多馈入直流受端电网换相失败风险区域快速识别方法

针对多馈入直流受端电网换相失败风险区域准确识别难题,计及直流控制系统影响,提出基于广义节点电压交互作用因子的风险区域快速识别方法。将交流母线和故障点视为广义节点,构建考虑直流控制影响的广义节点电压交互作用因子指标,并给出其计算方法;建立换流母线电压跌落期间的换流站暂态电路模型,计算临界换相失败风险电压,进而获取指标临界值,依据指标值与临界值的大小进行换相失败风险的判断;结合指标值的故障位置分布特性,提出换相失败风险区域的快速识别方法;在CIGRE HVDC测试系统和含三馈入直流的39节点测试系统中,验证所提计算方法和识别方法的有效性,与传统方法相比,临界换相失败风险电压的计算误差由7.7%降低到2.4%,提高了换相失败风险区域识别的准确性。     

采用多馈入交互作用因子判断高压直流系统换相失败的方法

目前对多馈入交直流受端系统的交流故障是否会导致多回直流同时换相失败的问题主要是借助于仿真工具进行分析,这种方法计算量大,并且耗时长。为此提出了一种利用多馈入交互作用因子快速判断直流系统换相失败的方法。基于节点阻抗矩阵对多馈入交互作用因子进行定义,通过最小熄弧角判断标准推导出临界多馈入交互作用因子的通用表达式,提出了基于临界多馈入交互作用因子的换相失败判断方法:某一回直流逆变侧换流母线发生三相短路故障时,如果另一回直流与该直流间的多馈入交互作用因子大于临界多馈入交互作用因子,则认为另一回直流系统也会同时发生换相失败。小算例系统和实际电网的研究结果证明了该指标和方法的准确性和有效性。     

多馈入直流系统换流母线电压之间的相互影响及其同时换相失败的研究

为了研究多馈入直流系统中换流母线电压之间的相互影响,以交直流系统潮流计算为基础,推导得出了多馈入直流系统换流母线电压相互影响的关系式。然后据此分析研究了某条或某几条换流母线附近发生故障是否会引起多个换流站同时换相失败,并推导得到了相应的临界电气距离。最后,以CIGREHVDC标准模型为基础构建三馈入直流输电系统模型,并用PSCAD进行仿真分析,验证了换流母线电压相互影响关系式的合理性。     

预防多馈入直流输电系统换相失败的直流功率控制方法

为了预防多馈入直流输电系统换相失败及同时换相失败的问题,提出了一种直流功率控制方法。在定量分析直流功率对逆变侧换流母线电压影响的基础上,利用回降故障直流功率、增大系统电压稳定裕度的方法防止换相失败。该方法根据逆变器之间的相互作用关系,将多馈入直流输电系统换相失败分为2种不同场景,针对不同场景设计了相应的直流功率控制策略,并给出了对应的直流功率控制启动判据,计算了直流功率调节量及其调节速率。在PSCAD仿真平台搭建多馈入直流输电系统模型,所提出的直流功率控制方法能够有效避免多馈入直流输电系统换相失败及同时换相失败。     

多馈入直流系统换相失败风险仿真分析

逆变器的换相失败是高压直流输电系统的一种常见故障。为研究多馈入系统中换相失败的复杂机理,文中应用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件,在经典双馈入系统模型中进行仿真,根据换相失败发生的风险指标--短路严重程度等级因子,分析造成直流系统换相失败的概率特征。发现多馈入电压交互作用与谐波交互作用是影响多馈入系统同时换相失败的两个重要因素,故障较弱时,多馈入系统的远端换相失败主要与换流母线电压的波形畸变相关;而故障较强时,母线电压的幅值跌落是导致远端换相失败发生的主因,仿真结果证明了结论的正确性。     

基于贝叶斯网络多馈入直流系统相继换相失败概率推断

大规模多馈入高压直流各回路之间紧密复杂的耦合可能恶化高压直流换相条件,增加了多馈入高压直流系统发生相继换相失败的风险。该文基于贝叶斯网络理论,以换流母线电压降、直流电流变化率和谐波畸变率这三大影响因素作为相继换相失败的证据指标,分别建立3个证据指标的证据概率函数和相继换相失败免疫因子,根据这些证据建立多馈入直流系统相继换相失败的贝叶斯网络,推断多馈入直流输电系统相继换相失败的概率。依据该文所提出的多馈入直流系统相继换相失败的概率推断方法和相关性的风险分析,可预警多馈入直流系统相继换相失败风险,也可提出多馈入直流相继换相失败的抑制措施。     

连接弱交流系统的高压直流换流站无功补偿协调控制策略

在馈入端交流系统强度较弱、直流传输功率频繁波动的高压直流系统中,换流站无功补偿设备的协调控制对改善换流母线电压的稳定性具有重要意义。提出了一种基于静态同步补偿器(STATCOM)和电容器组相互协调的多模式协调控制策略,主要包括换流母线电压无静差跟踪额定电压的稳态调压模式、换流站参与近区交流系统电压调节的自动电压控制(AVC)模式,以及换流母线发生短路故障时抑制电压波动与换相失败的暂态控制模式。基于实际工程参数,在电磁暂态仿真软件(PSCAD)建立了±800kV酒泉—湖南特高压直流输电系统仿真模型,并在直流功率波动、AVC中心下发指令电压和馈入交流系统短路故障等多种工况下对该多模式控制策略的性能进行了仿真验证。仿真结果论证了所提出的换流站无功补偿设备协调控制策略的合理性和有效性。     

多馈入高压直流输电系统的异常换相失败研究

分析了高压直流输电系统中换相失败的原理;提出了多馈入直流输电系统内同时或相继换相失败中潜在的异常换相失败现象。利用连续仿真方法,分析了因本地换流母线的不同故障水平而导致远端逆变器换相失败的可能性,并分析了不同交流系统强度和不同耦合阻抗下异常换相失败情况。通过3种典型故障水平下换流母线电压波形对比分析,并对故障后1个周期内B相电压进行傅里叶分析,得出3种故障水平下的直流分量及谐波情况,进而提出异常换相失败现象发生的根本原因是故障后电压波形中含有较大的直流分量与低次谐波。通过分析多种故障水平下直流分量、谐波含量以及电压幅值下降特点,提出电压和谐波畸变参考量,用于判断异常换相失败的严重程度。     

一种快速评估多馈入直流系统换相失败风险的方法

快速并准确地评估受端系统交流故障导致多馈入直流系统换相失败的风险,对于保障大电网的安全稳定运行具有重要意义。在多馈入交互作用因子(multi-infeed interaction factor,MIIF)定义的启发下,提出了交直流系统电压耦合作用因子(AC-DC voltage coupling factor,ADVCF)的概念,并基于节点阻抗矩阵推导出ADVCF的简便计算公式。通过最小熄弧角判断标准推导出临界交直流系统电压耦合作用因子(critical ac-dc voltage coupling factor,CADVCF)指标的通用表达式,基于CADVCF提出了一种快速评估多馈入直流系统换相失败风险的方法:受端系统某交流母线发生三相短路故障时,如果某回直流与该交流母线间的ADVCF大于CADVCF,则该回直流会发生换相失败。实际大电网的分析结果证明了所提评估方法的快速性和准确性。     

多馈入直流系统换流母线动态电压稳定性分析

直流输电系统中换流器运行时消耗大量的无功功率,致使逆变侧的电压稳定问题最为突出,若所联交流系统强度较弱,则电压稳定问题更为严重。近年来,国内直流输电系统陆续投产,直流系统间的相互作用使得多馈入直流系统的电压稳定性更为复杂,仅研究单条直流系统的电压稳定性已无法满足工程实际需求。以两馈入直流系统模型为例,研究换流母线补偿的无功大小、直流间耦合程度、以及多馈入短路比大小对多馈入直流系统换流母线电压稳定性的影响。NETOMAC仿真结果表明,在多馈入直流系统中,在一定范围内增大换流母线无功功率补偿、减小直流系统间电气距离、增大所联系统多馈入短路比均对动态电压稳定有利。     

单极闭锁引起直流健全极换相失败分析

推导建立了换相失败的数学模型,得出送、受端换流母线电压比值是引起换相失败的主要原因,单极闭锁后健全极存在换相失败的风险。分析了单极闭锁引起暂态过电压的影响因素,并推导出直流闭锁后的暂态过电压定量计算解析表达式,提出一种单极闭锁后考虑两侧换流母线电压的换相失败判据,并得出送端、受端短路容量与换相失败的关系。最后基于DIgSILENT仿真平台搭建±800 kV天中直流输电系统仿真模型,仿真结果验证了暂态过电压计算方法的正确性,同时证明了单极闭锁后健全极存在换相失败的风险。     

混合多馈入交直流混联系统中长期电压分级协调控制

随着高压直流输电的发展,柔性直流与常规直流接入同一或电气距离较近交流母线,形成混合多馈入交直流混联系统。为充分发挥柔性直流功率解耦及快速调节特性,减小常规直流换相失败概率,并保持交直流混联系统电压安全稳定,文中提出了一种混合多馈入交直流混联系统中长期电压分级协调控制方法。首先,对混合多馈入交直流系统进行建模,并分析柔性直流不同控制方式下控制量对交流母线电压灵敏度的求解方法。其次,构建两级协调电压控制,系统级控制以交流系统最低节点电压轨迹偏差和控制成本最小为目标;换流站级控制以保证常规直流馈入母线电压和换相裕度为目标。根据发电机无功裕度设计不同的控制方案,针对常规高压直流输电熄弧角和有功功率,避免其发生控制冲突,设计两级协调策略。最后,仿真结果表明所提控制方法能够明显提高交直流混联系统的中长期电压稳定性。     

混合多馈入直流系统换相失败免疫水平快速评估方法

针对目前混合多馈入直流输电系统(hybrid multiinfeed high voltage direct current,HMIDC)换相失败研究中采用仿真手段而导致计算量大的情况,提出了一种其换相失败免疫水平的快速评估方法。首先针对单馈入电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)系统,提出了计及直流系统一、二次参数影响的基于电压稳定因子(voltage stability indicator,VSI)的换相失败免疫水平快速评估方法,基于CIGRE Benchmark标准直流系统搭建了LCC-HVDC测试算例,仿真分析了所提方法的准确性和快速性;建立了HMIDC系统在LCC-HVDC换流母线处的双母线戴维南等值单馈入分析模型,然后定义了在对应LCC-HVDC换流母线处的等值单馈入电压稳定因子(equivalent voltage stability indicator,EVSI)。在分析换流器功率–电压特性和相角–电压特性的基础上,研究了EVSI的求取方法;最后提出了基于EVSI的HMIDC换相失败免疫水平快速评估方法,基于混合双馈入直流输电系统模型的仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于附加电流指令的抑制多馈入直流系统相继换相失败渐进恢复策略

多馈入直流系统结构复杂,各直流系统间相互耦合,一回直流系统换相失败故障可能导致邻近直流系统相继换相失败,造成区域性失电的重大事故。为有效抑制多馈入直流系统相继换相失败,实现各直流系统的有序恢复,提出了一种基于附加电流指令的渐进恢复策略。该策略将各直流换流母线电压有效值与额定值的差额作为系统无功裕度的衡量指标,并计算相应的附加电流指令。考虑到多馈入直流系统各直流系统强度不同,结合多馈入短路比对各直流系统的附加电流指令进行权重分配。最后通过与低压限流环节叠加得到整流侧电流给定值,实现多馈入直流系统的渐进恢复。在PSCAD/EMTDC上搭建测试系统,仿真结果验证了所提策略的有效性。     

考虑换相失败相互影响的多馈入高压直流系统换相失败判断方法

在多馈入高压直流系统(MIDC)中,逆变站换相失败的相互影响是引发换相失败传递的重要因素。该文详细分析逆变站换相失败期间的暂态特性,并根据开关函数模型及动态相量理论推导直流系统向交流系统注入的换相失败分量;进而研究在交流系统故障及换相失败双重影响下各逆变站换相电压的解析计算方法;在此基础上,通过对比各换流阀的最大换相面积与其关断所需的最小换相面积,提出针对多馈入高压直流系统的换相失败判断分析方法;最后,通过所建多馈入高压直流系统模型的仿真结果,验证了该文方法的有效性。     

多馈入直流输电系统换流母线电压稳定性评估模型和算法

根据多馈入直流输电MIDC(Multi-Infeed Direct Current)系统中的无功功率和电压之间的关系，提出了MIDC系统换流母线电压稳定性评估的模型和算法，提出了电压调节系数耦合度的概念，通过一个双馈入直流输电系统，分析了直流输电系统控制方式、短路比和MIDC系统中各子系统间电气距离对换流母线电压稳定性因子和电压调节系数耦合度的影响，并提出了提高MIDC系统换流母线电压稳定性的措施。     

2018年多直流馈入江苏规划电网连锁换相失败分析

针对2018年多直流馈入江苏规划电网,基于电力系统仿真程序PSD-BPA,研究了受端交流系统故障导致直流连锁换相失败及闭锁的问题,总结了多馈入交互作用因子以及节点电压交互作用因子在实际电网中的应用规律。由于江苏电网多回直流之间存在一定的相互耦合作用,当交流系统中主要线路发生故障后,会引起多条直流的连锁换相失败。此外,由于耦合程度的大小,相比于直流换流母线处发生故障,直流逆变站邻近交流母线故障后会造成更多直流的连锁换相失败。由于减轻多直流间交互作用的措施多数投资较大,江苏电网应在实际运行时给予这些交流母线故障更多的关注。     

基于EMTDC的多馈入直流输电系统仿真研究

针对多馈入直流系统中交直流系统间存在复杂的相互关系导致多个逆变站同时发生换相失败的现象,从换流母线电压引起换相失败的机理出发,以CIGRE HVDC标准模型为研究对象搭建了三馈入直流输电系统模型,通过大量的仿真试验总结了交流系统强度和系统间耦合阻抗对多馈入直流输电系统换相过程的影响;此外,对CIGRE模型进行了完善,设计了一套滤波元件,有效滤除了仿真过程中的谐波,提高了试验结果的精度。     

特高压直流分层接入方式下预防换相失败的优化措施

换相失败是晶闸管换流阀逆变器的常见故障,为提高直流系统抵御换相失败的能力,实际工程中直流控制保护系统基于换流母线电压提出了许多预防换相失败的算法,然而在直流分层接入方式下,常规预防换相失败的控制功能在某些工况下失效。该文建立特高压直流分层接入系统电磁暂态仿真模型,基于分层接入相互作用因子和换流母线谐波特性,研究预防换相失败的优化措施。提出高低端换流器预防换相失败的协调优化措施和基于滑窗离散傅里叶变换(discrete Fourier transformation,DFT)谐波电压检测的预防换相失败控制算法。研究结果表明:该方法能够在交流系统故障和变压器充电过程减小直流系统发生换相失败的几率。     

特高压直流输电接入江西电网动态电压稳定分析

以特高压直流输电线路接入江西电网为背景,基于江西电网规划数据,采用BPA作为分析软件,对江西省电网的动态电压稳定性进行分析.结合稳定曲线分析工具,依据动态电压稳定判据进行仿真计算,结果表明:江西电网系统内所有500kV(除赣高安、赣芦洲、赣新余外)及其以上电压等级交流线路发生三相短路故障,江西电网无需采取任何措施,江西省内枢纽母线动态电压稳定;赣高安、赣芦洲、赣新余分别发生三相短路故障后会引起赣换流母线电压失稳,采用直流功率调制措施后失稳现象消失;直流系统发生闭锁故障后,赣换流母线电压偏高,采取切除无功补偿措施,母线电压恢复正常.