考虑特高压和复杂接线的直流偏磁风险治理

准东—皖南特高压直流工程是世界上首个±1 100kV特高压输电工程,避免其可能造成的直流偏磁风险意义重大。为此,结合安徽电网规划情况,对接地极附近165km范围内的大地构造调研和现场实测反演得到等效的土壤模型,依据场路耦合理论建立安徽电网交流系统直流电流分布计算模型,计算各个变电站主变中性点电流,分析了直流偏磁对安徽省交流电网影响范围、影响程度及主要的影响因素,并探讨了换流站和特高压站变压器受直流偏磁的影响,针对各电压等级变电站提出直流偏磁抑制措施,制定治理原则,进一步探究综合治理方案,从而使治理效果、治理经济性达到较好的平衡。     

华东地区500 kV变压器中性点直流偏磁抑制的研究及应用

随着特高压直流输电的迅速发展及应用,高压直流输电引起的直流偏磁对主变压器安全稳定运行的影响得到越来越多的关注。分析了直流偏磁产生的原因及危害,并介绍了3种直流偏磁抑制方法。综合考虑后,采用主变压器中性点串联小电阻法在某500 kV变电站进行实例应用,得到较好的效果,最后对存在的问题进行分析并提出建议。     

基于人工蜂群算法的直流接地极优化选址

为有预见性地防御直流偏磁危害,在新建直流接地极初期应对直流接地极进行优化选址。考虑母线电压、发电机功率以及变压器因直流电流额外消耗的无功功率等参数,提出了基于人工蜂群算法的直流接地极优化选址方法,并量化了直流电流对交流电网的影响,最终通过IEEE 118节点及某实际电网两个工程算例验证了人工蜂群优化选址方法的可行性。研究结果为直流接地极优化选址、防御直流偏磁危害、降低直流电流对交流系统的影响提供了可能。     

高压直流输电接地极电流场相关问题研究

介绍了高压直流接地电流场相关概念,主要阐述了接地、入地电流和跨步电压及其相关指标;指出在接地极设计过程中,应考虑接地极周围土壤电阻率、相关接地参数的计算以及接地极型式选择等方面的问题;阐述了高压直流输电接地极入地电流产生的电流场对变压器和系统交流电网的偏磁影响、接地极装置及地下金属管网的腐蚀以及对电气化铁路的电磁影响,并概述了相应的抑制措施,包括进行变压器及交流电网直流偏磁的治理,地下金属管网及接地装置腐蚀的防护,同时也探讨了共用接地极模式的可行性;最后指出了建立大地二维乃至三维电场模型的重要性,指出只有考虑大地横、纵向差异,更精确地了解大地电性结构,进而准确地计算直流接地极周围地电流场分布,才能更好地满足我国建设超特高压直流输电工程的要求。     

直流偏磁对变压器励磁及振动特性的影响

直流偏磁会引起变压器励磁电流畸变,导致变压器振动加剧,影响变压器的稳定运行。为了研究偏磁电流对变压器的励磁及振动特性的影响,建立了基于多物理场耦合的变压器有限元模型,仿真分析了直流偏磁对变压器励磁电流和振动的影响,并通过搭建的试验平台对仿真结果进行了验证。结果表明,无偏磁时励磁电流中不含偶次谐波,偏磁时出现了偶次谐波分量且铁芯磁密正负半周失去了对称分布特性,振动亦随之加剧。     

电力变压器直流偏磁试验研究

随着电力系统直流输电线路的投运,在单极大地运行时,直流换流站附近的交流变压器受到直流电流侵入,造成振动噪声增加及损耗增加和过热问题,影响变压器的安全运行。本文采用试验方法,研究了交流变压器在直流偏磁下的损耗、励磁电流、噪声声级和频谱情况,得出了变压器相关参数随直流电流增加而变化的规律,总结不同铁心结构交流变压器对直流偏磁的耐受能力。为变压器运行时进行状态评估和诊断提供参考。     

变压器直流偏磁仿真及抑制措施研究

直流系统单极大地回路运行时,周边变电站直流偏磁问题时有发生,对电网的安全稳定运行造成了较大影响。对此采用CDEGS软件,介绍了CDEGS软件开展直流偏磁仿真建模的流程,并基于某直流接地极周边电网结构,搭建了包含500kV变电站和220kV变电站的仿真案例模型,开展了直流偏磁仿真及抑制措施的研究。研究表明,采用主变中性点串联小电阻的方式可有效降低变压器偏磁电流,但可能会引起周边部分站点偏磁电流增大,选取小电阻参数时应统筹考虑网架中所有站点。采用的仿真方法和研究结果可进行推广,用于指导变压器直流偏磁问题的治理。     

特高压换流变压器支撑件的直流偏磁损耗计算

根据抑制特高压换流变压器直流偏磁原因温升的需求,提出研究换流变压器铁芯钢质支撑件直流偏磁损耗的计算方法,为设计与制造抑制温升提供依据。根据换流变压器的短路阻抗大以及拉板、夹件结构的设计特点,采用Ansoft Maxwell仿真软件,建立了包括铁芯和油箱、拉板等支撑件的三维有限元模型,考虑短路阻抗和拉板、夹件等因素的影响,完成了励磁电流、涡流场分布及涡流损耗效应的计算。结果表明,与普通变压器相比,换流变压器直流偏磁油箱及铜屏蔽的涡流损耗增加得较快,以及铁芯拉板的开槽方式,也会造成拉板涡流损耗增大。     

影响特高压直流输电交流滤波器失谐保护准确性的分析

锦苏±800kV特高压直流输电苏州站投运过程中,发生失谐保护频繁发信事件,通过对失谐保护原理、保护逻辑、动作过程等深度分析,指出6次谐波分量的影响是主要原因。提出在建设特高压直流输电换流站时,需要吸取失谐保护频繁发信事件的教训,实时检测交流系统谐波电压状况,紧密监视直流偏磁对电网的影响,排查隐患消除缺陷。建议针对失谐保护频繁发信案例,深入研究换流变充电励磁涌流对交流系统谐波的影响。     

基于CDEGS和ANSYS的直流接地极仿真计算研究

UHVDC工程建设之前,相关设计单位运用CDEGS进行了大地电位升的模拟仿真计算,工程投运后,接地极入地电流对极址附近变电站变压器的影响很大,其原因与极址大地电阻率模型建立不准确和地表电位分布计算不够精确有关。分析了直流输电接地极对周围地表电位造成的影响,并对直流输电接地极电流场的计算方法进行了推导。参考陕北换流站接地极工程中陕北接地极大地电磁测深（MT）法实测大地分层电阻率数据,建立的6层大地土壤模型,应用CDEGS软件和ANSYS软件,分别计算了接地极方圆0~100 km范围内大地电位升分布,重点对2种方案计算结果中0~50 km范围的大地电位分布结果进行了比对,计算结果表明,ANSYS计算结果数值上均略小于CDEGS计算结果,相差约0.6 V。2种方案计算结果均可对现场单极运行调试提供参考。     

UHVDC入地电流暂态过程对变压器励磁特性的影响

为研究接地极入地暂态电流对变压器励磁特性的影响,提出一种针对UHVDC入地电流暂态的计算方法,并搭建了受端地区直流偏磁仿真模型,计算了地表电位和偏磁电流在入地电流暂态过程中的响应,并分析了变压器的励磁特性。结果表明,暂态过程会显著增加10 km范围内的地表电位和偏磁电流,在UHVDC引起的变压器直流偏磁计算时应考虑入地电流暂态过程的影响。     

交流侧接地方式对多端柔性直流配电网保护配置的影响

  [目的]  为了提高多端环形柔性直流配电网的供电可靠性,研究了交流侧不同接地方式下的故障特征及其对保护配置的影响。  [方法]  首先确定了两电平、模块化多电平等不同类型换流设备的交直流故障等效通路,从故障过压、过流水平及故障恢复等方面分析了不同接地方式下交直流不对称故障对保护配置的影响。随后从保护原理配置、定值整定、出口方式及配合原则等方面,给出了多端环形柔性直流配电网典型保护配置方案。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件下搭建了三端柔性直流配电网的电磁暂态模型。  [结果]  仿真结果表明:当交流侧采用高电阻接地方式时,通过合理的保护配置可提高交流不对称故障时系统的稳定性、实现直流不对称故障的零停电时间故障穿越。  [结论]  研究成果为多端柔性直流配电网的接地方式设计、保护配置研究提供了一定参考。     

基于暂态电流故障分量的直流配电网单极故障选线方法

基于两电平电压源换流器（voltage sourced converter,VSC）的中压柔性直流配电网适合风能、太阳能等分布式能源的接入,但发生单极接地故障时,其故障电流会迅速增大,保护装置必须快速识别出发生故障的线路。针对该问题,分析VSC端的单极接地故障时的暂态特征,对暂态故障电流的变化特征进行理论分析计算。根据各条线路的暂态故障电流信息的差值进行故障选线,所提方法可在3 ms内对故障快速可靠识别。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建适合辐射状中压柔性直流配电网模型,利用Matlab进行保护选线算法的验证,仿真结果表明,所提选线方法能够准确识别柔性直流配电网的单极接地故障的线路。     

Combined operation of DC isolated distribution and PV systems for supplying unbalanced AC loads

This paper describes a DC isolated network which is fed by distributed generation (DG) from photovoltaic (PV) renewable sources to supply unbalanced AC loads. The battery energy storage bank has been connected to the DC network via DC/DC converter called storage converter to control the network voltage and optimize the operation of the PV generation units. The PV units are connected to the DC network via its own DC/DC converter called PV converter to ensure the required power flow. The unbalanced AC loads are connected to the DC network via its own DC/AC converter called load converter without transformer. This paper proposes a novel control strategy for storage converter which has a DC voltage droop regulator. Also a novel control system based on Clarke and Park rotating frame has been proposed for load converters. In this paper, the proposed operation method is demonstrated by simulation of power transfer between PV units, unbalanced AC loads and battery units. The simulation results based on PSCAD/EMTDC software show that DC isolated distribution system including PV units can provide the balanced voltages to supply unbalanced AC loads.     

直流接地极及杆塔接地网附近电磁场的有限元分析

高压直流输电系统处于单极大地回线运行方式时,有很大的直流电流通过直流接地极流入大地,这将造成接地极本身及附近输电杆塔接地网的腐蚀。在理论分析接地极和杆塔接地网电磁场的基础上,应用有限元分析软件COMSOL Multiphysics,以德宝直流输电工程千阳接地极为例,建立了多层大地土壤结构下的直流接地极和杆塔接地网数值模型,添加相关边界条件,进行网格划分处理,计算分析了接地极地表电位分布规律,并对杆塔接地网附近电位及泄漏电流密度进行了研究,结果发现:接地极地表电位沿径向距离逐渐降低;杆塔接地网本体上的电位最高,接地网的射线末端泄漏电流密度最大, 射线首端的泄漏电流密度最小,接地网矩形与射线的连接处电流密度有突变。该研究对掌握直流接地极及杆塔接地网周围电场分布情况和腐蚀规律,具有重要的意义。     

Research on power electronic transformer applied in AC/DC hybrid distribution networks

The AC/DC hybrid distribution network is one of the trends in distribution network development, which poses great challenges to the traditional distribution transformer. In this paper, a new topology suitable for AC/DC hybrid distribution network is put forward according to the demands of power grid, with advantages of accepting DG and DC loads, while clearing DC fault by blocking the clamping double sub-module (CDSM) of input stage. Then, this paper shows the typical structure of AC/DC distribution network that is hand in hand. Based on the new topology, this paper designs the control and modulation strategies of each stage, where the outer loop controller of input stage is emphasized for its two-control mode. At last, the rationality of new topology and the validity of control strategies are verified by the steady and dynamic state simulation. At the same time, the simulation results highlight the role of PET in energy regulation.     

平行交流线路对直流线路的电磁耦合仿真计算

针对交直流并行情况下交流线路对直流线路的电磁耦合问题,采用PSCAD/EMTDC,对平行线路间的电磁耦合计算进行了理论分析,通过理论推导得出影响各感应分量的因素,从交流线路运行情况与交直流线路相对位置两个角度,通过实例仿真探讨了不同因素对各感应分量的影响规律。结果表明,静电感应电压主要取决于运行线路电压及线路间的电容参数;电磁感应电流主要取决于交流线路运行电流及线路间的电感参数;并行长度、并行位置不影响静电感应电压与电磁感应电流;线路换位能有效削弱线路间的电磁耦合影响。     

大型电池储能电站直流系统接地方式分析

鉴于选择合适的接地方式对大型电池储能电站的重要性,先利用电池储能电站直流侧三种接地方式,以极地故障分析为基础,比较了各种接地方式下故障电气量的特点,同时考虑了存在过渡电阻影响的故障特征;再从整个系统稳定运行的角度研究了交、直流侧之间接地方式的配合,分析了不同接地方式下系统稳态运行特点;最后提出了选择电池储能电站直流系统接地方式的一般性原则。通过在PSCAD/EMTDC平台上搭建仿真系统,仿真分析了电池储能电站直流系统的各种接地方式。     

地磁感应电流在直流输电系统引发的谐波不稳定分析

高压直流（HVDC）输电换流器两侧的谐波阻抗对确定地磁感应电流（GIc）引发的谐波有重要意义。对比了有外部激发和无外部激发2种情况下HVDC换流变的直流偏磁机理,并根据三端口网络模型计算、等效出的谐波阻抗,研究了在GIC作用下换流变偏磁后的谐波水平。PSCAD／EMTDC仿真表明,GIC激发的谐波取决于系统的谐波阻抗。当直流输电系统对某次谐波存在谐振点或呈现高阻抗时。可导致系统谐波明显放大,严重时会引起直流输电工程闭锁。