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。     

大型调相机惰速同期并网可靠性研究

静止变频器（SFC）输出侧不配升压变可减少加装调相机的整体成本,但并网前SFC退出后调相机转子转速将不再可控,同期条件差。为提高惰速同期并网可靠性,首先建立了冲击电流与频差和角差间的关系,其次对同期点存在概率进行了研究,然后提出了在正频差时选择滞后系统的一个小角度、负频差时选择超前系统的一个小角度并网,正频差允许值设定较小、负频差允许值设定较大等提高并网可靠性的方法。结合算例,对调相机惰速运行中不同惰速率和不同允许频差下的同期点存在概率进行了计算分析,验证了所提方法可有效减小并网冲击电流,增加同期点存在概率,提高并网可靠性。     

基于相角差时间函数调相机并网合闸时间预测

针对大型同步调相机并网条件差、成功率低的问题,对传统的相角差时间函数加以改进,改进后的曲线能够体现相角差在0到2π之间的变化规律,且直观表示出在一定的滑差转速范围内是否存在同期点和其存在个数以及在一定的相角差范围内所对应的合闸时间范围,为预计合闸脉冲发出时刻提供了很大便利。通过算例分析了当以惰性减速起始时刻为0时刻点,-0.167 r/s^2为加速度开始惰性减速时,最大允许滑差范围内出现的同期点个数,以及调相机允许的合闸时间范围,并在Matlab/Simulink仿真软件上验证了算例分析结果的正确性。同时,以调相机所受冲击电流作为最大允许相角差的整定依据有效减少了并网时对调相机的冲击,提高了并网的成功率。     

大型调相机惰转并网过程中的励磁控制策略

根据换流站加装调相机的特点,调相机励磁系统配置一套他励源的起动励磁及一套自并励的主励磁,起动励磁和主励磁需要在惰转期间快速完成直流侧切换,以实现调相机惰转并网。本文提出一种调相机惰转并网过程中的励磁控制方法,通过相应励磁调节器的协调控制,实现两段式升压,完成惰转过程中起动励磁和主励磁的快速切换。目前,本控制方法已成功应用于扎鲁特换流站调相机。实践证明,此方法能够在惰转期间快速无扰动的实现切换并完成升压,减小了大型调相机并网时因电压差导致的冲击,对大型调相机的安全、高效、可靠运行具有重要意义。     

四台调相机的SFC系统配置方案研究

简述了调相机工程采用静止变频器(static frequency converter, SFC)启动的优点以及工作原理,基于国网首批特高压直流配套调相机工程的设计经验,介绍了两台调相机工程SFC系统配置方案,提出了3种四台调相机工程的SFC系统配置方案,并对3种方案的优缺点进行对比,确定了首推方案。     

高压直流输电换相失败对带静偏心故障调相机的影响

为了研究高压直流输电逆变器换相失败对带静偏心故障调相机的影响,首先以一台TTS-300-2型双水内冷调相机为研究对象,基于Simulink+Maxwell/Simplorer构建了含同步调相机的高压直流输电的场-路-网耦合模型,联合仿真得到不同静偏心率下调相机的气隙磁场.其次,分析了换相失败对不同静偏心率下调相机气隙磁通密度的影响,并采用麦克斯韦应力张量法计算发生换相失败前后转子受到的不平衡磁拉力.最后,采用非线性Newmark隐式积分法计算换相失败对不同静偏心率下调相机转子振动的影响.结果表明,换相失败使带静偏心故障调相机气隙磁场增大,转子所受磁拉力与振动幅值明显增大,并且其影响程度随调相机静偏心率的增大而增大.换相失败对带静偏心故障调相机的影响分析对解释机组异常振动、诊断静偏心故障有一定的参考价值.     

大型调相机的保护配置及其实现

介绍了RCS-985R/S微机发电机保护在北京安定变电站160 Mvar调相机上的成功应用,详细分析了北京安定变电站调相机的启动方式、保护配置和运行情况,重点介绍了调相机与常规发电机不同的几种保护功能.     

含同步调相机的直流换流站稳态无功协调控制策略

网源稳态调压方式会对系统动态无功支撑能力产生直接影响。针对特高压弱受端电网电压稳定性下降的问题,提出了一种直流换流站内滤波电容欠补偿、同步调相机迟相运行的稳态无功协调控制策略。同步调相机自动电压控制(AVC)子站作为控制中枢,与直流控保系统进行运行信息、动作指令信息和动作报文信息通信,以交直流系统无功交换量为控制目标,通过同步调相机与滤波电容无功置换,达到减少滤波电容投入组数、增加同步调相机稳态无功出力的目的,从源头上减少交流电压跌落导致的直流换流站无功补偿缺额。基于雅中—江西特高压直流投运后的江西电网规划数据,在PSASP仿真平台上开展潮流计算与暂态稳定分析。不同工况下的仿真结果表明,所提协调控制策略可以有效降低弱受端电网电压失稳的风险,提升直流功率的消纳能力。     

惰转并网调相机同期系统定值整定及调整方法

调相机在惰转工况下并网，其同期系统定值难以兼顾并网成功率和冲击的要求。分析了调相机的惰转特性，给出了频率变化率的特征表达式和实测方法；研究了调相机电压相对于电网电压的变化特性，总结了同期点出现的规律。规律研究表明，频率差定值满足后调相机电压相量相对于电网电压相量至少应旋转360°的角度，以此为基础推导了频率差定值计算公式。考虑整定频差下同期并网的工况，推导了同期检查继电器相角差定值计算公式。利用同源核相试验完成电压采样通道的标定并测量断路器合闸时间；通过假同期试验完成调相机频率变化率的测量和导前时间的调整。所提方法能满足100%并网概率要求，且可最大限度减小差频并网给调相机带来的冲击，工程现场试验结果证明了所提方法的可行性和合理性。     

电网黑启动情况下高压直流输电系统启动条件分析

目前各电网的黑启动方案中,均未考虑在黑启动初期的直流启动.文中以天广直流为例,在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件中搭建了交、直流系统仿真模型,利用该模型研究了在电网黑启动初期直流的启动方式和条件.提出了采用绝对短路容量和有效惯性时间常数作为表征交流系统强度的指标.通过分析可知,当两侧交流系统都满足短路容量为单组滤...     

电压源换流器型直流输电系统的启动控制

启动控制是VSC-HVDC工程应用中需要解决的一个重要问题。为此,分析了电压源换流器交流侧电压的建立过程,介绍了换流站不同控制方式下启动控制策略的选择原则。为避免电压源换流器在启动时的过电流和过电压问题,提出了采用串联限流电阻与基于直接电流控制的矢量控制器相结合的复合启动策略。最后,在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC上构建向无源网络供电的VSC-HVDC两端系统。数字仿真结果验证了所提方案的正确性和有效性。     

渝鄂柔性直流输电系统中高频振荡影响因素及抑制策略

针对柔性直流输电工程中出现的中高频振荡问题,现有解决方法是在电压前馈通道中增设滤波器以抑制高频振荡,但增加了中频振荡的风险。以渝鄂柔直工程南通道单元为研究对象,提出了一种通过调整控制链路延时以避免中、高频振荡的方法。首先,基于多谐波线性化原理建立了MMC换流站阻抗模型,详细分析控制链路延时、电网电压前馈策略对MMC换流站阻抗特性以及对系统稳定性的影响;然后,探讨通过调整控制链路延时以避免中高频振荡的可行性,并给出了控制链路延时的选择方法;最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了所提方法可实现渝侧、鄂侧系统中高频振荡抑制,同时对系统动态特性影响较小。     

渝鄂柔性直流输电系统中高频振荡影响因素及抑制策略

针对柔性直流输电工程中出现的中高频振荡问题,现有解决方法是在电压前馈通道中增设滤波器以抑制高频振荡,但增加了中频振荡的风险。以渝鄂柔直工程南通道单元为研究对象,提出了一种通过调整控制链路延时以避免中、高频振荡的方法。首先,基于多谐波线性化原理建立了MMC换流站阻抗模型,详细分析控制链路延时、电网电压前馈策略对MMC换流站阻抗特性以及对系统稳定性的影响;然后,探讨通过调整控制链路延时以避免中高频振荡的可行性,并给出了控制链路延时的选择方法;最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了所提方法可实现渝侧、鄂侧系统中高频振荡抑制,同时对系统动态特性影响较小。     

混合直流输电系统直流故障处理策略比较分析

基于电网换相换流器(line commutated converter,LCC)以及模块化多电平换流器(modular multilevel converter,M M C))的混合型高压直流输电技术是实现远距离大容量输电的有效技术手段。为了快速清除直流短路故障,主要有2种实现方法:一是逆变侧换流器采用具有直流故障自清除能力的子模块,如全桥型子模块及箝位双子模块;二是在逆变侧直流出口加装大功率二极管以切断故障后的电流流通通路。该文通过研究不同直流故障处理策略的物理机理及控制流程,对其可行性及适用性进行深入研究。通过在PSCAD/EMTDC中搭建典型模型,考察直流故障下的系统响应特性,对不同处理策略下的系统暂态特性进行综合比较。最后,对基于全桥型子模块的不闭锁穿越式直流故障处理策略进行了仿真验证,仿真结果表明此种策略不适用于真双极直流系统,无法实现直流短路故障的有效清除。     

并联换流器高压直流输电系统控制策略

随着中国高压直流输电技术的发展,在直流工程分期建设和融冰方式运行方面,并联换流器结构受到越来越多的关注。文中详细分析了并联结构的四端直流输电系统特点,提出了整流站定直流电流控制、逆变站定直流电压控制且附加直流电流平衡控制功能的多端直流系统协调配合方式。该方式不仅最大程度地保持了双并联直流系统的相对独立性,简化了多端直流系统控制策略的设计,而且可以实现并联换流器间功率的灵活分配。由于换流器的并联和解并联是系统运行的关键技术,文中提出了详细的第二换流器解锁及第一换流器闭锁控制策略,并基于PSCAD/EMTDC搭建了四端并联直流系统的详细控制策略模型,验证了所提控制策略的有效性。     

有利于多馈入直流输电系统协调恢复的VDCOL控制策略研究

提出了一种适用于一般多馈入直流输电系统(MIDC)协调恢复的依赖于电压的电流指令限制单元(VDCOL)控制策略,该策略在各直流控制系统中综合应用不同类型的VDCOL控制,以改善逆变侧交流电网的暂态稳定性。对常规的VDCOL的特性曲线进行了改进,使得故障切除后的系统恢复期间直流电流的恢复滞后于电压的恢复,从而减小换流站无功消耗,促进交流换相电压的恢复。通过对南方电网的仿真研究表明,该控制策略对不同系统运行方式下的不同故障地点和类型具有较好的适应性,有效地提高了多馈入直流系统的暂态稳定性。     

并网启动方案自动生成系统的研究及开发

介绍了并网启动方案自动生成系统的设计及运行原理。该系统采用图形平台进行网络建模,采用网络连通算法进行防误判断,具备操作过程的仿真演示功能,最终实现启动方案的自动生成。该系统可确保启动方案编制审核的安全性、高效性、智能化、规范化,在中国南方电网率先实现了启动方案编制的智能化,极大提高了调度人员的工作效率。     

大规模风电直流外送方案与系统稳定控制策略

针对大规模风电集中外送,论证了风电孤岛直流外送、风火打捆孤岛直流外送、风火打捆联网直流外送3种方案,重点从频率稳定、电压稳定方面研究各方案的安全稳定问题,分析了风功率波动、送端交流线路短路等典型扰动形式对系统稳定性的影响,通过比较给出了合理的大规模风电直流外送方案。在此基础上,以酒泉风火打捆特高压直流外送规划系统为对象,研究系统安全稳定问题,提出了利用直流调制跟随风功率波动、改善系统稳定性的控制策略,通过仿真计算验证了所提出控制策略的有效性。     

并联型多端高压直流输电系统的控制与保护策略及仿真

多端高压直流(multi-terminal direct current,MTDC)输电系统可以实现各换流站所连交流系统之间的功率输送或电力交换,能够解决多电源供电或多落点受电的输电问题,其接线形式总体分为串联型与并联型。针对4端并联型高压直流输电系统进行稳态运行和暂态故障过程的相关研究,基于EMTDC/PSCAD平台建立单极仿真模型,完成了多种解锁起动和闭锁停运组合的仿真分析,设计了直流功率平衡控制器实现各换流站功率协调控制,并提出了单个换流站紧急停运以及直流线路故障时的控制保护配合方式,仿真结果表明了控制与保护策略的有效性。