300 Mvar大型同步调相机的启动及继电保护

随着直流输电、新能源、大电网、特高压等技术的发展,同步调相机重新得到关注,300 Mvar大型同步调相机即将使用。综述了我国调相机的以往应用状况及大型同步调相机的需求背景,介绍大型调相机的静止变频SFC启动方式。重点分析几种特殊的调相机保护功能及原理。首次提出了300 Mvar调相机的继电保护功能配置方案、原理及实现等。     

构建新型电力系统仿真体系研究EI北大核心CSCD

仿真是认知电力系统特性的关键技术手段,电力系统与其仿真技术共同发展、相互促进。在我国加快建设新型电力系统的过程中,仿真技术将面临全新的挑战与机遇。该文分析指出传统电力系统仿真体系在维度、深度、广度与精度方面难以满足新型电力系统建设需求,提出构建以全维度、全场景、全要素、全过程为特征的新型电力系统仿真体系,分析了需要突破的关键技术方向,并研究了加快构建新型电力系统仿真体系的相关措施。     

基于相位差的同步调相机定子绕组匝间短路故障定位方法EI北大核心CSCD

为了改善同步调相机机组的运维效率,提出一种基于相位差的同步调相机定子绕组匝间短路故障定位方法。首先,在线获取三相电流的相位、零序电压基波分量的幅值及相位。如果零序电压基波分量的幅值超过阈值,则认为定子绕组发生匝间短路。为了进一步实现故障相的定位,将零序电压基波分量相位分别与三相电流相位进行比较,获得3组相位差,则匝间短路故障发生在3组相位差中最小值所属相的定子绕组中,从而实现故障定位。为了验证所提方法的准确性和有效性,分别基于TTS-300-2型同步调相机和小型电励磁同步电机搭建相应的仿真模型和实验平台,进行仿真与实验验证。实验结果表明:利用零序电压基波幅值可以诊断同步调相机是否发生匝间短路故障,利用零序电压基波与各相定子电流基波间的相位差可以实现故障定位。     

新型同步调相机的关键技术及研究进展

随着直流特高压输电系统的发展,大容量新型同步调相机成为满足系统无功动态需求的最优选择,逐渐成为研究热点之一。基于此,对新型同步调相机的研究现状进行了系统的总结和归纳。首先,从新型同步调相机的数学模型、运行状态以及控制策略3个方面对其运行原理进行介绍。其次,将其与电力电子无功补偿设备作对比,阐述了新型同步调相机优越的动态无功输出特性,并研究了其无功输出特性的影响因素。最后从新型同步调相机的现有故障诊断技术和参数辨识技术2个方面对其状态监测技术的研究现状进行总结。文中综述了新型同步调相机的数学模型、控制策略和运行状态监控等方面的研究情况,能够为新型调相机的进一步研究提供参考。     

天山换流站调相机电力系统稳定器配置研究

同步调相机对于直流工程及电力系统的电压稳定具有重要意义,研究其电力系统稳定器配置的方法,对其在进相运行时有重要意义.首先对同步调相机中的主要控制环节设备建立数学模型;然后以发电机稳定为目标,研究在各种无功出力下阻尼变化趋势,建立同步调相机运行模型;最后论证了同步调相机配置电力系统稳定器的必要性和可行性.算例表明,与不配...     

含同步调相机的交直流混联系统稳定研究

针对交直流混联系统发生故障时出现无功不足和电压跌落的问题,需要在交直流混联系统交流侧加装同步调相机,对其提供强无功支撑,保证系统稳定运行.对含同步调相机的交直流混联系统稳定性进行了研究,将在不同故障下的交直流混联系统逆变侧接入同步调相机前后逆变侧母线电压情况进行对比,研究同步调相机接入对母线电压的补偿效果.建立了含同步...     

300Mvar空冷隐极调相机转子疲劳强度分析

300Mvar空冷隐极调相机转子跨距长、重量大,在自身重力作用下转子挠度和弯曲应力已经达到疲劳设计极限,因此设计出安全可靠的转子结构具有很大难度。本文建立了300Mvar空冷隐极调相机转子疲劳损耗的三维有限元分析模型,分别对机组额定稳态运行工况及起停机过程的瞬态工况进行仿真计算,分析两种工况下转子的动态应力,并进一步对起停机工况的动态应力进行雨流法分析。最后,根据德国机械工程师委员会的FKM疲劳计算导则,对调相机转子进行寿命评估,保证了300Mvar空冷隐极调相机转子的安全可靠性。     

不同工况下同步调相机定位筋磁场及感应电动势分析

随着高压直流输电系统对无功补偿设备快速响应能力和设备容量需求的不断加大,大容量新型同步调相机逐渐得到广泛应用。随着容量的增加,同步调相机端部漏磁大大增加。定位筋中的漏磁场中主要为轴向磁密分量,该磁场随着定子电流的交变呈现旋转效应,因此易在定子铁芯定位筋中产生较大的感应电动势,导致放电风险增大,从而降低同步调相机的使用寿命。本文建立了同步调相机端部的三维有限元模型,计算了同步调相机在空载、额定负载和失磁情况下定位筋中的磁密分布,并对比分析了其中的感应电动势大小,为进一步评估定位筋放电风险提供了理论基础。     

大型同步调相机油系统的健康状态评价

油系统作为大型同步调相机的重要辅助系统之一,其健康状态对同步调相机的安全稳定运行具有重要意义。针对同步调相机油系统的构成,采用自上而下的评价策略,逐层建立了油系统各子系统的状态评价指标体系,并提出了不同类型评价指标的归一化方法。采用实时权重反映各评价指标对健康状态的影响程度,并将专家经验、维修记录等与运行时的监测数据相结合,计算各评价指标的实时权重。利用高斯模型,构建了模糊评判矩阵。通过权重矩阵与评判矩阵的模糊运算,即可获得待评价目标的评价结果。最后将其应用到一台换流站中同步调相机的状态评价,评价结果符合实际情况。     

直流受端系统同步调相机容量自动优化配置方法

多直流馈入受端电力系统面临严峻的电压稳定性挑战,在关键节点布置同步调相机,可以提供动态无功支撑,降低直流换相失败风险。该文研究提升直流受端系统电压稳定性的同步调相机容量自动优化配置方法。首先,以调相机经济成本及暂态电压跌落水平最小为优化目标,以直流换相失败风险为约束条件,建立同步调相机容量优化模型;其次,提出基于粒子群算法的优化求解方法,快速高效获得优化配置方案;再次,提出基于文件交互的Matlab/DigSilent联合仿真方法,实现优化问题的自动迭代计算;最终,通过仿真验证文中所提出的调相机容量优化配置方法的有效性和计算效率。     

大型同步调相机的启机过程分析与启机保护实现

近年来,随着电网“强直弱交”的问题日渐突出,同步调相机重新受到关注。300 Mvar大型同步调相机已陆续在国内多个换流站投入应用。因调相机启机方式存在特殊性,汽轮或水轮发电机组、抽水蓄能机组启机保护不完全适用于调相机,有必要对调相机启机过程及其保护配置和算法进行研究。针对不同类型的机组采用对比方式,分析了调相机的启机过程及其启机各阶段的三相短路电流特征。提出了更可靠、更快速的包含主变启机速断保护和励磁变启机差动保护在内的启机过程全区域保护。同时也提出了适用于调相机启机过程宽频率、宽电压变化的相角和幅值的修正方法。仿真结果表明,幅值计算误差改善明显,满足保护精度要求。     

高比例可再生能源新型电力系统长期规划综述EI北大核心CSCD

大力发展风电、光伏等可再生能源是实现电力系统低碳转型的重要途径。由于可再生能源出力具有波动性与不确定性,为应对大规模可再生能源并网给电力系统长期规划带来的挑战,近年来相关研究成果不断推出。为全面综述该领域的研究现状,该文首先分析新型电力系统的主要技术特征,然后,从能源供应的经济–政策不确定性与低碳转型带来的能源供应安全两个方面分析新型电力系统长期规划模型所面临的挑战。并从长期不确定性、短期不确定性、电力系统充裕性、电力系统安全性4个方面,综述当前新型电力系统长期规划研究成果,分析其中需要关注的重点、难点问题。最后,对新型电力系统长期规划模型的构建与应用进行总结与展望。     

电网谐波电压对同步调相机转子损耗的影响

高压直流输电系统单极大地回线运行会使得附近变压器产生直流偏磁现象,增加变压器副边电压的谐波含量。当变压器与为换流站提供无功支撑的同步调相机连接时,谐波电压会影响同步调相机的转子损耗。本文针对不同谐波电压下,同步调相机转子损耗的变化展开研究。采用时步有限元法计算了同步调相机空载、进相以及迟相运行条件下,谐波电压对转子铁心和槽楔损耗的影响,对比分析了转子各部分损耗大小随电压谐波次数的变化规律。研究结果为同步调相机的安全可靠运行提供了理论基础。     

电力电子虚拟调相机

随着静止无功补偿器（SVG）代替传统的调相机,可以提供动态的无功补偿。然而相比于传统调相机,SVG缺少旋转惯量。传统的SVG研究主要集中在无功补偿和故障穿越,没有针对SVG在提高惯量上的研究。针对这一问题,提出了具有动态无功补偿和动态惯量响应能力的电力电子调相机。首先,具体设计了不同电压等级下的拓扑结构;其次,从储能出发,选择超级电容器作为储能元件,同时设计了储能配置和储能元件的参数;然后,从惯量响应和无功补偿两个方面设计控制策略;之后,对比传统的调相机,推导了能量利用率以及惯量响应的对应关系。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了理论分析的正确性。     

输电线不同类型短路对同步调相机转子损耗及温升的影响

同步调相机可为特高压直流换流站提供无功功率,以保持系统电压稳定,防止直流换相失败。交流系统发生短路导致系统电压降低时,调相机会向系统提供大量无功功率。然而,高无功大电流会导致调相机转子损耗和发热增加。为了研究调相机承受系统短路故障的能力,该文将调相机的电磁场、温度场模型与电网模型耦合,计算了输电线路发生单相、两相和三相短路故障时,调相机转子槽楔和铁心的损耗分布,揭示了各部分损耗密度随转子径向深度的变化规律;在此基础上计算了三种短路故障下调相机转子的温度分布,获得了转子最大温升出现的位置;在考虑转子最高容许温度的条件下,揭示了调相机短路持续时间与短路故障类型之间的关系。该研究为提高调相机在系统故障情况下的工作能力提供了理论依据。     

计及储能的低惯量电力系统频率特性分析EI北大核心CSCD

双碳目标下,电源结构清洁低碳转型将成为我国未来电力系统必然发展趋势,随着风光资源大规模开发利用,新能源发电装机比例持续快速增长,系统逐步呈现“低惯量”特征,频率安全稳定面临挑战。该文首先阐述系统惯量的重要量化表征指标之一——惯性时间常数的物理意义。基于电源装机结构,分析我国电力系统惯性时间常数的演化趋势。基于经典频率响应模型,给出计及储能的电力系统频率响应模型,借助传递函数推导开展频率稳态及动态特性分析,并给出功率缺额扰动下系统频率输出表达式;在此基础上,围绕频率跌落最低点,剖析储能及系统惯性时间常数对于抑制低惯量电力系统频率下降风险的作用规律,并结合时域仿真开展不同惯量水平下场景仿真论证。研究表明,储能通过直接减小系统不平衡功率,可快速有效抑制频率变化,且惯性时间常数越小的系统,效果越为显著。     

考虑频率稳定约束的分布式调相机选址定容策略

“双碳”目标的提出加快了以风光为代表的新能源发电并网。高比例电力电子接口的新能源发电并网将导致电力系统惯量支撑能力弱、频率稳定问题突出。针对风光场站,分布式同步调相机作为旋转元件,在提供电压支撑的同时,还可为系统提供转动惯量继而提升电网频率支撑强度,但高效可行的分布式调相机配置方法尚有待研究。文章提出考虑频率稳定约束的分布式调相机选址定容方法,以节点惯量来评估系统惯量分布并识别系统频率支撑薄弱区域,进而挑选调相机配置地点,并根据临界惯量作为不等式约束,以配置容量最小为优化目标设计了分布式调相机选址定容策略。结合算例分析表明,提出的分布式调相机选址定容策略直接高效,能在调相机总配置容量最低的前提下,更有效地提高系统频率支撑强度。     

特约主编寄语北大核心CSCD

在实现“双碳”目标、建设新型电力系统的进程中,可再生能源在电力系统中的渗透率不断增加,改变了以同步机为主的传统电力系统的动态特性,使得不同时间尺度的暂态现象相互耦合,在更大的频率范围内引起宽频振荡和频率、电压稳定问题,给新能源送出和电网安全稳定控制带来很大挑战。