多馈入直流输电系统换相失败影响因素的分析与仿真

多馈入直流输电系统的出现,在增加了运行方式的灵活性、扩大了输送容量的同时,也增加了系统结构的复杂性。换相失败是直流输电系统最常见的故障之一。在多馈入输电系统中,单个逆变站发生换相失败可能导致多个逆变站同时发生换相失败,严重影响整个系统的稳定运行。取电气距离和短路比为主要影响因素,分析其对于换相失败产生的影响;搭建三馈入直流输电系统模型,通过电力系统电磁暂态仿真程序PSCAD进行仿真研究,从而验证结论。     

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。     

多馈入直流输电系统谐波交互影响分析

多馈入直流输电系统中各换流站交流侧谐波存在交互影响现象。分别给出了多馈入直流输电系统中交流侧谐波吸收、谐波放大的定义,描述了其发生现象,提出了基于谐波阻抗分析方法的双馈入直流输电系统谐波交互影响分析模型,揭示了谐波交互影响的机理。以华东电网为例,利用EMTDC电磁暂态仿真软件,建立多馈入直流输电系统模型。通过各条直流输电工程交流滤波器组合投切、交流侧故障的仿真以及实际录波数据分析,验证了谐波交互影响现象和其发生机理,并分析比较了非特征谐波、特征谐波放大倍数的差异。对各换流站交流侧谐波自阻抗进行了扫描分析,结果表明两换流站交流侧等效谐波自阻抗幅值差值较大或相位差值较大是发生明显谐波吸收、放大现象的必要条件。     

上海电网中多个换流站之间相互作用的仿真研究

对于多馈入直流输电系统,交流系统的某一故障引起多个逆变站交流母线电压同时下降,可能会导致多个逆变站同时发生换相失败。以葛洲坝—南桥、三峡—华新直流输电系统与上海2010年规划电网为研究对象,通过暂态仿真,研究了两条直流输电系统的相互作用所引起的换相失败以及故障条件下直流输电系统的暂态特性。结果表明两个换流站之间有较强的耦合作用,当一个站由于交流系统短路故障发生换相失败时往往导致另一个换流站也出现换相失败。500 kV系统故障对两个换流站的影响更大。     

基于最大调制比的LCC-MMC混合直流交流侧故障控制策略

对现有常规直流工程进行逆变站柔性化改造,是解决多馈入直流输电系统潜在级联换相失败问题的一个有效方案,改造后的混合直流系统整流站沿用电网换相换流器,逆变站新建模块化多电平换流器。首先对电网换相换流器和模块化多电平换流器(LCC-MMC)混合直流系统的拓扑结构、基本控制方法以及整流站交流侧故障时功率骤降问题进行了阐述。然后,针对上述问题,提出了基于最大调制比的交流侧故障控制策略,在整流站交流侧故障时,该策略能够通过调节逆变站模块化多电平换流器的调制比,维持直流电流的恒定,降低混合直流系统传输有功功率的跌落幅度,从而减小传输功率骤降对逆变站交流系统的冲击。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了混合直流输电系统的仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。     

多馈入直流输电系统谐波相互影响的研究

首先给出了交流系统各主要元件谐波频率下的数学模型,利用Ward多端等值法推导出多馈入直流输电系统各直流接入点在谐波频率下的节点导纳矩阵,进而可以得到各直流接入点的谐波电压。对上海电网500k V电压等级电网进行了等值并通过计算得到不同运行方式下各直流接入点的电压总谐波畸变率的范围,经分析可知上海地区多馈入直流输电系统谐波相互影响很小,各直流接入点电压的畸变主要受自身直流线路谐波的影响。     

整流站与逆变站临近的多直流落点系统的短路比研究

多馈入短路比是研究多馈入直流系统的重要参考指标,以往的研究大多仅考虑送端或仅考虑受端,对于整流站与逆变站临近的多直流系统,传统的多馈入短路比已无法正确描述其运行特性。本文在原有研究基础上,通过理论分析深入研究了整流站与逆变站临近的多直流落点系统短路比以及电气距离对它的影响,给出了整流站与逆变站临近的多直流落点系统短路比的变化规律。基于CIGRE模型建立了两条整流站与逆变站临近的直流输电模型,通过仿真分析验证了其有效性。     

多馈入直流输电系统中换相失败问题研究综述

换相失败是直流输电系统最常见的故障之一。对于多馈入直流输电系统而言,交直流系统之间的相互作用更为复杂,单个逆变站的换相失败可能引发几个逆变站相继发生换相失败,甚至导致直流功率传输的中断,影响整个交直流系统的稳定运行。文章详细分析了目前国内外多馈入直流输电系统换相失败问题的研究现状,从换相失败的机理、影响因素和判断依据出发,对近年来针对换相失败提出的预防措施和控制策略及其应用情况进行探讨,并指出准确反映换相过程的交直流系统模型的建立、多馈入直流输电系统换相失败的机理分析及其有效的控制措施和恢复策略的制定、以及换相失败的谐波影响等是今后研究的主要问题。     

基于MATLAB/Simulink的多馈入直流系统仿真研究

随着高压直流输电系统的发展,多馈入直流系统逐步形成。对于多馈入直流系统,不止一个换流器联接到同一个交流母线,或者联接的交流母线非常接近。要准确地对多馈入直流系统的谐波特性进行分析,需要建立一个准确完善的稳态模型。采用Simulink建立了多馈入直流系统的仿真模型,并通过该模型对多馈入直流系统交、直流侧的谐波特性进行了分析。仿真结果表明,该仿真模型能够准确、直观地对多馈入直流系统的谐波特性进行分析。     

多馈入系统直流间耦合程度量化表征方法

目前多回超/特高压直流馈入华东电网,交直流系统之间交互作用及耦合复杂。为了量化表征多馈入直流间耦合程度,提出了多馈入直流系统的交流电压畸变耦合系数。通过计算一回直流内部故障引起其余直流逆变站换流母线交流电压的畸变程度,得到多直流间耦合系数。该耦合系数包含了直流输送容量对交流系统的影响、不同技术路线直流控制系统内部控制环节响应特性差异以及直流逆变站之间交流电网的阻抗特性等因素的综合评估。利用耦合系数提出耦合区域的概念,可用于评估多回直流同时换相失败的风险。以华东电网多馈入系统为例进行了仿真验证,结果表明所提出的耦合系数以及耦合区域表征形态与实际运行中的情况基本相符,该系数能为直流的规划和运行提供重要的技术参考。     

多馈入直流交互作用因子在换相失败研究中的应用

换相失败是直流输电的常见故障之一,单馈入直流输电系统换相失败的机理和控制策略已比较明确。但对于多馈入交直流混合输电系统,哪些故障可能引起多个换流站同时或相继换相失败甚至导致直流闭锁,是否会引起暂态失稳,还缺乏有效的研究手段。介绍了CIGRE工作组提出的多馈入直流系统交互作用评价指标——多馈入交互影响因子;探讨了该指标与多馈入直流换相失败的联系:给出了MIIF与换相失败工程判据-最小电压降落法的联系;通过仿真分析了该指标对多馈入直流系统换相失败风险评估的有效性以及与逆变站间电气距离、直流传输功率之间的关系。     

多馈入直流交互作用因子在换相失败研究中的应用

换相失败是直流输电的常见故障之一,单馈入直流输电系统换相失败的机理和控制策略已比较明确.但对于多馈入交直流混合输电系统,哪些故障可能引起多个换流站同时或相继换相失败甚至导致直流闭锁,是否会引起暂态失稳,还缺乏有效的研究手段.介绍了CIGRE工作组提出的多馈入直流系统交互作用评价指标--多馈入交互影响因子;探讨了该指标与多馈入直流换相失败的联系:给出了MIIF与换相失败工程判据-最小电压降落法的联系;通过仿真分析了该指标对多馈入直流系统换相失败风险评估的有效性以及与逆变站间电气距离、直流传输功率之间的关系.     

改善多直流馈入系统稳定性的VDCOL参数优化

我国华东、华南等电网已形成多直流馈入受端电网格局,由于直流间强关联耦合作用,交流扰动将引发多直流同时换相失败、电压失稳等问题。该文首先分析了双馈入直流系统逆变站动态无功变化轨迹,揭示了通过优化低压限流环节(voltage dependent current order limiter,VDCOL)参数,实现降低总体无功功率需求的机理。根据换流母线抗扰动能力强弱对直流恢复特性的影响,提出了基于多馈入短路比(multi-infeed short circuit ratio,MSCR)的VDCOL参数优化方案,华东多直流馈入系统仿真结果表明,所提出的VDCOL参数优化方案降低了逆变站总体无功功率需求,提高了受端电网电压稳定性。     

直流输电系统动态无功需求及其功率恢复特性分析与建模研究

本文针对交流电网不同的运行方式和故障情况下的直流系统动态无功需求及功率恢复特性展开研究。以CIGRE直流输电标准测试系统和某实际直流工程系统为对象,研究交流电网支撑能力改变和不同的故障严重程度下直流系统逆变侧换流器功率变化的规律,并搭建简单的多馈入直流系统,分析在多馈入情况下直流功率的特性;总结了各变化规律中的特征点及其出现时间,建立直流系统逆变侧换流器功率恢复时间特性模型;最后将直流功率恢复时间特性模型应用于机电暂态仿真,代替详细直流模型,并将仿真结果与电磁暂态仿真结果对比,验证了其可行性。     

基于PSCAD/EMTDC的MIDC输电系统换相失败的仿真研究

针对使用一个简单的导纳元件来反映多馈入(MIDC)输电系统间的动态响应的不足,首次提出采用一种输电线路模型来模拟MIDC系统中多个逆变站间的耦合关系.在CIGRE HVDC标准测试系统模型的基础上建立了3馈入直流输电系统模型,并在EMTDC电磁暂态环境下,仿真分析了MIDC系统逆变侧交流系统强度、子系统间的电气距离等对弱耦合临界阻抗的影响,得出了MIDC系统多个逆变站同时换相失败的一般规律.     

多馈入直流输电系统故障对上海电网暂态稳定性影响的仿真研究

未来多个直流输电系统落点于上海地区,将构成多馈入直流输电系统.以2010年上海电网规划数据以及届时落点于上海电网的葛洲坝-南桥、三峡-上海华新2条直流输电系统为仿真研究对象,主要研究了当直流输电系统出现故障时对上海电网的暂态稳定带来的影响.仿真结果表明:当南桥、华新换流站发生直流输电单双极闭锁以及交、直流侧短路故障时,不会给系统带来稳定问题.     

多馈入直流系统中逆变站滤波器投切对谐波电流的影响

基于大型电力系统分析软件NETOMAC,提出了机电暂态和电磁暂态混合时域仿真法。该方法主要研究南方电网2008年多馈入直流系统各个逆变站由于滤波器投切产生的谐波电流的交互影响。对时域仿真得到的谐波电流进行傅里叶变换,仿真和分析结果表明某逆变站退出或投入任意类型的一组交流滤波器会使逆变站流入交流母线的对应谐波电流增大或减小,多个换流站的不同类型滤波器进行组合投切时,不同逆变站之间由于电气距离较近所产生的谐波交互影响可能造成投切效果和预期不同、甚至相反。     

基于谐波电压补偿的混合直流连续换相失败抑制策略

针对混合直流发生连续换相失败的现象,首先对直流换相过程和连续换相失败进行了分析,确定了该试验工况下谐波是直流在故障恢复期间发生连续换相失败的原因之一。接着基于含模块化多电平柔性直流输电(MMC-HVDC)的多馈入直流输电系统仿真模型,提出抑制直流连续换相失败的策略,通过对多条常规高压直流输电(LCC-HVDC)恢复期间逆变侧换流母线谐波电压的检测,在MMC-HVDC逆变侧的无功功率控制环节附加上谐波电压补偿分量,可提高恢复期间MMC-HVDC对交流系统的无功功率支撑,减少谐波的影响,从而抑制连续换相失败的发生。最后基于PSCAD/EMTDC平台仿真验证了该换相失败抑制策略的有效性。     

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。     

多馈入直流输电系统换相失败边界条件

在多馈入直流输电系统中,交流故障引发多回直流系统同时换相失败甚至闭锁的可能性较高。因此,探究逆变侧交流节点间电压交互作用机理并揭示换相失败的边界条件具有重要意义。首先,阐述直流系统逆变侧功率特性,借助受端交流电网的稳态潮流分析推导出多馈入交互作用因子的解析表达式;然后,分析换流器极限关断角和故障后直流电流的变化情况,推导出同时换相失败交互因子,并用该因子表征同时换相失败的边界条件;最后,通过仿真证明了所提多馈入交互作用因子解析计算方法的准确性以及同时换相失败边界条件的有效性。