Protection issues during system restoration

Power system blackouts are a very rare phenomenon in a well-planned interconnected power system. Nevertheless it is very important to have plans and systems in place to handle any eventuality even if it is remote. This report brings out various issues related to protection during a system restoration process. Power system protection is critical to a safe, efficient, and reliable power system. Protection engineers take every possible care to ensure that protection systems are designed considering all predictable eventualities and these constraints have grown over time. However, during system restoration, after a major blackout, it is possible for the protection elements to be presented with situations, which they can mistake for an unhealthy power system and the protection elements may operate. The prime concern during a power system blackout is to bring the system back to normalcy as fast as possible. At times, if proper care is not taken, the protection system can hinder and delay the restoration of the power system. This report discusses various such conditions that can occur during the blackstart of a power system and also suggests solutions to manage them without compromising the objectives of protection system i.e., to ensure a safe, efficient, and reliable power system.     

现代电力系统恢复控制研究综述

综述了现代电力系统恢复控制的任务、主要问题以及解决方法。从宏观角度将恢复控制划分为恢复计划和恢复培训、有功平衡与频率控制、无功平衡与电压控制和继电保护以及安全自动装置的配合4个主要问题。恢复计划的制定是一个复杂的优化问题,一般可离线预计划,并采用人工智能技术和最优化方法相结合,予以解决。对于有功平衡与频率控制问题,要考虑电源恢复和负荷恢复2个方面。电源恢复是一个动态规划问题,要求在满足各种约束条件下,使系统的发电量最大;而负荷恢复目前是研究热点,其要求和电源恢复同步进行,满足频率约束、网络约束并考虑社会经济效益。主要方法有遗传算法、蚁群算法以及一些近似算法。对于无功平衡与电压控制问题,综述了持续工频过电压、操作过电压和谐波过电压的产生原因、控制手段以及目前的预测和控制方法,主要包括基于灵敏度分析、概率统计以及神经网络的方法。最后,综述了系统恢复不同阶段中继电保护以及安全自动装置的配合的主要问题和处理方法。     

A multivariable new control solution for increased long lines voltage restoration stability during black startup

This paper deals with the stability problems which can determine failures of long lines voltage restoration maneuvers during black startup. Also of concern, a new control solution is shown, capable of facing the phenomena of voltage instability and self-excitation, which frequently occur in the alternator-line system. The paper presents a theoretical analysis, which reconstructs and justifies the described dynamic phenomena. It is mainly concerned with the influence of alternator and grid electrical parameters on the transient characteristics of the voltage restoration maneuver. It also describes the most significant results of a dynamic study, based on a simulation model of a generalized plant-grid system, suited to the purpose of the investigation. Specific corrective actions, to be essentially taken on the excitation control system, are furthermore outlined. In this context, the most effective solution is a multivariable control scheme, involving use of new underexcitation limits or, better yet, a superimposed centralized reactive power control. The objective is to reduce line energization extra-voltages, balancing the control efforts of all power plant units while stabilizing underexcitation operation of the generators, and preventing self-excitation wherever possible. Such a control feature could easily be implemented, in the Italian network, using the reactive power regulator (REPORT), currently widely employed for secondary voltage regulation (SVR) applications.     

四川电网黑启动恢复控制研究及试验(一)——指导原则及电压控制

根据四川电网的实际特点,从调度运行的角度对大电网黑启动的指导原则及电压问题进行了分析,指出在省级电网的黑启动过程中应该遵循化整为零、分片启动,先主后次、有序供电,由下到上、按级恢复,快稳兼顾、可靠扩展的原则有序地进行电力系统的重构.在实际黑启动试验及分布式线路模型的基础上对发电机定子过电压的机理进行分析,并得出发电机低励磁的动作值与线路长度的关系,此外还讨论了负荷恢复后的系统起始电压幅值与电机、线路参数、负荷类型的关系式.RTDS仿真结果及现场黑启动带一定空载长线运行时的实测电压数据验证了结论的正确性和有效性.     

基于自抗扰控制的四象限变流器过压抑制方法

动车组牵引变流器中间回路过压故障会加速支撑电容、IGBT等器件的老化,影响器件的使用寿命,严重时会导致IGBT器件击穿。为了减小负载突变对中间电压的冲击,本文提出了一种基于自抗扰控制的四象限过压抑制方法。首先,对单相四象限变流器进行数学建模,分析了负载突变对中间电压的影响及传统比例-积分（PI）控制器对于负载突变抑制能力不足的原因。然后采用自抗扰控制方法设计电压环,对系统总扰动进行实时估计并采取前馈补偿的方法,解决负载突变引起的过压问题。利用matlab/simulink软件对两种控制方法进行离线仿真对比,采用动车组牵引控制单元和dSPACE实时硬件系统进行两种控制方法的半实物硬件在环（HIL）实验验证工作。最后仿真和实验结果表明,自抗扰电压环控制器具有更强的鲁棒性,能有效地解决因负载突变导致的中间回路过压问题。     

换流站交流母线检修时的暂时过电压分析

我国常规直流工程的换流站交流母线广泛采用3/2断路器接线方式,运行期间可能会出现交流母线一条检修、另一条运行的状态,而对应的暂时过电压水平未作为换流站绝缘配合的设计依据,因此有必要对其进行校核,进而确定换流站无功大组所在间隔的暂时过电压水平是否会超过设备的耐受能力以及对应的限制措施。结合三峡电力外送直流输电工程的具体情况,利用电磁暂态仿真程序EMTDC,对换流站交流母线一条检修、另一条运行状态下无功大组所在间 隔的暂时过电压水平进行了仿真分析。分析结果表明,在这种工况下无需考虑限制暂时过电压的特殊措施,即可保证换流站的安全运行。该结论可作为电网运行部门安排换流站交流母线检修的依据。     

插电式混合动力汽车电驱动系统过压抑制最优控制

在复杂的行驶工况下,插电式混合动力汽车经常处于启停状态,大电流脉冲对汽车电驱动系统高压总线带来巨大冲击,造成高压总线峰值电压不断上升,从而极易造成车辆安全事故。针对插电式混合动力汽车电驱动系统高压总线过压问题,提出一种基于Bang-Bang控制策略来抑制高压总线上的峰值电压,在汽车电驱动系统过压保护装置的实验环境中验证采用的Bang Bang控制策略的准确性,实验结果表明,采用Bang-Bang控制策略能够有效地抑制高压总线过压,保证混合动力汽车的行驶安全。     

Steam plant startup and control in system restoration

The IEEE Working Group on Power System Restoration developed a panel session for the Summer Power Meeting on July 14, 1992 on Special Considerations in Power System Restoration. One of the contributions to this session is presented in this paper dealing with aspects of steam plant startup and control in scenarios of system restoration. The topics addressed include the complexity of a steam plant, the contrast between normal plant startups and shutdowns and those following major system blackouts including the effects of plant design, automatic controls, bypass valving and operator training     

四川电网黑启动恢复控制研究及试验(二)——频率、并网控制及二次设备配置

在四川某电网黑启动现场试验的基础上,对黑启动期间孤网系统的频率、并网控制及相应二次设备的调整进行了分析.在考虑发电机组一次调频及负荷频率调节效应的基础上,根据系统的运行方程推导出负荷恢复后的频率降落公式;同时,结合实际中二次设备的配置原则及保护动作原理对黑启动期间二次装置的适应性和电网的抗干扰性分别进行讨论,并从使其最有利于系统恢复的方面提出了相应的调整及配置原则.     

并联电容器分闸过电压过程研究

并联电容器广泛应用于电网的无功补偿,但由于并联电容器退出运行时产生操作过电压会损坏绝缘设备,影响电网的可靠运行。利用ATP/EMTP电力系统暂态仿真软件,建立单相重击穿和三相重击穿系统模型,模拟并联电容器过电压情况,并进行理论计算分析,得出重要结论,为并联电容器选型以及操作提供依据。     

电力系统负荷恢复控制协调优化策略

就黑启动最后阶段的负荷恢复问题,以全局恢复量最大为目标,计及负荷投载后系统暂态约束,构建了一种新的最优负荷恢复模型.通常依据发电侧调节能力增加一定的出力进行优化分配,缺乏对系统物理特性和运行工况的考虑,所增加量不一定是实际可恢复的最大量.提出在负荷侧求取最大可恢复量,同时将原动机响应特性用于算法初始化,提高寻优效率.所提方法对所有待恢复负荷进行编码,全局搜索,动态校验,能够协调系统暂态约束、可恢复负荷量与位置以及寻优速度三方面的要求,较好地解决了负荷恢复这一"技术-空间-时间"的多维问题.以IEEE-30节点测试系统为算例模型,验证了该方法的有效性.     

黑启动中考虑动态过程的负荷最优恢复

针对黑启动过程中的薄弱电网下如何最大限度地恢复负荷进行了研究.考虑到投入大量负荷后的系统过渡过程中电压、频率变化巨大,稳态潮流合格并不代表在暂态过程中的频率和电压一定合格,针对此动态阶段存在的潜在不确定性,将负荷恢复归结为包含大扰动动态过程的频率、电压、功角等约束的最优控制问题,利用自适应遗传算法对问题进行求解,在保持系统动态过程稳定的要求下,使总的负荷恢复量最大.算例求解结果表明了该算法在负荷恢复问题中的有效性.     

限制投切高压电动机产生过电压的试验研究

为降低发电厂真空开关投切大型电动机产生的过电压 ,采用三叉戟式避雷器及阻容吸收器 2种保护方式在蒲山电厂进行了真空开关投切碎煤机和给水泵的试验 ,试验结果表明 :阻容吸收器及三叉戟式避雷器均能有效限制操作过电压 ,阻容吸收法略优于三叉戟避雷器法 ;在采用了上述过电压保护后 ,其过电压最高可达 3.2倍相电压幅值 ,最大过电压出现在操作开关侧     

电力系统恢复控制的机组优化启动策略

现代电力系统恢复控制中的机组优化启动问题是一个复杂的多阶段决策优化问题.从全过程最优化的角度出发进行系统建模,以恢复过程中确定时间段内系统发电功率对时间的积分最大为优化目标,同时计及各种约束条件.通过将恢复过程按时间离散化,将此连续的全过程最优化问题分解为每一时步的优化计算,每一时步的优化问题构成一个典型的"背包"问题.采用经典回溯算法逐步求解每一时步中的"背包"问题,确定每一时步启动的机组,从而形成整个恢复过程的机组优化启动策略.求解方法较好地权衡了对所求解问题的快速性和正确性要求.以改进的15机系统为例进行测试,结果表明利用所提方法确定的机组恢复顺序可以获得比传统方法更好的恢复效果.     

Network switching and voltage evaluation during power system restoration

In this work, voltage evaluation after power components energization such as transmission line, transformer and shunt reactor is analyzed using artificial neural network (ANN)-based approach. Throughout the initial phase of system restoration, unexpected overvoltage may happen due to nonlinear interaction between the unloaded transformer and the transmission system. Such an overvoltage might damage some equipment and delay power system restoration. In the cases of transformer and shunt reactor energization, ANN is trained with the worst case scenario of switching angle and remanent flux which reduce the number of required simulations for training ANN. Moreover, for achieving good generalization capability for developed ANN, equivalent parameters of the network are used as ANN inputs. The simulated results for a partial of 39-bus New England test system show that the proposed technique can estimate the peak values and duration of overvoltages during network switching with good accuracy.     

一起过电压设备事故分析

通过大量的实地调研、试验和计算分析，对一起主要为传递过电压造成的设备事故，进行了定性和定量的研究和分析，提出了改进措施。     

特高压输电系统的过电压问题

介绍了国外特高压输电的发展现状,并着重阐述了目前国外特高压系统过电压存在的问题。针对内部过电压,分析了工频电压升高、潜供电流以及操作过电压所引起的问题,同时列出了各自可以采用的限制措施;针对防雷保护问题,分析了特高压输电线路的反击耐雷性能、绕击耐雷性能及绕击防护措施,并归纳比较了反击耐雷水平和绕击耐雷水平的计算方法。     

蚁群算法在配电网冷负荷恢复中的应用

配电网长时间停电后,负荷会失去多样性,引起冷负荷故障恢复问题。为防止变压器过热,通过隔离开关实现配电网负荷的逐步恢复。在电力市场新规则下,电力公司将会因为供电质量不符合要求,而受到严重的惩罚。该文的目标函数考虑了电力市场的影响,采用蚁群算法,选取最优的负荷恢复次序,实现对顾客的公平和供电公司的经济利益。实例计算表明该方法可行、有效。     

蚁群算法在配电网冷负荷恢复中的应用

配电网长时间停电后,负荷会失去多样性,引起冷负荷故障恢复问题.为防止变压器过热,通过隔离开关实现配电网负荷的逐步恢复.在电力市场新规则下,电力公司将会因为供电质量不符合要求,而受到严重的惩罚.该文的目标函数考虑了电力市场的影响,采用蚁群算法,选取最优的负荷恢复次序,实现对顾客的公平和供电公司的经济利益.实例计算表明该方法可行、有效.     

配网中MOA承受操作过电压的分析

通过数值计算分析和探讨了配网系统中 MOA可否承受操作过电压 ,研究表明 MOA在操作过电压下有一定承受能力 ,同时探讨了配网系统中相间过电压的 MOA保护问题 ,可供工程实践参考