换相失败引起的送端电网暂态过电压抑制措施研究

针对高压直流输电及特高压直流输电过程中暴露出来的直流换相失败引起的送端、弱送端电网暂态过电压问题,提出了3种暂态过电压抑制方案。首先基于灵州-绍兴±800 kV特高压直流工程在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建模型,然后将换流母线电压波动过程分3个阶段分析换相失败引起送端电网暂态过电压机理,最后提出3类抑制暂态过电压方案并对其有效性进行仿真验证,推荐出最具实用价值的方案。     

换相失败及恢复过程中整流器消耗无功功率主导因素分析及暂态过电压抑制

针对换相失败及恢复过程中影响整流器消耗无功功率的主导因素不明及暂态过电压问题,基于交直流无功交互耦合机理,建立整流器无功消耗量与直流电气量的数学模型,得出在换相失败及恢复期间直流电流的变化对整流器消耗无功功率起主导作用的结论,而直流电压的影响较小且可被忽略。建立直流电流为主导因素的整流侧换流母线电压计算公式,以不超过送端交流系统耐受暂态过电压能力为目标,推导建立了换相失败及恢复过程中整流侧直流电流指令值表达式,提出抑制换相失败恢复过程中暂态过电压的直流控制策略。基于PSCAD/EMTDC平台中的CIGRE标准模型搭建测试系统,验证了不同故障电抗和不同故障持续时间下理论分析的正确性及暂态过电压抑制的有效性。     

特高压直流换相失败对送端电网风机暂态无功特性的影响分析

特高压直流输电是风力发电远距离输送的有效方式,得到了大量的研究和实际应用。换相失败故障作为常见的直流输电故障,导致风电大规模接入的送端电网中产生了电压幅值非阶跃变化、先低穿后高穿的电压故障特性。为了分析换相失败故障下送端电网特性,需要准确获得换相失败故障下风电系统的暂态无功响应特性。该文针对直驱风电系统和双馈风电系统,将电网故障下风电系统暂态响应分解为故障发生前稳态、电网电压变化状态、变流器输出电压变化状态等3个状态分别建模,得到了考虑不同电网电压故障状态和变流器控制参数等因素的风电系统无功响应模型,仿真结果对数学模型正确性进行了验证。此外,根据换相失败故障下送端电网电压波形,利用所建立数学模型分析了风电系统控制参数对输出无功特性的影响规律。     

换相失败引起送端电网过电压的定量计算及影响因素

换相失败是传统高压直流输电系统最常见的事件之一。在直流发生换相失败的过程中,直流电压、电流、功率发生剧烈变化对送端电网电压产生冲击。相关研究缺乏直流系统换相失败引起送端电网暂态过电压的定量分析。针对此问题,在直流送端系统等值模型的基础上,考虑换相失败过程中换流器消耗无功功率暂态变化特性,推导了换相失败引起的送端电网过电压的计算公式,从而定量分析了送端电网暂态过电压及其影响因素。结果表明,换相失败引起的暂态过电压与送端交流系统强度、直流稳态传输功率有关。最后,以实际高压直流输电工程为基础,基于Hypersim的高压直流数字物理混合仿真验证了所提方法的准确性和有效性。     

多端直流换相失败对送端影响的PSASP实例仿真

研究了机电暂态程序PSASP的换相失败仿真方法,分析了2012年8月8日上海的多条直流逆变站连续换相失败对送端华中电网的影响。该仿真方法可以在故障起因和受端网架结构未知的情况下,利用WAMS录波数据在送端换流母线设置冲击负荷,模拟直流功率的波动,再现逆变侧换相失败对整流侧的扰动。实例仿真的结果验证了该方案的有效性。     

一种抑制传统直流输电连续换相失败的虚拟电阻电流限制控制方法

为减小直流输电系统发生连续换相失败的概率,分析了其换相机理,然后结合直流输电系统的低压限流控制(voltage dependent current order limiter,VDCOL),提出了一种可抑制传统直流输电连续换相失败的虚拟电阻电流限制控制方法。通过理论分析,基于虚拟电阻的电流限制控制器可体现故障期间和系统恢复过程中直流电流的动态特性,具有良好的反应灵敏性。基于CIGRE标准测试模型,在PSCAD/EMTDC中实现了所提出的控制方法。仿真结果表明,所提出的虚拟电阻电流限制控制器可以在一定程度上抑制单相故障和三相故障情况下HVDC系统的连续换相失败,因此可以改善其故障恢复特性。     

抑制HVDC换相失败送端过电压的参数优化

为抑制高压直流输电系统换相失败引起的送端暂态过电压,提出一种基于蜻蜓算法的直流控制环节参数优化。首先分析换相失败后系统主要参数变化,整流站与系统交换无功和送端母线电压密切相关;其次结合时域仿真模型,以整流站与系统交换无功功率最小为目标,基于加入飞行表达式的蜻蜓算法对整流侧电流控制（CCA）和低压限流控制（VDCOL）环节的控制参数进行智能优化;然后将蜻蜓算法与灰狼算法、多元宇宙优化算法对比;最后在MATLAB/Simulink仿真环境中进行验证,仿真结果表明,蜻蜓算法优化后的控制参数能更好地抑制暂态压升,且降低幅值优于灰狼算法和多元宇宙优化算法。     

基于DFIG无功优化控制的直流换相失败暂态过电压抑制

当高压直流系统发生换相失败时,送端电网电压呈现“先低后高”连续变化的特征,风电机组动态控制不佳,严重时会造成脱网。为克服传统国标控制策略未考虑电压连续变化特征下的控制“空白区”问题,揭示了换相失败暂态过电压的形成机理并分析了其暂态形态特性;在传统国标控制策略的基础上,引入无功电流系数细化电流指令并利用转子侧换流器进行优先分配,确定了基于双馈感应发电机(DFIG)无功优化的故障穿越控制策略。基于MATLAB/Simulink仿真平台对所提控制策略进行验证。结果表明相较于传统国标控制策略,所提控制策略能够进一步抑制换相失败恢复阶段的暂态过电压现象。     

抑制换相失败期间送端电网过电压的控制策略研究

在受端交流系统发生故障时,基于电网换相换流器的直流输电系统存在换相失败的问题,这会导致直流输送功率中断,送端无功功率过剩将造成送端交流电网过电压,可能会造成风机等新能源设备脱网。因此,提出了一种抑制换相失败期间送端过电压的控制策略,在发生换相失败时快速投入逆变侧旁通对,并根据交流滤波器总输出无功功率计算出故障期间低压限流控制特性(VDCOL)的直流电流指令值。该策略可使直流系统在有功功率中断的运行模式下,保证送端换流阀能够正常换相并维持一定的直流电流,从而避免发生送端交流电网过电压的问题。仿真结果验证了该控制策略的有效性,在不同短路比的强、弱交流系统中均可适用。     

基于图卷积神经网络的直流送端系统暂态过电压评估

随着新能源接入电力系统并通过直流送出,送端系统的暂态过电压问题逐渐突出。因此,为快速准确估计送端系统在直流闭锁、换相失败等预想扰动场景下各直流近区节点暂态过电压严重度,提出一种基于图卷积神经网络(graph convolutional network, GCN)的直流送端系统暂态过电压评估模型。该模型以电网发生直流故障前的潮流状态参数与网络拓扑作为输入特征,可以同时预估电网多个关键节点(如风电场汇集节点)的暂态过电压严重度。利用含跨区直流异步互联的两区域系统进行算例分析,验证该模型可以适应多种网架拓扑结构、不同新能源发电占比等差异化电网运行方式,具有较强的泛化能力。同时,所提模型揭示了对过电压严重度影响最大的关键因素,具有一定的可解释性,可为暂态过电压的预防控制提供有效指导。     

换相失败下STATCOM助增暂态过电压机理与优化策略

随着新能源发电的大规模接入,交直流输电系统“强直弱交”特点日益突出。当直流输电系统发生换相失败时,弱送端系统会产生暂态过电压。静止同步补偿器(static synchronous compensator, STATCOM)响应电网电压的变化时,其控制环节的滞后性会导致STATCOM对暂态过电压产生助增作用。针对该现象,文章首先分析了换相失败下弱送端系统暂态过电压的产生机理,接着通过分析频率响应特性,对STATCOM响应滞后时间给出了理论推导,最后针对STATCOM响应滞后特性提出了一种基于阻尼投切的优化策略,以抑制STATCOM对过电压的助增作用,并通过仿真验证了优化策略的有效性。     

换相失败引发送端混合级联直流系统换流母线暂态电压波动机理及抑制策略

与电网换相高压直流输电(line commutated converter HVDC, LCC-HVDC)相比,送端混合级联直流系统具有灵活性高、弱网适应性强等优势,但其换相失败后交流系统暂态电压波动机理尚不明晰。为此,首先建立了暂态电压与系统强度、功率不平衡量之间的定量关系。考虑有功、无功不平衡量对暂态电压的影响,推导了暂态电压变化率表达式。明确了换相失败及其恢复期间换流母线暂态电压特性。其次,为抑制换流母线暂态过电压,推导了LCC直流电流指令值与模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)无功指令值表达式,提出了基于多换流器的协同抑制策略。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建仿真模型,验证了机理分析的正确性及抑制策略的有效性。     

混联式直流电网的协调控制策略

为解决传统电网换相高压直流输电与电压源换流器高压直流输电在直流电网中的混联问题,针对一种新型的混联直流输电系统进行了研究。该系统是整流侧采用模块化多电平换流器、逆变侧采用晶闸管换流器的四端双极混联直流电网。推导了该系统稳态时的数学模型,针对其逆变侧易发生换相失败的问题,设计了新的抑制换相失败的协调控制策略。在整流侧换流站中通过低压限压和低压限功率控制的配合,抑制逆变侧故障电流的增大,从而减小换相失败发生的概率。在PSCAD/EMTDC中对该混联直流电网的稳态和暂态特性进行了仿真分析,仿真结果证明了所提控制策略的有效性。     

长三角地区多直流馈入及交直流相互作用特性述评

随着长三角地区电力负荷的增长以及西部水电资源的大力开发,我国中路远距离西电东送规模迅速扩大,大容量电力由高压直流输电(HVDC)输送.长三角地区即将成为一个具有多馈入直流系统的负荷中心,直流系统输送容量之大、落点之密集在国际上不多见.对长三角多馈入直流输电系统的概况及其特点进行了介绍.描述了多馈入直流输电系统各种相互作用特性,并对研究不同相互作用的研究方法、分析工具和评估指标进行了评述.在此基础上,针对长三角多馈入直流输电系统的特点,对其交直流系统间相互作用的特性及其研究方法给出了一些思路.     

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。     

高压直流输电系统中换相失败Hypersim仿真分析

Hypersim是一套功能强大、接口方便、适应性广的全数字实时仿真系统,它能为HVDC换相失败问题的研究提供快速、灵活和准确的电磁暂态仿真。基于Hypersim建立了单极12脉波HVDC系统的详细模型,并分析了一次系统和控制系统的具体结构。对逆变器交流母线发生单相接地短路和三相接地短路故障的情况进行了仿真计算,研究换相失败的判定依据。仿真结果表明,Hypersim能够准确模拟HVDC系统发生换相失败情况,以及通过在控制系统中实施保护控制,能有效抑制换相失败的发生。     

直流输电系统典型暂态响应特性分析

基于PSCAD/EMTDC仿真程序研究了CIGRE直流输电标准测试系统在各种故障下的典型响应特性,包括整流侧交流系统发生三相故障、逆变侧交流系统发生三相故障和单相故障,以及直流线路发生短路故障时直流输电系统及其控制器的响应特性.特别研究了交流系统故障时直流输电系统的换相失败及其恢复过程,同时研究了直流线路短路时直流输电控制器的动作特性和直流线路的过电流水平.