闽-台电网异频率直流互联的可行性研究

高压直流输电的超远距离、超大容量和低损耗的送电能力,使其成为电力电子应用技术最为活跃和重要的研究领域之一。对利用直流电缆输电,实现闽台电网的不同频率互联,增强电网的稳定性,保障闽台电网安全运行进行了研究后,得出的闽台直流联网系统应包括换流站、整流逆变站、接地极与接地极线路等。拟在福州和厦门建设两个换流站,使用两回路海底电缆连通台北和高雄换流站,实现相互送电,此研究对海底直流联网具有实际意义。     

世界各国海底电缆输电工程发展综述

介绍了国内外电网互联海底电缆输电工程的现状,对各区域跨海联网工程发展趋势,以及典型工程的海底电缆保护方式进行了归纳总结。基于海底电缆工程采用输电电压方式,提出了直流输电用于海缆工程的优点与固有缺陷,以及VSCHVDC应用于海缆工程的优势。     

大连跨海柔性直流输电科技示范工程综述

详细介绍了目前世界范围内容量最大的柔性直流输电工程——大连跨海柔性直流输电科技示范工程的建设背景、系统接入设计方案及功率输送范围等,并对换流站的系统结构以及柔性直流换流站特有设备的原理进行了阐述。该工程由电压等级±320 kV换流阀及35 km直流海底电缆组成,最高输送容量达1 000 MW,主要用于大连城市地区供电。该工程的建成将增强该地区电力输送能力,提高电网可靠性。     

换流站交流出线方式对换流变空投的影响

近年来,输电网中电缆线路占比增加,电缆线路由于其电抗小、对地电容大可能会影响换流站与交流电网的谐振特性。为了分析换流站交流出线方式对换流变空投的影响,分析了换流变空投时励磁涌流和铁磁谐振现象,建立了架空线路和电缆线路2种换流站交流出线方式。以我国典型±500 kV直流工程换流变为例,利用PSCAD/EMTDC仿真研究了换流站不同出线方式、电缆线路占比及断路器合闸电阻对励磁涌流和铁磁谐振的影响,并提出了相应建议。结果表明:不同出线方式对励磁涌流影响并不显著;在电缆线路出线方式下更易发生铁磁谐振,且电缆占比越高,铁磁谐振发生概率越高;断路器合闸电阻对励磁涌流和铁磁谐振均能有效抑制。     

海底交直流电缆输电系统经济性比较

针对海底电缆输电方式的选择问题,运用现金流折现模型,从经济层面对交流输电系统和直流输电系统进行比较。分别从设备投资成本、维护成本和损耗费用3个方面对海底交直流电缆输电系统的成本进行了探讨,给出了各部分成本的计算方法。以海底电缆连接海上风力发电场和内陆电网为基本模型,对不同输电距离下海底交直流电缆输电系统的经济性进行了比较,得到了不同输电距离下交直流系统的经济性比较结果。研究结果表明：当输电距离较短时,交流海缆输电系统经济性优于直流海缆输电系统;当输电距离大于临界值时,直流海缆输电系统比交流海缆输电系统更经济。     

国内外海底电缆输电工程综述

综述国内外从20世纪90年代以来区域电网互联海底电缆输电工程建设,分析各国跨海域联网工程发展趋势,为国内跨海联网工程建设输电电压方式的研究,尤其是海南联网二期工程电压方式的选择提供借鉴和参考。讨论了直流输电用于海缆工程的优点与固有缺陷以及柔性直流技术应用于海底电缆输电工程的优势。     

海上风电直流单极接地故障下容错运行的组网方案与控制

随着远海大容量海上风电的发展,基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的高压柔性直流输电技术成为实现远海风电输送的重要方案。然而,由于高压直流外送电缆距离长,敷设环境恶劣,外送电缆易遭受各类意外事件。该文针对海底电缆最为常见的单极永久性接地故障,结合海上半桥型MMC—岸上混合型MMC的输电拓扑,分别提出利用海上换流站一主一备变压器和接入低电压等级变压器2种组网方案,进而提出实现容错运行的换流站、风电场容错控制策略。最后仿真验证了在所提组网方案下,该文所提控制策略可实现海底电缆单极接地故障下海上风电经柔直并网系统容错运行,并分析对比了所提方案的技术难度、作用效果、经济性及适用场景。     

国内外海底电缆工程研究综述

海底输电工程被公认为最复杂困难的大型工程,其中海底电缆的设计、制造和安装更是难度最大的。简要回顾了世界上海底电缆工程的发展历程,详细介绍了世界上主要海底电缆工程以及海底电缆的生产现状。并比较了不同绝缘形式的海底电缆的优缺点,分析了交、直流海底电缆的经济性和适用性,介绍了轻型直流电缆系统,展望了我国海底电缆的应用前景。     

基于MMC平均值模型的柔性直流输电系统海底电缆故障过电压计算

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)具有调制简单、开关频率低、谐波分量小等优点,在柔性直流输电系统,尤其是跨海域的电能传输中得到了广泛的应用。笔者采用了MMC换流站平均值模型,提出了一种简化的计算海底电缆直流故障时过电压的计算方法,节省了计算量,仿真结果与详细模型十分接近。     

海底电缆综合监测关键技术及应用

跨海电网海底电缆由于缺乏有效的技术监测手段,导致海底电缆故障及停电事故时有发生。通过抽取海底电缆复合光纤作为分布式监测的传感元件,构建了海底电缆综合监测系统,实现对海底电缆运行状态实时在线监测,取得多项关键技术突破。重点介绍了利用光纤拉曼散射、布里渊散射和瑞利散射分别对温度、应变和振动特性反应敏感的技术原理,以及实现对海底电缆运行的温度、应变状态和振动事件进行分布式综合监测的技术成果,支撑了跨海电网安全稳定运行。该技术在实际应用中取得了显著效果,并且经济和社会效益突出,具有进一步推广应用的前景。     

特高压并联型三端混合直流输电系统功率转带策略

特高压并联型三端混合直流输电系统作为多端直流输电的一种重要形式,相较于常规特高压两端直流输电系统,其在故障后的功率转带更为灵活和复杂。文中基于中国乌东德多端直流工程,提出了一种适用于特高压并联型三端混合直流输电系统的功率转带策略。基于闭锁前三站各极的功率水平、最小和最大输送功率能力以及所处的控制模式,计算并重新设置各站各极的功率、电流参考值,实现故障极功率的极间转带和站间转带,以减少功率损失,同时兼顾最小化非故障逆变站的接地极电流。通过实时数字仿真,验证了所提策略的有效性。     

±500kV永富直流输电工程分极送电接地方案造价分析

±500 k V永富直流输电线路采取分极送电云南、广西电网时,由于两侧负荷需求及特性不一致可能导致两极输送功率不一致,从而带来较大的不平衡电流,与常规直流工程设计存在极大差异。因此,结合永富直流分极送电时的不平衡电流规模、持续时间,对直流工程采用双极两端中性点接地方案或采用双极金属回线方案进行造价分析比较,从而为相似直流输电工程的投资决策提供参考。     

风电接入真双极MMC-MTDC系统直流故障穿越协调控制策略

由于柔性直流输电系统通常采用架空线进行直流输电,其故障发生率较高。当系统发生单极短路接地故障后,通过真双极接线方式可将故障极不平衡功率转带给非故障极。根据换流站的功率裕度将不平衡功率分为自消纳和协同消纳情况,针对自消纳情况,通过送端双极换流站间的功率转带即可实现故障穿越;针对协同消纳情况,设计换流站及耗能电阻间的协调控制策略,考虑到耗能电阻投入时长有限,采用后续风机切机的方式减少直流系统内不平衡功率。最后,通过PSCAD验证了所提控制策略的有效性。仿真结果表明,该策略能有效避免故障范围的扩大,确保系统的安全运行。     

变压器直流偏磁及其与接地电阻关系的研究

Recently years,UHVDC transmission system is paid more attention to in the field of China’s power system.It takes key part in the China electrical power development stratagem.But,many problems are caused by UHVDC system,such as DC bias,corrosion of metal underground and so on.DC bias is harm to the transformers nearby UHVDC grounding polar.In this paper,the influences of DC grounding current on transformer are introduced and some suggestions of DC bias solution were provided.And,the relationship between UHVDC Grounding Current and grounding Resistance of Substation was analyzed.Firstly,two-part network circuit was used to equivalent the grounding circuit.Then,an analysis of rules was done between DC bias current and grounding resistance.Finally,the conclusion is given that DC bias current rises fast as DC grounding resistance or AC grounding resistance rises.It drops when resistance of AC transmission line or interaction resistance between DC grounding system and AC grounding system rises.Decreasing AC grounding resistance and DC grounding resistance is important to restrain DC bias current.Increasing resistance of AC transmission line such as adding resistance into transformer neutral-point grounding is a useful way to limit DC bias current.     

±500kV天广直流输电系统交流滤波器控制软件缺陷分析与改进措施

介绍了无功功率控制在高压直流输电系统中的作用,分析了天生桥换流站交流滤波器的配置及其投切控制原理;结合天广直流交流滤波器运行过程中出现的事故,对天广直流无功控制软件进行深入研究,分析其中存在的缺陷并提出改进措施.     

多直流单极运行下的偏磁直流分布关键站点辨识方法

随着我国±1100kV特高压直流输电工程的建设,新疆电网在多个直流接地极共同影响下的直流偏磁风险也成为了电力部门需要解决的新问题。基于复杂网络理论,提出了多接地极共同作用下的偏磁直流关键站点辨识方法,研究了多接地极下偏磁直流站点间、站点与线路间的偏磁直流影响作用,提出了考虑影响因素不确定下的对偏磁直流分布有重要影响作用的关键度指标,以衡量多接地极作用特征最后,并给出了计算方法,以新疆750kV特高压交流系统为例,分析了在±1100kV准东特高压直流和±800kV天中直流共同作用下的影响偏磁直流分布的关键站点,与2018年10月期间实际测试数据对比,结果验证了方法的可行性和关键站点判据的有效性。论文研究成果可有效辨识对偏磁分布起到关键作用的变电站特征,为提高电网变压器直流偏磁的早期预警能力提供有用参考。     

地电流对电力变压器影响研究

介绍了对南方电网和华东电网在直流输电系统以单极大地回路方式运行时直流接地极地电流对电力变压器的影响以及缓解措施的调查情况,并对接地极地电流对电力变压器的影响进行了分析研究,提出应根据实际运行情况采取合适的保护措施。     

考虑换流站损耗特性的交直流系统多目标无功优化控制

交直流互联系统中各个直流输电通道在输送大量电能的同时,也会产生很大的电能损耗。通过协调优化多回超/特高压直流输电系统的电压无功控制措施,能够有效地降低整个交直流系统运行的损耗电量。提出一种考虑换流站详细损耗特性的交直流系统多目标无功优化控制方法,以包括换流站内部各主要设备损耗的整个交直流输电系统总网损和所有关键节点电压偏差平方和的最小化为目标,建立交直流互联系统的多目标无功优化控制模型。提出一种自适应加权和算法,结合GAMS/CONOPT解法器求解得到多目标优化问题的均匀分布的帕累托最优解集。并根据各个最优解的模糊隶属度和熵权信息从帕累托前沿曲线中确定出折中最优解,作为多目标无功优化控制方案。通过对某个6056节点交直流互联系统的计算表明,所提出的算法求得的帕累托最优解集分布均匀,且所获得的多目标无功优化控制方案能够有效降低换流站运行损耗,提高关键节点的电压质量。     

直流接地极线路与同塔或同走廊架设交流输电线路相互影响

为节省线路走廊占地,直流接地极线路会部分与站外交流电源线路同塔共架或同走廊架设,2种架设方式均存在交流线路和直流接地极线路相互影响的问题。采用电磁暂态计算程序,对接地极线路与35 kV交流线路同塔共架和接地极线路与330 kV交流线路同走廊架设条件下,交流线路和直流接地极线路的相互影响进行研究。结果表明：直流接地极线路与35 kV交流线路同杆共架时,35 kV交流线路在直流接地极线路上产生的感应电动势很小,最高感应电动势小于2 kV,对直流系统不会造成影响;直流接地极线路在35 kV交流系统上产生的感应电动势远小于35 kV交流设备的绝缘水平,对35 kV交流系统的安全运行不会造成危害。直流接地极线路与330 kV交流线路同走廊架设时,330 kV交流线路在直流接地极线路上产生的最高感应电动势不大于18 kV,对直流接地极线路的安全运行不会造成危害。研究结果对保障交流线路和直流接地极线路的安全稳定运行具有重要意义。