高压直流输电线路入口端谐波阻抗特性研究

空充变压器时直流线路沿线的50 Hz谐波分量分布与直流线路入口端谐波阻抗有关。针对直流线路入口端谐波阻抗特性展开详细研究。分析了不同直流运行方式下的直流线路入口端谐波阻抗,定性对比其大小关系。研究了直流线路入口端谐波阻抗的解析等值模型,并基于实际直流系统仿真模型,分别通过解析等值法和测试信号法对不同运行方式下的直流线路入口端谐波阻抗进行计算,验证该解析等值模型的准确性。进一步地,根据计算结果分析直流运行方式对直流线路入口端谐波阻抗大小的影响,所得结论与前文定性分析一致。改变换流器模型中换流变套管杂散电容的大小,研究杂散电容对直流线路入口端谐波阻抗的影响,实现了解析等值模型的简化。     

送端励磁涌流对溪洛渡直流50Hz保护的影响

针对溪洛渡高压直流输电工程,研究了送端换流站近区投入大型变压器时的励磁涌流对直流50 Hz保护的影响。在理论分析和仿真计算的基础上,分析了影响直流电流50 Hz分量的因素及调试过程中50 Hz保护动作的原因,得出了以下结论：逆变侧直流电流50 Hz分量有效值与送端交流电压2次谐波含量呈线性关系,与直流功率、故障发生的时刻基本没有关系;直流双极运行和单极金属方式运行时,直流线路对直流电流50 Hz分量有放大作用。为了避免送端励磁涌流触发50 Hz保护动作闭锁直流,提出了取消该保护的降功率段并将动作段延时改为3s的改进措施。     

基于直流线路参数的50 Hz谐波放大评估方法

针对近几年现场运行暴露出来的变压器空投时50Hz谐波电流流经直流线路出现放大的问题,提出了一种通过直流线路参数来评估直流工程50Hz谐波放大的方法。首先,推导了长距离直流输电线路50Hz参数计算方法;其次,依托于某在运高压直流工程进行直流线路50 Hz参数计算,并以此深入研究了直流线路出现50Hz谐波放大的本质原因以及谐波放大的极值点,进而提出了用于评估直流谐波放大水平的指标;最后,通过EMTDC仿真平台验证了所提方法的正确性,并应用于实际工程进行谐波评估。结果表明:通过50Hz参数计算方法评估的直流谐波放大水平与实际工程一致,所提出的谐波放大极值点计算和放大评估方法不依赖于详细直流模型和EMTDC仿真。     

适用于直流融冰装置的基频保护

直流融冰装置换流阀发生丢脉冲故障时,换流阀直流侧电流中会含有基频分量,当基频分量大于电流定值时,基频保护(国内又称50 Hz保护)动作;同杆并架交流线路正常运行时会在融冰线路中感应出交流电流,可能引起50 Hz保护误动。通过理论分析与仿真计算,得出区分引起50 Hz保护动作的这2种原因的方法:当换流阀发生丢脉冲故障时,融冰装置直流侧电压、电流中的50 Hz分量同步地出现与消失;当融冰线路受到并架线路的感应影响时,融冰装置直流侧电压、电流中50 Hz的分量互斥地出现与消失。据此分别提出了基于感应特征的二定值50 Hz保护和基于故障特征法的50 Hz保护。新的保护方法可以防止并架线路感应引起的50 Hz保护误动,并且提高50 Hz保护的灵敏度。     

整流侧大容量变压器充电对高压直流输电工程运行影响分析及改进措施研究

大容量变压器充电过程中产生的励磁涌流是交流系统常见的二次谐波来源之一,因高压直流输电工程固有运行特性,整流侧交流系统100 Hz谐波分量经直流换流阀转变后在直流侧呈现为50 Hz谐波分量,在直流线路谐波放大作用下,极易引发逆变站50 Hz谐波保护误动,甚至导致高压直流输电工程多回、多极闭锁,故在工程规划设计阶段需全面充分评估整流侧交流系统大容量变压器、换流变压器充电对直流工程运行的影响,同步策划解决方案。以某直流工程整流站换流变压器充电及整流侧交流系统电厂主变充电期间逆变站两起50 Hz保护动作为例,详细分析了保护动作原因,明确了整流侧大容量变压器、换流变压器充电对该直流输电工程安全运行的影响,并提出了后续运维建议及彻底整治措施研究的技术路线。     

换流变压器和应涌流的正序二次谐波特性分析

近几年,南方电网发生了多起因换流变压器空载合闸而导致运行极直流50 Hz保护误动事故。事故主要原因是运行换流变压器的和应涌流含有大量正序二次谐波,流经换流器转化为50Hz分量。文中分析了交流系统电压以及直流输送功率等运行工作点改变引起换流变压器分接头挡位、滤波器投切组数的变化,进而影响和应涌流正序二次谐波的规律;从同塔双回直流线路的极性布置、电流极性等耦合影响因素分析换流变压器和应涌流的正序二次分量在运行线路上的不平衡性。为防止直流50Hz保护误动,建议提高直流接入交流系统的强度,适当抬高换流站交流母线电压,限制运行极直流的输送功率。同时,应重点关注同塔双回直流另一回同一极性的换流变压器的和应涌流。     

HVDC换流阀故障特性分析及直流侧100Hz谐波计算方法研究

直流保护的正确动作对交直流大电网的安全稳定运行具有重要意义。为了探究换流阀故障特性以及阀故障导致直流侧100 Hz谐波分量产生机理和计算方法,首先分别对整流器阀和逆变器阀误开通故障和不开通故障时的通断特性和换流器的开关函数特性进行理论分析;其次给出了换流器序分量开关函数模型,在此基础上分析了阀故障导致直流侧产生100 Hz谐波分量的机理,并提出了具体的计算方法;最后基于贵广-Ⅱ回HVDC系统详细模型对该分析方法进行了仿真验证。结果表明,换流阀导通逻辑顺序的改变引起直流侧产生100 Hz谐波分量,且关于100 Hz谐波分量的计算方法能满足工程实际计算要求,为进一步研究直流系统100 Hz保护提供理论分析基础。     

基于无损传输线理论的特高压线路稳态过电压装置需求判别

利用无损传输线理论建立了特高压线路空充时沿线电压分布公式,综合考虑了特高压线路参数和甩空侧高抗配置,得到了不同合空侧电压下特高压线路的极限长度。在合空侧电压相同情况下,若特高压线路实际长度超过极限长度,则必须配置稳态过电压装置,避免特高压线路空充时沿线电压超过1 100 kV。该方法克服了现有判断方法完全依赖电力系统模拟软件进行大量繁琐仿真的问题,用PSD-BPA电力系统仿真软件的计算结果表明,该方法计算结果准确可靠,具有较高的应用价值。     

交、直流输电线路人工接地短路电流地线分流的测量及频率分析

接地短路是交、直流输电线路的常见故障,短路电流在线路地线中的分流及其频率成分对分析线路短路对周围管道等设施的影响具有重要意义。为此结合首个省内±500 k V直流输电工程调试中进行的多次交、直流输电线路人工接地短路实验,对交、直流输电线路在变电站出口和线路中部人工接地短路时地线的电流分流进行了测量,并分析了电流分流的规律和电流频率的组成。通过研究得到如下结论:交流短路电流为衰减振荡波,短路电流主频为50 Hz,伴有部分直流及高于50 Hz频率分量;直流短路电流没有交变振荡过程,均为先增加后减小的简单波形。直流短路电流的主频在30 Hz以内,其与系统闭锁时间密切相关,并含有少量的50、160、340、1 800Hz等频率分量。该实验中无论是变电站出口短路还是线路中间短路,线路地线分流系数均大于60%,与仿真计算结果基本一致。     

超高压交流线路对平行架设特高压直流线路的电磁感应

交流输电线路与特高压直流输电线路平行架设时,通过电磁耦合交流线路会在特高压直流线路上感应出工频交流分量。感应产生的工频电流,经过换流器后会产生直流分量。此直流分量流经换流变压器,会导致换流变压器偏磁。采用EMTDC程序建立了交／直流输电系统仿真模型,对交流输电线路对平行架设的特高压直流输电线路产生的电磁感应影响进行仿真研究,分析了交／直流线路平行架设长度、接近距离、土壤电阻率、杆塔接地电阻等因素对特高压直流线路的工频电磁感应影响。另外,对比分析了超高压紧凑型线路、常规型线路分别与特高压直流线路平行架设时特高压直流线路上的工频感应电压、电流和直流偏磁电流。     

基于实际工程的变压器改进J-A模型研究

为了能够深入开展励磁涌流对直流输电系统影响的机理性研究,提出了一种基于PSCAD/EMTDC仿真软件的考虑磁滞特性的变压器模型建模方法,该建模方法采用改进J-A模型来描述变压器磁滞特性,具有物理意义清晰、参数较少等优势。介绍了常用的变压器电磁仿真模型建模方法,并给出了所提建模方法的详细步骤和算法设计。在PSCAD/EMTDC仿真平台上建立了牛从直流输电系统的仿真模型,并结合牛从直流的实际录波波形进行了参数辨识,最终利用PSCAD复现了牛从直流乙线换流变压器空充过程中甲线直流电流的录波波形,验证了所建模型的合理性和有效性。     

合闸750kV空载变压器引起的系统电压暂降现场实测与计算分析

结合新疆与西北750 kV联网工程乌北变电站合闸750 kV空载变压器现场实施情况,分析了合闸空载变压器引起系统工频电压暂降现象的机制,提出励磁涌流及系统短路容量是影响合空变电压暂降的主要因素。并利用EMTP工具对合空变引起的电压暂降进行仿真建模分析,得出的合空变励磁涌流及系统电压暂降特性与现场实测基本一致,验证了仿真方法的有效性。提出了采取断路器装设合闸电阻的措施可以有效抑制合空变操作引起的系统电压暂降,另外采取系统调压、调整系统运行方式、消除剩磁等措施也有助于缓解合空变电压暂降对系统运行造成的不利影响。     

考虑缓冲回路的HVDC系统状态空间模型与求解算法

为了提高基于状态空间法的高压直流输电系统仿真计算精度,提出了一种考虑缓冲回路的HVDC系统仿真计算方法。以晶闸管的阀电流和缓冲电流作为状态变量对晶闸管进行建模,将换流变压器不同工况下的电压变换关系通过关联矩阵表示为统一的形式,建立换流器和换流变压器的状态空间模型,结合直流线路模型推导HVDC系统一次设备状态空间表达式。进一步,分析了控制系统的触发信号生成方法以及一次系统与控制系统的数据交互过程,实现了HVDC系统数学模型高精度求解。最后将Matlab实现的算法结果与PSCAD仿真结果进行对比,一次系统求解精度可达99.99%。     

基于RTDS的电厂主变空充过程的仿真建模及功率振荡抑制策略

在发电机组正常投运期间,投运相邻机组主变压器会引起投运机组的功率波动。为了再现上述过程,构建了相应的仿真模型,仿真建模包括：基于实时数字仿真（RTDS）环境构建变压器UMEC模型、等值外部网络、发电机系统模型（包括发电机模型及励磁系统模型及调速系统模型）,基于上述3部分模型,共同组成了变压器空充仿真系统,再现了实际系统空充变压器导致系统低电压及临近机组的功率波动过程;进而提出分相合闸方法,抑制变压器空充导致的母线电压的降落及临近机组的功率波动。仿真模型及抑制策略的正确性及有效性通过算例得到验证。     

电流互感器饱和对风电场送出线纵差保护的影响及对策

目前风电等新能源应用越来越广泛,而风电场送出线路电流互感器的配置依旧采用常规的方法进行选型计算。当风电场送出线发生故障时,由于风电场呈现出弱电源特性,且输出故障电流含有大量的非周期分量使电流互感器易发生饱和现象,从而导致送出线路纵差保护误动。利用PSCAD和Matlab软件,针对风电场送出线路电流互感器的不同饱和情况分别进行了仿真分析。为了提高纵差保护的可靠性,给出在保护中采用改进递推两点乘积算法的措施。仿真结果表明,改进递推两点乘积算法能有效避免电流互感器饱和所带来的区外故障保护误动作的问题,且计算、动作时间更快,从而提高了送出线路纵差保护的可靠性和快速性。     

500 kV高岭换流站换流变空载充电励磁涌流分析

介绍了500 kV高岭背靠背换流站换流变及其保护配置情况,结合现场录波数据并借助电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC分析了该换流站空充变压器时的励磁涌流特点及其对变压器保护的影响,验证了合闸电阻对换流变空载充电励磁涌流的抑制效果,指出该站换流变励磁涌流水平较低,但由于换流变容量较大,励磁涌流衰减较慢,应考虑预防某些极端情况下励磁涌流导致的换流变保护误动问题。     

基于Hilbert-Huang变换的HVDC突变量方向纵联保护方法

高压直流输电线路的行波保护存在对装置采样率要求高及耐受过渡电阻能力差等问题。作为后备保护的纵联电流差动保护,为了防止线路分布电容等问题导致的误动,失去了速动性的优点,动作时间较长。利用HVDC线路发生区内外故障时,两端保护装置检测的电压和电流突变量的极性差异,提出基于Hilbert-Huang变换的突变量方向纵联保护方法。在分析不同故障时电压和电流突变量相位差别的基础上,采用Hilbert-Huang变换求取突变量相位差,识别两者的极性差异,进而判断故障发生的方向。基于PSCAD/EMTDC搭建了高压直流输电仿真模型,仿真结果表明,所提方法在各种故障情况下都能够实现保护的快速识别,可靠性高,且受过渡电阻的影响较小。     

模块化多电平换流器的主动谐波谐振抑制策略

联接云南电网与南方电网主网的鲁西背靠背直流异步联网工程异步联网工程投产初期,广西侧送出交流线路受故障影响仅剩一回,随后广西侧母线电压和输出电流中出现了频率为1 270 Hz的谐波分量,引起柔性直流单元换流变压器分接开关频繁动作,最终导致柔性直流单元跳闸。首先,从鲁西背靠背直流异步联网工程高频谐振事件入手,分析大容量模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)与交流系统的谐振机理;接着,给出了MMC谐波阻抗的计算方法,利用阻抗分析法分析了高频谐振的条件,并提出MMC的控制结构改进方法,有效抑制了其输出电流的高频谐波分量;最后,通过PSCAD/EMTDC仿真对谐振事故现象进行了复现,证明了所提抑制策略可以实现对高频谐波谐振的有效抑制。