交直流电力信息物理系统连锁故障演化模型及风险评估

为了更准确地对交直流电力信息物理系统(CPPS)连锁故障进行仿真,提出考虑多时间尺度和控制措施时间特性的交直流CPPS连锁故障演化模型.首先,建立3种时间尺度过程下的模型,短时间尺度过程考虑直流换相失败引起的直流闭锁、暂态稳定判断及控制、交流线路严重过载、信息传输;长时间尺度过程考虑一般过载及其控制、重载线路跳闸;极长...     

交直流系统连锁故障模型及停电风险分析

随着越来越多的直流输电线路投运,交直流系统连锁故障的研究变得非常迫切。提出了一种基于改进OPA模型的交直流系统连锁故障模型。该模型考虑100Hz谐波保护等直流系统保护装置,模拟了交直流系统的调度环节,可分析交直流系统之间的故障传播过程以及直流系统可控性对停电风险的影响。该模型使用直流系统的等效导纳参数计算短路电压,避免了详细的时域仿真,提高了计算效率。对IEEE 30节点和河南电网系统进行了仿真。结果表明,在没有远距离输电的情况下,纯直流和交直流互联系统的停电风险高于纯交流互联方式的系统。但由于直流系统具有良好的调节能力,纯直流互联方式系统的停电风险在调度环节的恰当作用下可以显著降低。     

基于深度学习直流闭锁判断的高风险连锁故障快速搜索

大容量直流输电系统的快速发展及多馈入直流系统的出现,增加了系统发生连锁故障的风险。建立了基于深度学习的直流闭锁快速判断模型,提出一种高风险连锁故障快速搜索方法。直流闭锁快速判断模型以网络结构和故障位置相关的稳态特征量作为输入,利用堆叠降噪自动编码器(SDAE)提取输入的高阶特征,可以快速判断交流故障是否导致直流闭锁。根据交流故障后正常线路的负载率情况衡量该故障的影响程度,进而得到线路停运风险;搜索过程中采用深度优先策略,以高停运风险为搜索方向,优先获取故障概率较高的交直流连锁故障。实际电网仿真结果表明,所提方法能够快速给出高风险交直流连锁故障的传播路径和故障概率,可用于在线安全预警和防控决策。     

考虑多时间尺度的连锁故障演化和风险评估模型

现有连锁故障演化模型忽略了连锁故障中的动态过程,未能充分考虑连锁故障中不同物理现象和对策的时间特性。在此背景下,提出一种基于多时间尺度的连锁故障演化模型。该模型根据连锁故障过程中不同物理现象和对策的时间特性,将连锁故障划分为3种时间尺度过程。同时根据不同时间尺度过程的时间范围和特点,建立相应的仿真模型,并采用3层计算结构来处理3种时间尺度过程的关系,建立连锁故障演化模型。其次,基于风险理论,对得到的连锁故障演化路径及其故障环节进行风险评估。最后以IEEE 39节点系统为例进行仿真计算,分析了连锁故障演化特点和风险变化,以及连锁故障中控制措施对连锁故障风险的影响。     

基于BPA的交直流系统稳定性仿真研究

随着我国电力系统的发展,直流输电的大力建设,交直流混合系统的稳定性问题正在逐渐凸现其研究的重要性.在交直流系统中,当交流系统或直流线路发生故障时,对整个混合系统的影响正是迫切需要加以研究的问题.为此通过BPA电力系统分析软件建立了一个交直流混合输电系统模型,在不同的交、直流故障下进行了系统的暂态稳定仿真.通过对仿真结果的分析,得出了直流输电线路不同故障对系统稳定性的严重程度.通过仿真结果表明直流闭锁时快速切机是保持系统稳定的有效方法,以及切机数值大小对系统频率的关系.     

交直流交叉跨越碰线故障分析及处理策略

电网交直流系统混联运行中交流/直流线路交叉跨越现象较为常见,较容易出现交直流线路碰线故障。文中从目前国家电网和南方电网直流输电工程针对交直流碰线故障的两种不同处理方法出发,分析其中隐藏的问题。故障无法切除的情况下南网工程采用的闭锁策略出现闭锁后直流过电压;国网工程采用的闭锁再启动逻辑策略实际上不起作用。在分析交直流碰线故障特征的基础上,提出交直流碰线故障由交流线路保护系统切除故障、直流输电控制保护系统报警的处理策略建议。问题分析及所建议处理策略均采用EMTDC仿真予以佐证,还仿真了不同闭锁策略和多线路同时碰线的情形。     

基于限流电感电压的多端交直流混合配电网直流故障检测方案

直流故障的快速准确检测是多端交直流混合配电网亟需发展的关键技术之一。直流故障电流上升速度快、故障影响范围广,传统的交流故障检测方法不再适用于直流故障。该文提出一种基于直流线路限流电感电压变化率的多端交直流混合配电网直流故障快速检测方案。首先,详细分析了多端交直流混合配电网的直流故障特性,在此基础上,提出了利用直流线路单端限流电感电压变化率检测直流故障的方法。接着,设计了完整的识别故障线路、判断故障类型和故障极的故障检测方案,并研究了相应的阈值选取方法。最后,通过MATLAB仿真平台对所提故障检测方案进行了仿真验证,仿真结果表明所提方法不受过渡电阻、故障距离、以及换流站功率反转的影响,能够在故障后迅速确定故障线路、故障类型以及故障极,实现直流故障的快速准确检测,为多端交直流混合配电网保护系统的设计奠定了基础。     

直流输电对交直流互联系统自组织临界性的影响分析

提出了一种考虑紧急控制保护装置及直流系统概率动作特性的连锁故障动态仿真模型,应用该模型对2010年华东电网实际系统进行了动态仿真。在不同的直流运行方式、直流控制参数、交直流互联方式、交直流传输容量分配条件下,计算了系统的停电功率—停电概率幂律曲线,分析了直流输电对系统自组织临界性的影响。结果表明,在某些系统中选取合适的直流输电模式可以减小连锁故障及大停电的发生概率。     

DC Transmission Impact Analysis on AC/DC Interconnected System Self-organized Criticality

提出了一种考虑紧急控制保护装置及直流系统概率动作特性的连锁故障动态仿真模型,应用该模型对2010年华东电网实际系统进行了动态仿真。在不同的直流运行方式、直流控制参数、交直流互联方式、交直流传输容量分配条件下,计算了系统的停电功率一停电概率幂律曲线,分析了直流输电对系统自组织临界性的影响。结果表明,在某些系统中选取合适的直流输电模式可以减小连锁故障及大停电的发生概率。     

交直流电网连锁故障研究现状与展望

综述了国内外对连锁故障机理和连锁故障模型的研究现状,分析了高压直流输电系统接入传统电网所带来的影响,讨论了已有连锁故障机理和模型在交直流电网的适用性以及存在的问题。在此基础上,从深入探索交直流电网连锁故障机理、建立更符合交直流电网实际的连锁故障模型、搭建精确高效的连锁故障仿真平台和制定交直流电网连锁故障预防策略4个方面展望了未来研究方向。     

高压直流输电系统基频保护分析

对于远距离、大容量、交直流并联运行电网,交直流控制保护的配合对电网的安全稳定有着重要的影响。直流基频和二次谐波保护是交直流系统间相互配合的基本保护功能。利用EMTDC仿真软件和实时数字仿真(RTDS)对交直流混合运行电网中直流系统50 Hz和100 Hz保护整定原则进行了深入研究,提出了与交流系统故障清除时间和直流主设备承受能力相配合的100 Hz保护整定原则。     

交直流混联系统连锁故障搜索模型及故障关联分析

随着大规模直流输电系统的相继投运,交直流耦合问题突出,连锁故障的风险加剧。首先,针对交直流混联系统建立了一种用于故障快速筛选的事故链搜索模型。该模型包括交流侧故障搜索模型和直流故障判断环节两部分:前者计及了支路对直流运行的影响度和结构重要度,并形成停运概率初筛后风险优先的搜索策略;后者将交流系统中短路故障开断和无故障跳闸开断区分开,分别考虑与直流系统的关联情况。其次,提出了一种考虑项序和事务权重的Apriori算法进行故障关联分析,筛选出威胁系统安全的强关联规则。仿真结果表明,所提方法能高效搜索出直流退出运行的故障演化路径,并有效识别危及系统安全的强关联规则。     

南方电网连锁故障大扰动及应对措施

南方电网大容量、远距离、交直流并联送电,结构性稳定问题十分突出。基于南方电网的特点和运行经验,分析了南方电网目前主要面临的4类连锁故障风险:特高压、高压直流双极闭锁扰动引发的连锁故障风险,极端天气导致的多重线路故障风险,主设备故障叠加继电保护隐性障碍引发的多元件跳闸风险和低频振荡引发的连锁故障风险;提出了三道防线协同配合防御策略,以及在线安全稳定控制技术、基于WAMS的稳定控制技术、RTDS大规模电网仿真技术和直流孤岛运行技术等新技术研发方向。     

计及线路动态电热特性的交直流混联电网过载控制策略

交直流混联电网中大容量直流闭锁或交流线路因故障切除会引发潮流大幅度转移,增加电网连锁故障风险,需及时采取安全控制措施阻断事故的扩大。为此提出一种交直流混联电网过载控制策略,该策略充分挖掘输电线路耐受过负荷的能力,引入导线动态电热特征量作为线路安全约束,协调健全直流输送功率调节、机组有功调整以及切负荷等多种手段,实现与时间关联的潮流动态优化控制。控制模型以总控制代价最小为目标函数,经过变量的优化筛选在较短时间内得到安全且经济的过载控制方案,可有效地避免混联电网连锁跳闸事故发生。最后,基于改进的IEEE39节点交直流混联系统,与采取不同线路安全约束条件、不同优化变量的控制方法相对比,验证了所提过载控制策略的有效性及优越性。     

基于交直流保护协同配合的交直流碰线保护新方案

交直流混联电网迅速发展,交直流碰线故障成为其特有故障类型。以不同类型交直流碰线故障为研究对象,着眼于故障隔离至线路重合/重启全过程,揭示了现有交直流两系统相关保护出口动作逻辑存在的不足及风险,并进一步提出在交流侧设计并新增交直流碰线保护方案的新思路,通过构造一种可以反映直流系统等值阻抗相角特性的保护算法,实现交直流碰线故障识别。基于此,通过优化交流侧新增的交直流碰线保护和直流侧已配置的交直流碰线保护间的动作时序和逻辑配合关系,实现了交直流碰线故障下直流系统的自适应重启,避免了交流侧重合于永久性故障场景下直流线路首末端发生工频过电压的风险。在PSCAD/EMTDC平台中搭建交直流碰线故障的仿真模型并进行大量仿真实验,仿真结果验证了所提交直流碰线保护新方案的可行性。     

基于调相机与SVC协调的抑制高压直流送端风机脱网的控制策略

在大规模风电接入的高压直流送端电网中,针对发生直流故障后送端交流电压大幅波动导致的风机连锁脱网问题,探讨了直流故障导致风机连锁脱网的内在机理,分析了调相机和静止无功补偿器(SVC)在换相失败和闭锁过程中的动态无功响应特性;在此基础上,提出一种基于换流站侧调相机与风电场侧SVC协调的抑制高压直流送端风机脱网的控制策略:在换相失败和直流闭锁的不同时期,根据送端电压变化特点,分时发挥调相机自发无功响应能力、励磁控制能力和SVC无功调节能力,以抑制暂态压降或暂态压升的幅度超过风机脱网的保护阈值.最后,通过对测试系统和实际电网的仿真,验证了所提控制策略可有效抑制直流故障后送端暂态电压变化,降低风机连锁脱网的风险.     

基于动态相量理论的高压直流系统换相失败暂态特性

在交直流互联电网中,受端交流电网故障很有可能会引发直流系统换相失败。基于动态相量理论和开关函数方法,建立换相失败下直流系统注入交流电网的等值工频电流的模型。结合直流系统换相过程的机理,分别分析了临界换相失败、轻微换相失败、较严重换相失败和严重换相失败这4种典型换相失败场景下的换流桥电流开关函数表达式,以及相应的故障等值工频电流的暂态特性,通过分析表明该等值工频电流的暂态特性有别于纯交流系统。最后,利用国际大电网会议的高压直流输电标准化测试系统,验证了理论分析的正确性。     

考虑多直流协调恢复的换相失败预测控制启动值优化方法

换相失败预测控制环节在降低换相失败概率和连续换相失败风险的同时,往往需要交流系统提供更强的无功支撑,进而对直流自身及其他直流的换相失败特性和恢复特性产生影响。首先分析了直流恢复能力及其恢复过程中多馈入直流的无功支撑耦合影响,综合考虑直流近区动态无功补偿设备的支撑能力,提出一种考虑多馈入直流交互作用的直流换相失败预测环节启动门槛值优化方法,以实现多回直流的协调恢复,降低直流发生连续换相失败风险和直流换相失败对电网的功率冲击。基于实际多馈入直流电网的仿真算例验证了所提方法的有效性。