基于有限元方法的直流输电接地极多层土壤地电位分布计算

高压直流输电单极-大地回路方式运行时入地电流会在接地极周围的土壤中产生强电场,会对接地极附近电网的电力设备和地下金属管线等产生影响。针对接地极周围实际土壤的分布情况,建立了典型土壤模型和多层土壤模型,采用有限元法对典型接地极的地电位分布进行计算。比较了采用典型土壤模型和采用多层土壤模型下的直流输电接地极的接地特性以及对地面电位分布的影响。计算结果表明,在极址附近,接地极所在层土壤电阻率对接地电阻和跨步电压的影响较大,在离接地极数十公里范围内,深层土壤电阻率对地表电位的影响较大。     

磁暴扰动下电力系统故障风险评估方法与模型

磁暴灾害影响电力系统运行,破坏电力设备,甚至引发大面积停电事故。针对目前电力系统规划、调度决策和安全防御体系需要把握和量化电力系统磁暴灾害风险的需求,提出电力系统磁暴灾害风险评估方法与模型。首先分析电力系统磁暴灾害特点及其影响因素,在此基础上设计磁暴灾害下电力系统运行模拟程序,并借助软件平台搭建磁暴扰动与电力系统运行混合模型;之后在极值理论基础上建立磁暴扰动模型与概率测度,以此作为扰动量输入混合模型进行仿真模拟;最后从设备过载、节点电压越限和线路过载的角度定义基于熵理论的电力系统运行风险指标,建立电力系统磁暴灾害风险综合评估模型。利用GIC Benchmark算例系统进行仿真计算,结果验证了所提方法与指标的正确性和有效性。     

基于相位叠加原理的有源滤波器谐波指令新算法及控制

具有移相变压器的交交变频器运行中功率因数较低且产生丰富的谐波,采用多套并联型有源滤波器分别在变压器各套移相副边进行有源滤波和无功补偿.在瞬时无功功率算法的基础上利用移相变压器副边谐波在原边可以叠加的特点,提出将变压器各副边谐波指令叠加的算法推算原边需要补偿的谐波指令,剔除掉在变压器原边通过反相位叠加而抵消的副边某些谐波分量,不必再在副边用有源电力滤波器补偿它们,从而减小了补偿容量.同时,在逆变器出线串联电容以降低有源滤波器直流侧电容工作电压.PSCAD/EMTDC软件仿真结果证实了新算法和降压控制的正确性.     

GIC作用下的变压器励磁电流及无功功率特性

通过PSCAD/EMTDC仿真软件,针对不同铁心结构的变压器定量、定性分析了地磁感应电流作用下变压器励磁电流的谐波及无功功率特性。仿真分析表明,GIC侵袭期间,铁心结构不同的变压器产生的谐波幅值及序分量不同;变压器消耗的无功功率大小不同,但基本上与流过每相绕组GIC的大小呈线性关系。     

变压器铁芯磁滞回线模型参数辨识

利用MATLAB遗传算法工具箱,由实验测得的磁滞回线,将模型参数分为2组,分别通过磁滞回线饱和特性和损耗特性的方法,对Jiles-Atherton（J-A）模型中的5个模型参数进行了辨识,并应用具体实例对该方法的有效性进行了仿真验证。仿真结果表明,所提方法能较好拟合磁滞回线。     

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。     

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。     

磁暴影响电力系统安全风险评估思路与理论框架

鉴于近年来磁暴侵袭中国电网的几次事件和强磁暴引起的损失达上千万美元的魁北克大停电事故,分析与评估电力系统磁暴灾害扰动下的电力系统运行风险十分必要。在讨论磁暴引发电力系统相继故障机理的基础上,分析评估电网磁暴运行风险的技术需求,并指出其中的关键问题和解决途径;设计计及磁暴灾害的电力系统风险评估框架,建立简化的地电场–GIC–电力系统混合集成模型;并借助Matlab和PowerWorld Simulator平台,以GIC标准系统为例,验证了模型可以反映给定电网参数条件下的磁暴事件对电力系统的影响与故障传播过程。研究结果可为进一步量化与防范磁暴电网风险提供参考。     

克服磁暴的变压器集群无功损耗优化控制方法

磁暴扰动下变压器集群无功损耗增加,带来了电力系统的电压稳定问题。为减小系统所有接地变压器因地磁感应电流(GIC)而产生的无功损耗,提出了中性点串接绕组的多变压器无功损耗控制优化方法。分析了磁暴扰动产生GIC和变压器无功损耗的机理及GIC与接地电阻的关系,构建了变压器无功损耗和接地电阻值最小的目标函数。根据国家标准中接地电阻值和系统稳定运行范围的规定,制定了接地电阻限值和系统正常运行约束条件,最后利用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解。以GIC标准模型为例,利用所提模型与方法对变压器GIC无功损耗进行优化控制,结果表明所提方法能够有效减小磁暴扰动产生的变压器无功损耗。     

地磁感应电流作用下的CT饱和特性及其引起的变压器差动保护误动

电流互感器(current transformer,CT)的饱和特性对继电保护的动作性能会产生重要影响。地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)在区域电网中具有高幅值、低频率、时变性等特点,它对CT饱和特性的影响与外部故障的穿越性电流、涌流中的非周期分量、高压直流输电引起的直流偏磁都不完全相同,值得引起人们的重视。根据GIC的典型波形特征构建GIC等效源模型,在PSCAD/EMTDC中对GIC作用下的CT饱和特性进行了仿真分析,并研究了与其相关的变压器差动保护受到的影响。研究结果表明,GIC可能导致CT的严重饱和,使CT二次侧电流的波形畸变特征消失,导致变压器差动保护计算出的不平衡电流增大,且差流中二次谐波含量很低,造成差动保护误动。针对该误动情况,可采用基于差流及其二次谐波含量趋势的措施来进行防范。