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。     

新能源场站虚拟同步补偿装置的容量配置策略

为提高大规模新能源场站的主动支撑能力,提出基于模糊机会约束的新能源场站虚拟同步补偿装置（VSCOM）的容量配置策略。首先,构建包含储能与无功补偿单元的虚拟同步补偿装置的基本结构,并对其惯性与备用需求进行建模;其次,计及风电出力不确定性,基于新能源发电历史数据构建出力的不确定性合集,确定极端情况下的出力情况;再次,考虑投资经济性与稳定支撑需求,构建虚拟同步补偿装置中各子单元的容量配置模型;最后,通过算例仿真验证所提模型的可行性与有效性。结果表明新能源场站虚拟同步补偿装置较单一储能可增加新能源场站净收益19.19%,虚拟同步补偿装置可满足高比例新能源系统98.6%的惯量支撑需求,所提方法可促进新能源与电网的协同发展。     

单相断路器跳闸对逆变器换相的影响

若直流受端单回交流线路单相高阻接地时逆变器未发生换相失败,此时单相断路器跳闸可能导致换相失败。首先利用对称分量法推导建立了单相断路器跳闸后的换流母线电压表达式,基于表达式分析了影响换流母线电压的主要因素,发现其与系统等效参数相关。随后研究了换流母线电压偏移角对关断角的影响机理,发现单相断路器跳闸后换流母线电压过零点前移是导致关断角减小的主要因素,严重时会诱发换相失败。最后在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件平台搭建交直流仿真模型,仿真验证了受端单回线单相断路器跳闸对逆变器换相过程的影响,仿真结果与理论分析相吻合。     

适用于带并抗的同杆双回线接地故障分相自适应重合闸策略

同杆双回线发生接地故障采用传统跳闸策略时可能会产生负序分量,传统自动重合闸方案在合闸前不判定故障性质,重合失败时将影响系统稳定性。针对该问题,提出了一种适用于带并抗的同杆双回线接地故障改进跳闸与分相自适应重合闸策略。首先,通过建立带并抗的同杆双回线各相之间的耦合模型并对其进行分析,提出了一种能够避免负序分量注入系统的改进跳闸策略。其次,分别对瞬时性故障和永久性故障情况下的故障相并联电抗器电流特征分析,提出了基于故障相并联电抗器微分栅电流的故障性质判据。最后,结合改进跳闸策略和故障性质判据,形成了适用于带并抗的同杆双回线接地故障分相自适应重合闸策略。PSCAD/EMTDC仿真验证了所提改进跳闸与分相自适应重合闸策略能够避免负序分量注入系统,以及在不同接地故障类型、故障位置和过渡电阻情况下都能保证输电线路重合成功率。     

基于直流电流有限时域预测算法的换相失败预防策略

针对故障暂态期间直流电流精确预测困难的问题,建立了含平波电抗器的直流线路暂态数学模型。计及暂态期间换相角变化的影响,提出一种直流电流变化量的预测方法,可准确预测暂态期间的直流电流变化。构建了基于换相期间直流电流变化量的换相失败预测判据,以实现首次换相失败的预测判别,并提出一种可有效预防首次换相失败的控制策略。基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了CIGRE直流标准测试模型,不同故障情况下的仿真结果验证了所提方法及控制策略的有效性。     

抑制直流连续换相失败的直流电流指令值优化策略

为抑制直流系统连续换相失败,通过分析换相失败机理,得出直流电流上升与逆变侧交流系统电压降低是造成首次换相失败的主要原因。研究直流首次换相失败后恢复阶段时的控制系统动作特性与电气量变化规律,得出在换相失败恢复期间,逆变侧直流电压的快速恢复会引起直流电流指令值的快速上升,逆变侧切换为定电流控制,由于在控制过程中未考虑直流电流上升对关断角的影响,会导致控制系统失去关断角的控制权从而引起直流连续换相失败。基于此,提出一种考虑关断角的直流电流指令值优化控制策略,结合低压限流控制抑制连续换相失败的发生。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件与国际大电网会议直流标准测试模型(CIGRE HVDC)验证了所提控制策略的有效性。     

考虑直流电流变化的HVDC系统不对称故障换相失败分析

目前高压直流输电系统逆变侧发生不对称故障时,采用最小关断角判别法判别换相失败,其研究仅考虑电压因素,预测效果不理想。针对此问题,通过对换相失败机理和影响因素的分析,认为直流电流上升与交流电压下降均会使关断角减小,将直流电流与交流电压解耦,得到一个仅含电压变化率的逆变侧关断角表达式作为判据。该判据可依据对直流线路和逆变侧相关运行参数的计算得出导致换相失败的临界电压变化率值。在换相过程中,当系统电压变化率小于临界电压变化率时,系统存在较大换相失败风险。基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件搭建CIGRE HVDC模型,对不同过渡电阻的单相接地故障进行仿真测试,结果验证了所提方法的正确性。     

高压直流输电系统后续换相失败风险评估及抑制方法

若引发首次换相失败的交流系统故障未及时清除或恢复阶段控制不当,在直流系统恢复过程中就有可能发生后续换相失败。文中基于换相电压时间面积,分析了导致后续换相失败的直接、间接影响因素,明确了后续换相失败发生机理。为定量评估系统后续换相失败风险,提出了后续换相失败风险指标(SCFRI),并提出了根据风险程度自适应调节触发角的基于SCFRI的附加控制策略。为避免附加控制调节范围受限等问题,提出了基于SCFRI的协调限流策略。两种策略相互配合有效抑制了后续换相失败的发生。以国际大电网会议(CIGRE)直流输电标准模型为测试算例,验证了所提SCFRI与抑制策略的有效性。     

直流双极闭锁故障下送端系统暂态过电压计算方法

针对特高压直流输电系统闭锁引起的暂态过电压严重威胁系统安全运行的问题,推导建立了直流双极闭锁后换流母线暂态电压的解析表达式。在此基础上,建立了送端交流系统电力网络等值模型,推导出了直流双极闭锁后送端交流系统内任一关键节点暂态过电压的计算方法。为判断送端新能源节点面临高压穿越问题的严重程度、提前发现系统薄弱环节,提出用阻抗比来表征节点的暂态过电压程度。在直流双极闭锁后节点暂态电压压升值随着阻抗比增大而呈现线性升高的趋势。基于DIgSILENT仿真平台,搭建了CIGRE直流输电标准测试系统和吉泉±1100 kV高压直流送端系统,验证了送端系统暂态过电压计算方法及结论的正确性。