特高压直流双极线路间互感影响及控制策略改进

针对特高压直流(ultra-high voltage direct current,UHVDC)运行过程中一极直流线路故障重启时对另一健全极运行产生影响的问题,考虑双极直流线路间的互感,对暂态过程中双极电气量特征进行深入研究。根据暂态过程中的电压计算公式,对双极之间的影响进行了数值计算和物理解释并对影响功率跌落的因素进行分析,在已有健全极短时闭锁低压限流功能(voltage dependent current limit,VDCL)的控制措施基础上提出了多项控制策略。以天中直流为研究对象,通过实时数字仿真(real-time digital simulator,RTDS)系统建立与实际一次系统和实际控制保护程序完全一致的仿真模型,对改进策略进行优化比较研究,验证了在故障极重启期间健全极整流侧采用定电压控制以及改变健全极的电流控制器参数两项控制措施的有效性,最后提出了工程应用建议。     

基于小波变换的直流输电系统电磁暂态过程研究

为完善直流输电线路的保护系统,以高压直流输电系统暂态过程为研究对象,采用PSCAD分别建立了高压直流输电系统(包括线路、杆塔、绝缘子串等)落雷闪络模型和直流输电系统模型;仿真了线路不同位置遭受雷击情况对直流输电系统的影响,直流线路保护区内外发生典型故障、双极运行模式下故障极对健全极的影响等多个暂态过程;利用小波变换进行信号分解分析,寻找出能够表征线路落雷导致系统故障或不致系统故障的明显暂态特点,分析能够体现不同类型故障的特征信号以及双极运行工况下,消除故障极对非故障极干扰的措施等问题.结果表明,上述研究对高压直流输电的安全控制与保护系统的可靠运行具有重要现实意义.     

特高压直流输电线路故障重启策略优化研究

为了解决以往特高压直流输电工程中直流线路故障重启策略不完善导致直流功率波动甚至双极闭锁的不足,提出了把直流输电运行工况和运行功率点加入到直流线路故障重启策略中。利用RTDS对特高压直流输电线路接地故障进行仿真,建立直流输电线路接地故障等效模型。针对在故障极重启动过程中非故障极实际直流功率波动大的问题,提出采用闭锁非故障极低压电流(VDCL)功能的方法来减少非故障极实际直流功率的波动。以溪洛渡左岸-浙江金华±800k V特高压直流输电工程为试验背景,仿真试验证明:所提出的特高压直流输电线路故障重启优化策略能有效的提高系统线路故障时的稳定性,具有很好的工程实用性。     

兴安直流双极闭锁反事故措施实时仿真研究

对“5·5”兴安直流双极闭锁故障的分析显示,由于兴安直流采用接地极线路与直流输电线路同塔架设,存在着双极闭锁潜在风险。因此,搭建了由实时数字仿真器（RTDS）与兴安直流实际的控制保护装置组成的闭环实验系统,针对直流控制保护故障重启功能进行大量实时仿真实验,内容包括实现接地极线路电流不平衡保护重启及定值调整,调整直流线路现有故障重启逻辑和模式,以及重启功能调整后对拉制保护的关联影响等。从直流控制保护的角度提出了有效地防止类似“5·5”兴安直流双极闭锁的措施。     

楚穗直流线路故障致双极闭锁及故障重启逻辑缺陷分析

楚穗直流联网、全压运行条件下,相继发生极1两次线路保护动作,极2一次线路保护的事件,导致楚穗直流双极闭锁。为探明楚穗直流双极相继闭锁的原因,从直流线路故障纵差保护原理、行波保护原理、极控线路故障重启监视功能入手,结合楚穗直流EMTDC仿真模型,从电磁耦合与双极接地故障两个维度分析并掌握双极相继闭锁的原因。通过对故障重启监视功能的深入分析,进一步挖掘出监视功能的逻辑缺陷,提出了避免直流不必要闭锁的故障重启逻辑优化建议。     

直流融冰运行模式下直流故障对交流保护的影响

主要研究±500 kV高肇直流通过修改直流极控、直流站控和HMI软件,新增直流背靠背运行融冰模式,当直流系统出现单极闭锁时,直流控制保护系统双极保护联动闭锁,对交流系统的影响.通过对实际高肇直流控制保护系统新增融冰模式后进行RTDS仿真试验,同时对试验所得交流系统电压、电流数据进行变化量方向判别.试验及数据仿真计算表明,直流系统背靠背运行于融冰模式,出现单极故障时,双极保护联动闭锁对交流系统交流保护不产生误动现象.     

直流融冰运行模式下直流故障对交流保护的影响

主要研究±500 kV高肇直流通过修改直流极控、直流站控和HMI软件,新增直流背靠背运行融冰模式,当直流系统出现单极闭锁时,直流控制保护系统双极保护联动闭锁,对交流系统的影响。通过对实际高肇直流控制保护系统新增融冰模式后进行RTDS仿真试验,同时对试验所得交流系统电压、电流数据进行变化量方向判别。试验及数据仿真计算表明,直流系统背靠背运行于融冰模式,出现单极故障时,双极保护联动闭锁对交流系统交流保护不产生误动现象。     

美丽山二期直流线路突变量保护优化研究

特高压直流输电双极长线路间存在非常明显的互感影响,当一极线路故障时,另一极线路电压因受互感影响会以较快的速度降到较低值,此现象与直流线路发生接地故障时的电压变化规律基本相同,容易引起直流线路电压突变量保护误动.本文首先对直流线路突变量保护误动的机理进行深入分析,利用双极线路互感影响造成的电压下降与实际接地故障造成的电压下降在恢复特性上的差异性,提出考虑互感影响时的闭锁电压突变量保护策略,并在实时数字仿真试验平台上对该策略进行试验验证,证明了所提策略的有效性,为其他直流工程提供参考.     

基于电压和电流突变量的高压直流输电线路保护原理

在对高压直流输电线路区内、外故障和雷击等暂态过程研究的基础上,提出了一种基于电压、电流突变量变化特征的高压直流输电线路主保护原理。该原理对两极线路同侧保护安装处测得的电压突变量幅值的比值设定阈值,选出故障极;利用故障线路两端电流突变量的极性在线路保护区内故障时相异、在区外故障时相同,区分线路上保护区内和区外故障。PSCAD/EMTDC软件对实际高压直流输电系统的仿真结果表明,该保护原理在双极两端中性点接地方式下能够快速判别故障极和区分线路上保护区内、外故障,可靠排除雷击干扰,在故障性雷击和高阻抗接地时准确动作,并适用于一极降压和一极全压运行、功率反送、一极停电检修及单极金属回线运行方式等。采样频率在10～100kHz范围内时可满足保护判据计算要求。     

基于真双极接线的VSC-MTDC系统功率转代策略

随着国内柔性直流输电技术的快速发展,基于真双极接线的多端柔性输电技术将被越来越多地应用到实际工程中。不同于单极线路或换流器退出运行时,伪双极系统下会出现的线路过载和切机切负荷现象,对于运行方式更为灵活的真双极系统,由于非故障极可转代故障极的部分功率,使得电网可靠性和整体输电能力的提升成为可能。提出了一种适用于真双极多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统的功率转代策略:基于真双极系统正负极电网可独立控制功率的特点,当直流系统在非正常运行状况下出现非对称拓扑时,在确保各元件不越限的前提下使非故障极电网转代故障极电网部分功率,以提高VSC-MTDC系统的总传输容量。同时,基于张北±500 k V柔性直流输电示范工程,搭建了真双极四端柔性直流输电PSCAD/EMTDC仿真系统,对所提策略进行了有效性验证。     

混合双极高压直流输电系统的特性研究

为了充分发挥电网换相换流器高压直流输电系统(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)和电压源换流器高压直流输电系统(voltagesource converter based HVDC,VSC-HVDC)的优势,针对一种新型的混合双极高压直流输电系统(hybrid bipolar basedhigh voltage direct current,HB-HVDC)进行了研究,该系统的正极是传统的12脉动LCC-HVDC系统,而负极是VSC-HVDC系统。建立了由LCC正极和VSC负极组成的混合双极高压直流输电系统的模型,推导了其在稳态时的数学模型,并设计了正负极之间的协调控制策略。在PSCAD/EMTDC环境下对HB-HVDC系统的稳态和暂态运行特性进行了研究分析。最后对HB-HVDC系统和闭锁负极VSC-HVDC后LCC-HVDC系统的运行特性进行了对比研究。结果表明:HB-HVDC系统可以更好地调节交流母线电压,减少LCC极换相失败的可能性,并且具有快速的故障恢复能力;同时也证明所设计的协调控制策略可以有效地改善HB-HVDC系统的稳态和动态特性。     

HVDC中直流线路的互感机理及其对控制系统影响的研究

针对特高压直流输电工程中两极直流线路间的影响,应用线路间互感原理,对高压直流输电线路电磁耦合机理和扰动特征进行了深入的研究。从理论上计算了宾金直流输电工程两直流线路间存在较大的电磁耦合分量。通过RTDS建立的仿真模型,研究了一极线路故障时去游离时间长短、两极线路间距大小和一极电流升降速率大小对另一运行极控制系统的影响,结合现场实际线路故障的波形对宾金直流控制策略提出了优化方案。通过RTDS仿真验证了优化后的控制策略能在一极发生线路故障时对非故障极的影响降低到最小,有效地防止了双极闭锁,对于电网的可靠安全运行具有重大意义。     

基于RTDS的“1.15”高肇直流极2闭锁事故仿真

基于实时数字仿真器(real time digital simulator,RTDS)搭建了仿真模型,并将RTDS与实际直流输电控制及保护装置连接,建立了交直流混合系统实时仿真实验平台。在此基础上,针对“1.15”高肇直流极2闭锁事故进行了仿真研究,成功地再现了实际故障过程,并分析了事故发生的真正原因：直流极控装置误将瞬时故障检测为永久故障,终止直流线路重启;并提出了合理的改进措施：修改极控装置中接地检测故障装置和直流线路重启去游离时间。     

相模变换法分析特高压直流输电线路接地故障舷

为研究双极运行的特高压直流输电系统中单极接地故障过电压,采用相模变换法分析了双极运行的特高压直流输电系统单极接地故障.首先建立故障时的模量电路,分析线路不同端口性质下健全极过电压的波形特征和幅值,然后结合模量电路分析,以云广直流输电工程为对象,建立了双极直流输电系统的单极接地故障模型,计算和分析了多种因素如故障接地电阻、直流滤波器的工作状态、平波电抗器的布置方式等的影响以及故障时健全极沿线的过电压幅值分布情况.结果表明,直流滤波器的投入与否将改变直流线路端口的阻抗性质,对故障时的过电压影响显著:投入直流滤波器时,中点接地故障时健全极过电压最大可达1.76 p.u.,平波电抗器布置方式对健全极过电压幅值无影响;未投入直流滤波器时,平波电抗器布置方式将直接影响到健全极过电压的幅值.     

并联型MMC-MTDC系统直流故障特性分析及保护策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)多用于基于高压直流输电(high voltage direct current transmission,HVDC)的多端输电系统。针对该系统中直流电缆或架空线路的意外短路或断路故障,影响输电线路和换流站安全的问题,提出一种基于三端电压裕度控制下的旁路晶闸管和直流侧IGBT断路器(IGBT-Circuit Breaker)的混合保护方案。分析了子模块闭锁前直流电流超调的数学模型及故障机理,根据直流短路电流的峰值及上升时间动态特性,选取了MMC的参数。利用仿真软件PSCAD/EMTDC对控制方法及保护策略的效果进行验证,结果表明剩余系统主站切换及时,能够持续隔离发生永久故障的线路,使得其余线路继续运行,实现了系统直流故障时及时保护,提高了系统稳定性。     

相模变换法分析特高压直流输电线路接地故障

为研究双极运行的特高压直流输电系统中单极接地故障过电压,采用相模变换法分析了双极运行的特高压直流输电系统单极接地故障。首先建立故障时的模量电路,分析线路不同端口性质下健全极过电压的波形特征和幅值,然后结合模量电路分析,以云广直流输电工程为对象,建立了双极直流输电系统的单极接地故障模型,计算和分析了多种因素如故障接地电阻、直流滤波器的工作状态、平波电抗器的布置方式等的影响以及故障时健全极沿线的过电压幅值分布情况。结果表明,直流滤波器的投入与否将改变直流线路端口的阻抗性质,对故障时的过电压影响显著:投入直流滤波器时,中点接地故障时健全极过电压最大可达1.76p.u.,平波电抗器布置方式对健全极过电压幅值无影响;未投入直流滤波器时,平波电抗器布置方式将直接影响到健全极过电压的幅值。     

双极短路故障下海上风电MMC-HVDC并网系统的暂态运行特性

双极短路故障作为最严重的直流系统故障,研究该场景下海上风电模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC)并网系统的暂态运行特性对于系统的断路器配置与控制方案设计有着重要意义.首先分析了直流断路器(direct current circuit breaker,DCCB)未动作时换流站短路电流的产生机理,并提出了风电场侧与电网侧交、直流短路电流的计算方法.其次,研究了计及DCCB控制作用下换流站交、直流侧暂态电压、电流特性,并考虑了风电场运行工况和限流电抗参数对其暂态特性的影响.最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了全系统的电磁暂态模型,通过仿真分析了双极短路故障下有无DCCB控制时换流站的暂态电压、电流特性.研究表明:所提短路电流计算方法具有良好的精度,且DCCB动作后风电场侧交、直流电压恢复速率与其输出有功功率呈正相关关系.该研究工作可为系统的电气设计、断路器选型提供理论依据,也可为系统故障恢复阶段控制方案的制定奠定基础.     

同杆并架±500 kV直流系统间相互影响的实时仿真分析

针对葛洲坝—南桥改造工程可能采用的直流线路同杆并架方案,利用实时数字仿真器对2个双极的直流工程进行建模,深入研究了同杆并架的2个直流系统间的相互影响,研究内容包括葛洲坝—南桥一回、二回采用同杆并架技术输电时,在直流线路的首端、中点、末端分别发生单极、2极(同极性/不同极性)线路、3极线路200 ms或800 ms金属性接地故障时,故障极对健全极的影响、系统恢复情况以及系统过电压情况;单极、双极正常启动或停运、紧急停运时对运行极的影响;还比较了常规直流系统(以三常直流为例)出现单极线路首端、中点、末端故障时与双回直流同杆并架时的区别。研究成果已被应用于葛洲坝—南桥直流增容工程的可行性研究中。     

±800kV特高压直流线路故障选极的极波面积比值法

直流系统一般是双极并列运行,一极线路发生故障时可能会在健全极线路上产生较大的电压变化率和电流变化率,启动判据可能会启动,需正确选择故障极.为此,分析了直流线路的故障特征,分析发现,当直流线路发生故障时,故障极的极波波形远离于零轴,非故障极的极波波形在零轴附近变化,因此故障极的极波波形沿零轴的积分绝对值将远大于非故障极的...     

基于ADPSS的锦苏特高压直流对江苏电网运行特性影响研究

为了深入研究锦苏特高压直流接入后江苏电网的运行特性,交流系统故障或者双极闭锁等故障对江苏电网造成的影响,基于2013年江苏电网预计夏高负荷,在电力系统全数字实时仿真装置(ADPSS)平台上搭建了锦苏特高压直流输电系统的电磁暂态模型和江苏电网其余部分的机电模型。通过机电—电磁混合典型故障仿真研究了锦苏直流接入对江苏电网稳定性的影响,分析了锦苏直流接入对江苏电网静态稳定电压极限的影响,研究了双极闭锁再启动的过程。结果表明,该模型能准确反映锦苏直流输电系统的实际运行特性;锦苏直流的接入提高了苏南地区和关键线路的静态电压稳定极限;通过采取适当措施,直流双极闭锁和交流系统典型故障下江苏电网能够维持稳定运行;双极闭锁后江苏电网能够顺利启动。