基于直流电流动态上升的高压直流输电系统换相失败分析

针对现有换相失败分析方法未考虑交流系统故障后直流电流动态上升对关断角影响的问题,在分析直流电流变化对关断角影响的基础上,首先推导了对称故障下未考虑直流电流变化以及考虑直流电流瞬时变化的换相失败分析方法。分析结果表明,当逆变侧换流母线电压跌落在一定区间内,以上2种方法会导致换相失败判别结果不准确。为此考虑交流系统故障后直流线路和直流控制的动态过程,推导了直流电流的时域表达式,通过求解直流电流最大值,提出了一种考虑直流电流动态上升的换相失败分析方法。最后基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提方法的有效性以及对高压直流输电系统换相失败判别结果的正确性。     

两级式单相逆变器的二次功率解耦控制

两级式单相逆变器由前级DC/DC和后级DC/AC组成,通常利用负载电流前馈提高DC/DC的动态响应能力,但DC/AC输出瞬时功率的二次脉动,会由前馈通道使DC/DC的输入源产生二倍频电流。为了消除负载瞬时功率脉动对前级DC/DC的影响,提出在电压环引入串联虚拟阻抗以及增加电流环有功指令的前馈解耦控制方法,并推导出2条前馈通路的最优组合方式。在此基础上给出串联虚拟阻抗和有功电流前馈的优化选取方法以及控制器参数设计思路。该方法不仅能有效抑制输入侧的低频纹波电流,保证了系统的稳态性能,而且能够完整快速提取前馈分量,提高了DC/DC负载突变时的响应速度,实现了前后级之间的二次功率解耦。理论分析表明,所提控制既能满足二倍频电流抑制要求,又增大了电压环带宽,系统的动态特性更强。仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

计及老化线路电流承载能力退化特性的电力系统连锁故障分析

长期老化效应导致输电线路的电流承载能力退化以及老化失效风险增大,会使连锁故障风险进一步恶化。研究了输电线路老化对电力系统连锁故障的影响。首先,基于热平衡理论建立了输电线路老化相依的电流承载能力计算模型,阐述了电流承载能力与输电线路运行年龄的数值对应关系。在此基础上,综合考虑实时潮流和输电线路的老化效应,建立了包含实时潮流、运行年限、停运概率的三维映射关系,改良了输电线路动态停运概率模型。然后,通过引入概率阈值参数,建立一种改进的基于停运概率模型的连锁故障路径搜索准则,以连锁故障演化过程中的最大概率耦合事件为导向,在过滤低概率连锁故障路径的同时筛选代表性故障路径。最后,在改进的IEEE 39节点系统上进行了实例研究。算例结果证明,考虑线路老化效应后,由单线路意外事件触发的连锁故障事件增多,概率增大,其对应路径阶数增大,系统连锁故障风险明显升高,表明输电线路老化效应与连锁故障后果之间存在显著相关性。     

特高压交流变压器送电调试过程电流规律研究

特高压交流变压器因为主体变压器和调压补偿变压器两部分导致结构更为复杂,准确掌握送电时特高压变压器电流规律是进行保护方向校核的关键。建立特高压变压器单相等效计算模型,利用绕组磁势平衡原理分析变压器各侧绕组电流数值关系,建立各侧绕组电流关联模型。基于该模型分析特高压变压器保护电流可以快速确定二次电流方向,从而实现特高压变压器继电保护方向的校验。最后,通过实际带负荷试验验证了该模型的正确性。针对结构复杂的特高压变压器调试需求,详细分析特高压变压器送电调试过程中主体变压器和调压补偿变压器保护电流互感器TA测量电流的大小及方向,提出保护TA极性确定方法。研究成果可为特高压交流设备选型和工程设计提供参考依据。     

基于相序电流一致性的小电流接地故障方向算法

为解决小电流接地系统故障方向保护问题,提出一种基于三相稳态电流突变量与零序电流一致性关系的小电流接地系统故障方向算法。根据小电流接地系统中单相接地故障后三相电流突变量变化特征得出,在接地故障发生后,健全路径三相电流突变量与零序电流一致性关系相同;不接地系统中故障点上游故障路径三相电流突变量与零序电流的一致性关系存在明显差异;而谐振接地系统中故障点上游故障路径三相电流突变量与零序电流的一致性关系主要取决于消弧线圈失谐度。利用三相稳态电流突变量与零序电流的一致性关系可实现故障方向判断,仿真和现场实验验证了方法的正确性。     

储能系统中三电平图腾柱AC-DC变换器的研究

储能系统中两电平变换器体积大,功率密度小;电压电流应力高,对器件耐压要求高,电路成本较高。针对上述问题,对2种T型三电平桥臂推衍,并结合图腾柱无桥电路,提出一族三电平图腾柱AC-DC变换器。该族变换器能应用于电动汽车充电系统、储能系统场景中,成本较低。对所提电路工作原理分析,并与现有几种电路对比,结果表明所提电路在器件数目、电压应力上更具优势。设计了适合三电平电路的控制及调制方案,通过分析后确定了其中1个电路的电流应力,为损耗理论分析奠定了基础。最后,仿真结果表明了所提电路的正确性。     

失超保护系统直流真空断路器开断换流分析

磁约束聚变装置的失超保护系统利用直流断路器快速切断超导磁体回路的电流,实现磁体能量的转移与释放,以保障磁体安全。随着超导磁体运行电流等级的不断提升,直流断路器的设计面临着巨大挑战。本文针对10 kV/100 kA的大容量失超保护系统设计,提出使用直流真空断路器作为开断电流的主保护开关,并详细分析了其开断换流过程。首先介绍了失超保护系统的拓扑结构和工作原理;然后具体分析了真空断路器在开断及换流阶段的数学方程,并依据开断可靠性理论,分别对换流回路、泄能回路与缓冲回路进行了计算和参数设计;最后开展了100 kA直流电流开断实验。研究结果表明,失超保护系统中使用真空断路器开断100 kA磁体电流具有理论和工程可行性,并通过实验验证了所设计的真空断路器样机能够有效开断100 kA电流,换流过程符合预期判断。本文的研究工作为大功率失超保护系统中的直流断路器设计提供了技术支撑。     

分布式储能型MMC电池荷电状态均衡优化控制策略

为提高电池的能量利用率和解决电池因制造工艺、循环充放电次数不同以及老化程度不一致等因素导致的荷电状态(SOC)极度不均衡问题,提出一种兼顾电流波动抑制的分布式储能型模块化多电平换流器的电池SOC均衡优化控制策略。为准确控制充放电功率,采用双环控制：外环针对相间、桥臂间和子模块间电池SOC差异,建立离散时域预测功率模型,通过负反馈控制生成动态电流参考值;内环设计了模型预测优化控制策略,准确追踪动态电流参考值,实现电池SOC均衡、提高电池能量利用率,并提高系统的动态响应能力以及抑制电池电流纹波,延长电池使用寿命。最后通过在PSCAD/EMTDC中构建仿真模型对所提出的控制器性能进行验证。     

基于模型预测控制的配电网单相接地故障有源消弧

针对配电网非有效接地系统长期存在单相接地故障消弧的难题,现多采用附加有源补偿和消弧线圈相结合的方案对接地故障电弧进行抑制,而有源补偿系统的控制策略的性能直接决定了消弧的性能,本文设计了一种基于预测控制的有源消弧的实现方案,分析了采用注入电流方式的有源消弧的原理,采用三级联多电平H桥的有源补偿的拓扑,优选了代价函数,设计了基于预测控制的有源电流消弧闭环控制系统方案。该方案较PI控制策略的有源电流消弧闭环控制系统具有无需进行参数整定,即能实现对多次谐波电流的精确追踪,能进一步实现对接地电流的有效补偿。仿真分析以及实验验证均表明：本文所提的方案能够更加有效的抑制接地故障电流,满足不同场景下可靠消弧的要求     

计及风光相位特性和机-网间元件的短路电流计算方法

以风电和光伏为代表的新能源机组大量接入电网使得短路电流的精确计算校核变得困难,针对最新研究中构建新能源并网点短路电流映射模型时,未考虑相位映射及未计及箱变、集电线路、主变及送出线路等机端到并网点间电气元件（机-网元件）影响的理论缺陷,提出一种计及新能源相位特性和机-网间元件影响的改进工程化电网短路电流计算方法。首先,结合国家运行规程对新能源机端电压—短路电流相位映射进行有补充意义的理论建模。其次,对该模型进行工程化处理,并提出一种将所得映射逆推至并网点的迭代计算方法。继而,将工程化后的并网点短路电流幅相映射模型应用在现有局部迭代计算中,得到计算改进方法。最后,在PSCAD仿真软件中搭建新能源并网模型,验证了新能源机端电压—短路电流理论幅相映射的准确性、机端映射模型逆推至并网点的迭代计算理论有效性;在此基础上,进一步将所得映射模型在IEEE39节点中进行实验验证,结果表明所提改进计算方法能在一定程度上提升短路电流计算精度。