基于MMC的多端直流电网通用计算方法及拓扑优化研究

针对现有直流电网直流侧短路简化计算方法普遍不适用于对称单极接线系统及短路故障后故障电流急剧上升导致换流站闭锁的问题,提出了适用于对称单、双极接线方式直流电网的通用计算方法和直流电网拓扑优化方法。首先,分析了不同接线方式下的直流电网直流侧单、双极短路故障特性。其次,基于阻抗频率特性提出了适用于不同接线方式直流电网的故障电流计算方法,并得到了评价故障电流水平的简化指标,有效地评估直流电网拓扑变化时的故障电流水平,实现多端系统的拓扑优化,降低单极接地故障电流水平。最后,通过电磁暂态仿真案例验证了所提计算方法和简化指标的准确性和有效性。     

适用于柔性直流电网的500 kV级直流电缆与架空线路并联运行控制及保护策略

高压直流电缆是跨海长距离输电和新能源并网的重要装备,高电压等级、高通流能力的直流电缆还处于研发阶段。为推进高压直流电缆研发,考验长期运行性能,依托国内某±500 kV柔性直流电网工程建立了直流电缆综合试验站。该柔性直流工程线路主要采用架空线,试验站位于其中一个换流站单极出线处,采用直流电缆与架空线路并联运行方式,其运行控制和保护配合复杂、可靠性要求极高,尚无工程经验可循。针对500 kV级直流电缆试验段与架空线路并联切换运行的接线方式,提出了试验站直流电缆监视和投入退出控制策略、故障保护策略以及过负荷运行控制保护策略。仿真试验结果证明,所提策略可保证直流电缆接入柔性直流电网后可靠运行。     

分散控制系统自主可控技术的发展

分散控制系统（DCS）作为火力发电领域的核心控制系统,其软硬件长期严重依赖进口产品,存在重大安全隐患和断供风险。在说明国产品牌DCS发展历程及软硬件国产化现状的基础上,分析了国产化替代对于实现自主可控的必要性,并提出实现DCS国产化并非简单的硬件替代与软件移植,还需重点解决好专用芯片替代、芯片功能缺陷、软硬件适配及综合算力等问题;然后介绍了全国产、自主可控DCS如华能睿渥、华电睿蓝、国能智深、南京科远和浙江中控等发展应用现状,全国产DCS在300、600、1 000 MW等级机组相继投入运行,标志着我国DCS已实现完全自主可控,具备大规模推广应用的条件;最后对国产DCS推广应用中存在问题,如缺少嵌入式低功耗处理器、国产元器件性能存在批次性差异、国产软硬件性价比和供应链安全等进行分析,并提出了相关建议。     

基于晶闸管的直流可控避雷器关键技术

电网换相换流器(LCC)与模块化多电平换流器(MMC)级联系统具备诸多独特优势,但其低压端模块化多电平换流器(MMC)由多个电压源换流器(VSC)换流器并联组成,当发生交流侧故障时会引起低压端直流母线过电压。为抑制MMC过电压问题,提出在直流母线侧安装直流可控避雷器。对交流侧故障时MMC过电压机理进行了理论分析,提出了直流可控避雷器拓扑结构。在深入分析直流可控避雷器不同运行方式的基础上,给出了直流可控避雷器的直流混合可控开关所需的极限电流耐受能力。为实现开关触发的快速性,提出在直流混合可控开关中采用串联晶闸管阀组方案。通过晶闸管Cauer计算模型仿真研究了极限电流下晶闸管阀组瞬态结温,验证了设计方案的合理性。基于某规划直流工程进行直流可控避雷器设计,并给出了主设备布置方案。基于PSCAD/EMTDC平台搭建了系统的仿真模型,验证了所提出的直流可控避雷器拓扑抑制系统MMC过电压的有效性。     

基于检修态切换的智能变电站保护设备检修辅助安全措施

智能变电站引进了过程层设备和光纤虚端子连接,导致保护设备的检修隔离方式与以往有明显差别。运行和检修人员对新技术、新设备不熟悉,仍习惯于传统物理实回路的操作方式,增加了误操作风险。文中总结了智能变电站二次设备检修安全措施操作的现状,分析了智能变电站保护及相关设备的检修隔离手段,提出了采用二次设备检修态转换的方法,仿照常规变电站工作习惯,定义保护及相关设备的检修态,如运行态、信号态、退出态、检修态和隔离态,把所有检修安措操作简化为检修态之间的切换。基于该技术开发了保护检修辅助安措系统,可以提供检修操作界面,辅助生成保护检修安措票,监视检修操作过程。所提技术减轻了运行检修人员现场工作压力,对智能变电站二次回路建模与在线监视也做了一些有益的实践探索。     

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。     

采用同步变化量的超高压线路保护启动判据研究

超高压线路保护在运行中受负荷波动影响,负荷不对称的线路在正常运行时,都存在较大零序电流,为防止频繁启动不得不提高启动值,从而降低了启动元件的灵敏度,导致现有的零序电流判据对经高阻接地的故障无法灵敏判别,不能满足超高压线路保护对启动元件快速性的要求。提出一种采用线电压、同相间电流同步变化量开放的相间启动判据和零序电流、相电流同步变化量比较方式的零序启动判据。通过PSCAD/EMTDC仿真表明,如果使用同步变化量的启动判据,保护的灵敏度、快速性和可靠性均有一定程度的提高。     

基于单间隔的暂态选线方法

单相接地故障其暂态特征不受消弧线圈、弧光接地、间歇性接地等影响,但是现有暂态法选线都是基于集中式装置实现的,不利于实现配网保护的就地化实现。本文提出一种仅依赖本间隔零序电流、电压的故障暂态分量进行选线的方法,即暂态小波功率方向选线法,并通过仿真对该方法进行了验证。     

混合式高压直流断路器控制保护系统

直流断路器作为柔性直流电网的关键设备,用于故障快速隔离和恢复,大大提高了直流电网的安全性和可靠性。文中基于混合式高压直流断路器,详细研究了其控制保护架构和控制保护策略。首先设计了"冗余双重化"控制系统架构和"三取二"保护系统架构,具有架构层级清晰和功能分配明确等特点;然后给出了混合式直流断路器的分闸和合闸控制策略,并详细设计了本体过流保护策略、本体设备保护策略和辅助设备保护策略;最后研制了一套500 kV/25 kA混合式高压直流断路器的控制保护系统,并通过实时数字仿真系统(RTDS)进行仿真研究,结果验证了控制保护系统及其策略的正确性和有效性。     

一种提高高压直流断路器机械开关触发回路可靠性的方法

快速机械开关是高压直流断路器设备中的关键部件,在短路故障发生时,依靠其快速可靠的分断来转移故障电流,触发回路作为快速机械开关核心触发单元,其可靠性直接决定着整个断路器能否可靠运行。对此,从快速机械开关触发回路的可靠性着手,针对现有触发回路不足,研究提高触发回路可靠性的方法,以降低因触发回路异常导致快速机械开关失效的概率,进一步提升快速机械开关运行的可靠性,保障直流电网安全、可靠运行。