与常规高压直流输电相比的技术优势和经济特点,最后针对该技术的工程应用提出了需要重点研究的几个关键领域。     

高压直流三极输电系统的建模与仿真

高压直流三极输电作为一种新的输电方式可以有效提高交流输出线路的容量。文中首先介绍了高压直流三极输电的工作原理,设计了功率平衡控制器使功率保持恒定。基于PSCAD/EMTDC软件平台,建立了高压直流三极输电系统仿真模型,针对系统的稳态运行特性进行了分析,详细阐述了由暂态故障引起的单个换流站紧急停运以及直流线路发生瞬时性和永久性接地故障时的控制保护策略,当发生故障时,将系统切换为双极直流输电,可以保证系统继续稳定运行。仿真结果验证了控制策略的正确性和有效性,表明高压直流三极输电是一种适用于交流线路增容改造的可行方案。     

高压直流三极输电技术

高压直流三极输电技术采用电流调制控制模式,同时利用三相导线,只需要对线路进行有限改造,就可有效提升原线路输送容量。因此高压直流三极输电技术是潜在的解决输电线路输送容量瓶颈效应的有效方案。为进一步推动高压直流三极输电技术的研究和应用,介绍了该技术的发展历程、系统结构、电流调制原理以及运行方式,详细分析了高压直流三极输电与常规高压直流输电相比的技术优势和经济特点,最后针对该技术的工程应用提出了需要重点研究的几个关键领域。     

三极直流输电技术特性及协调控制方式

为较大程度提升现有交流线路的输电容量,以缓解输电网输电能力欠缺,潮流拥塞等问题,引入一种交流线路改造成直流线路的技术方案—三极直流。三极直流能够提高线路的传输容量,具有较高的内在冗余度和过负荷能力,并可充分借鉴已有工程的经验,应用前景值得期待。该文介绍了三极直流输电的基本运行原理,总结了其技术和应用上的特点和优势,同时根据不对称电流调节策略,从时序控制、极控制和接地极电流平衡控制3方面提出了三极直流输电特有的协调控制策略。仿真结果表明,所提出的协调控制策略能够使得转换期间直流系统功率传输保持稳定,接地极电流波动控制在较小范围内,有利于交直流系统长期稳定运行。     

高压直流输电与发电机励磁的综合变结构控制

研究了交直流互联系统采用变结构控制策略提高系统的暂态稳定性问题。以一单机无穷大系统为研究对象,并以交直流互联系统的动力学方程、发电机的电磁功率方程和高压直流输电直流功率调制规律方程为基础,建立了发电机励磁与高压直流输电综合控制的非线性数学模型。采用滑膜变结构控制策略设计了发电机励磁和高压直流输电的综合控制器,该控制器采用先设定系统的滑模运动方程,再求取等效系统,最后求取切换面的方法来得到控制规律。在交流输电线路发生故障时,采用常规的控制策略和文章提出的控制策略对系统进行了仿真,仿真结果表明,采用该控制策略能够显著提高输电系统的暂态稳定极限及暂态稳定性。     

三极直流输电技术原理及应用

对三极直流输电技术的发展进行回顾,详细分析了其电路结构、电流调制工作原理,介绍其性能和特点、应用领域,阐述了该技术在工程验证中需要关注的具体问题。三极直流输电技术可以应用于将交流线路改造成直流输电线路,能够充分发挥现有交流输电线路及设备的利用率。现今三极直流输电技术研究尚停留在理论和仿真层面,但是采用现有的技术、借鉴直流输电工程多年的运行经验,实现三极直流输电并不存在不可解决的障碍。     

云广HVDC孤网运行瞬时频率抑制的附加控制

在孤网运行方式下,为抑制交流故障后交流系统的瞬时频率,利用换流器稳态方程导出换流母线电压与直流电流的动态关系,结合故障特点,应用HVDC的快速和高可控特性,设计了一种反映整流站换流母线电压具有惯性环节的高压直流输电(HVDC)瞬时频率附加控制器,实现对整流器给定电流的修正和直流功率调制,提高了故障后送端交流系统瞬时频率稳定性。云广±800kV特高压直流输电系统的电磁仿真结果表明,在送端交流系统故障下,该附加控制器能够有效抑制交流系统的瞬时频率。     

高压直流三极输电特性分析

高压直流三极输电技术是一种适用于交流输电线路增容改造的新技术。介绍了它的主电路结构,对其中用于实现三极输电方式的关键部分——极3的2种接线方式(即换流阀直接反并联和换流阀中的晶闸管反并联)进行了比较,得出后者更适合应用于实际工程建设中的结论。并通过数学理论推导,分析了高压直流三极输电系统所采用的电流调制控制的原理。比较了将交流输电线路转换为高压直流双极和三极输电系统后的输电容量、冗余度、过载能力和经济性,得出后者优于前者的结论。最后,根据我国现有国情,将高压直流三极输电技术与其他的增容改造方法进行了比较,并对其在我国的应用前景进行了初步的探讨。     

利用直流功率调制增强特高压交流互联系统稳定性

特高压交流试验示范工程投运后显著地增强了华中、华北两大电网之间的电力交换能力,但特高压系统的大功率传输也对华中、华北电网联网安全稳定运行提出了更高的要求。利用直流输电系统传输功率的快速可控性,可以为暂态过程中的交流互联系统提供紧急调控手段,起到功率支援和阻尼振荡的作用。为此,对利用华中电网的直流输电系统进行紧急功率支援以提高交流互联系统暂态稳定性以及采用直流调制阻尼特高压线路功率振荡进行了研究。仿真结果表明,利用直流输电系统的紧急调控手段可以减少华中电网的切机切负荷量,增强特高压互联系统的暂态稳定性,并可提高交流系统阻尼,有效地抑制电网区域间的功率振荡。     

直流融冰技术的研究及应用

通过对目前常用的一些融冰方法介绍分析可知,直流融冰方法是最理想、有效的方法.分析了直流融冰技术的基本理论,计算出不同类型线路的融冰电流和所需电源容量.设计出容量不同的固定式和移动式融冰装置用于不同电压等级的交流线路融冰.根据计算的南方电网典型高压直流输电系统的线路融冰保线电流,提出了不改变主回路结构采用一极功率正送,另一极功率反送的运行方式对直流线路进行保线的方法.借助实时数字仿真系统解决了高肇直流输电工程线路保线运行方式的关键技术.研究成果成功应用于高肇直流输电工程中,保障了系统在冬季覆冰时的安全可靠运行.     

直流融冰技术的研究及应用

通过对目前常用的一些融冰方法介绍分析可知,直流融冰方法是最理想、有效的方法。分析了直流融冰技术的基本理论,计算出不同类型线路的融冰电流和所需电源容量。设计出容量不同的固定式和移动式融冰装置用于不同电压等级的交流线路融冰。根据计算的南方电网典型高压直流输电系统的线路融冰保线电流,提出了不改变主回路结构采用一极功率正送,另一极功率反送的运行方式对直流线路进行保线的方法。借助实时数字仿真系统解决了高肇直流输电工程线路保线运行方式的关键技术。研究成果成功应用于高肇直流输电工程中,保障了系统在冬季覆冰时的安全可靠运行。     

特高压半波长与直流混联系统的暂态建模与稳定性分析

为研究特高压半波长与直流混联系统的暂态稳定性,根据半波长输电系统准稳态模型建立的特高压半波长与直流混联系统的稳定分析模型,分析了半波长输电线路的稳定运行区域,讨论了直流换相失败和直流闭锁时混联系统的功角稳定性;分别基于二阶系统的冲击响应模型和阶跃响应模型,揭示了直流换相失败和直流闭锁故障后的功率变化对半波长输电系统功率波动的影响机理;研究了利用直流输电系统传输功率的快速响应特性,采用直流功率调制对系统提供紧急功率支援,以提高含半波长互联系统的暂态稳定性的可行性。混联系统的机电暂态仿真验证了直流换相失败和直流闭锁故障对系统功率波动影响的分析方法的正确性以及直流输电系统对半波长线路提供紧急功率支援的有效性。研究表明:半波长线路功率波动峰值在系统直流换相失败时与振荡频率有关,而在闭锁故障时闭锁功率越少,阻尼越大,波动峰值越小;直流功率调制可提高异步联网系统的暂态稳定性。     

特高压直流输电线路故障重启策略优化研究

为了解决以往特高压直流输电工程中直流线路故障重启策略不完善导致直流功率波动甚至双极闭锁的不足,提出了把直流输电运行工况和运行功率点加入到直流线路故障重启策略中。利用RTDS对特高压直流输电线路接地故障进行仿真,建立直流输电线路接地故障等效模型。针对在故障极重启动过程中非故障极实际直流功率波动大的问题,提出采用闭锁非故障极低压电流(VDCL)功能的方法来减少非故障极实际直流功率的波动。以溪洛渡左岸-浙江金华±800k V特高压直流输电工程为试验背景,仿真试验证明:所提出的特高压直流输电线路故障重启优化策略能有效的提高系统线路故障时的稳定性,具有很好的工程实用性。     

环网式三端直流输电系统及直流断路器应用的分析与仿真

分析了多端直流输电系统的基本原理,利用 PSCAD/EMTDC 软件建立了多端直流输电系统仿真模型,并建立了含直流断路器的多环网式多端直流输电系统模型,通过仿真研究了直流断路器开断直流输电线路的过程,分析直流断路器在环网式多端直流输电系统中的作用.对直流断路器切除环网式三端直流输电系统一条输电线路的过程及切除故障换流站分别进行了仿真分析.仿真结果表明,当利用直流断路器切除环网式多端直流输电系统的一条输电线路时,输电线路的电流重新分配,能保证功率输送的连续性.在这种情况下,对各个换流站输出或输入的功率影响不大,对与直流系统连接的交流输电网影响很小.当切除故障换流站后,该系统最大限度地保持功率传输及电流的有效分配,保持稳定运行     

锦屏-苏南特高压直流输电工程直流线路电磁暂态仿真

锦屏-苏南±800 kV直流输电工程的稳态运行电压和每极双12脉动结构与向家坝-南汇±800kV直流输电工程相同,但输送容量、输送距离和导线型号与向家坝-南汇±800 kV直流输电工程不同。针对锦屏-苏南±800 kV直流输电工程的主回路参数,利用电磁暂态计算软件EMTP-RV,分别针对2种导线分裂间距对线路内部过电压和沿线接地短路电流进行了电磁暂态仿真计算,给出了2种导线分裂间距下直流线路的最大过电压水平,并根据大量仿真计算结果给出了直流线路沿线过电压水平包络线以及沿线各点对地短路电流包络线。该研究结果为锦屏-苏南特高压直流工程的设计和建设提供了技术依据。     

基于电压和电流突变量方向的高压直流输电线路保护原理

对高压直流输电线路故障暂态特征的分析发现,直流线路两侧保护测量处电压突变量与电流突变量的方向特征在发生线路区内和区外故障时不同,由此构成高压直流输电线路保护原理。文中给出了电压、电流突变量方向判别判据和门槛值整定原则,并构造了相应的保护判据。对实际高压直流输电系统仿真的结果表明:提出的保护原理在双极直流输电系统的多种可能运行方式下、各种故障情况下都能正确识别区内、区外故障;在区内故障性雷击、高阻抗接地和极—极故障时能够准确动作。另外,该保护原理对通信通道、采样频率和数据计算速度要求不高。     

并联型四端直流输电系统实时数字仿真分析

利用实时数字仿真器(RTDS)建立了并联型四端±500kV,5 000MW双极直流输电仿真模型,直流控制保护模型采用所开发的多端直流输电控制保护样机,与RTDS构成实时闭环仿真试验环境。控制策略采用多端直流电流裕度控制,控制系统架构按多端控制、极控制2级进行设置。多端控制包含多端直流输电系统各换流站功率指令分配、功率升降协调、直流电压控制和多端通信等功能。极控制包含常规直流控制功能,主要实现各换流站功率控制。利用该仿真系统对并联型四端直流输电系统稳态运行工况、单站闭锁功率补偿、直流线路故障进行仿真研究,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多端直流输电要求。     

多端直流输电系统中的直流功率调制技术

与常规的双端直流输电系统相比，基于直流功率调制技术的多端直流输电系统能更灵活地向所连接的交流系统提供快速的紧急功率支持，改善交流系统的稳定性。文章对其中一端为弱交流系统的4端直流输电系统运用PSCAD/ EMTDC仿真软件研究了多端直流输电系统的功率调制技术，提出了该系统的仿真模型及其复合控制策略。仿真结果表明，所连接交流系统的强度、各换流站的控制策略和直流系统电流平衡原则的选取会极大地影响直流功率调制的性能，多端直流输电系统比常规的双端直流输电系统能更灵活地运用直流功率调制技术，进而有效地提高所连接交流系统的稳定性。     

高压直流输电系统非线性定电流控制响应特性分析

由于换流器具有非线性特性,线性定电流控制无法满足高压直流输电系统暂态期间性能要求。为提高高压直流输电系统对交流系统扰动的耐受能力,并降低故障电流峰值,在线性定电流控制传递函数中加入非线性环节以补偿换流器的非线性特性,并通过仿真建模比较分析了两种不同作用范围的非线性定电流控制与线性定电流控制在线路故障、换相失败故障以及稳态运行时的响应特性。仿真结果表明,加入非线性环节的定电流控制具有控制策略简单、暂态特性良好的优点,但由于作用于全运行范围的非线性定电流控制在稳态运行时存在直流电流振荡现象,因此在实际工程中非线性定电流控制应避开稳态运行范围。     

基于小波变换的直流输电系统电磁暂态过程研究

为完善直流输电线路的保护系统,以高压直流输电系统暂态过程为研究对象,采用PSCAD分别建立了高压直流输电系统(包括线路、杆塔、绝缘子串等)落雷闪络模型和直流输电系统模型;仿真了线路不同位置遭受雷击情况对直流输电系统的影响,直流线路保护区内外发生典型故障、双极运行模式下故障极对健全极的影响等多个暂态过程;利用小波变换进行信号分解分析,寻找出能够表征线路落雷导致系统故障或不致系统故障的明显暂态特点,分析能够体现不同类型故障的特征信号以及双极运行工况下,消除故障极对非故障极干扰的措施等问题.结果表明,上述研究对高压直流输电的安全控制与保护系统的可靠运行具有重要现实意义.