±800kV晋北-南京特高压直流输电对安徽电网交流变压器直流偏磁影响分析与治理

为分析±800kV晋北-南京特高压直流输电工程产生的直流偏磁对安徽电网交流变压器的影响,文章基于场路耦合方法,建立安徽交流电网直流电流分布模型,实测获得安徽地区典型土壤电阻率,仿真分析了直流接地极注入5000A入地电流后安徽电网220kV及以上变电站的直流偏磁情况,根据仿真计算结果提出了相应的治理措施,并结合工程启动调试,开展了治理前后的直流偏磁电流测试,验证了治理措施的有效性。     

基于混合直流的受端电网黑启动方法及协调恢复策略

作为直流输电的新方向,混合直流结合了传统以及柔性直流系统的优点,可在电网黑启动中发挥重要作用。为明确混合直流参与黑启动的技术条件与控制方法,针对两端电网换相换流器–模块化多电平换流器（line commutated converter–modular multilevel converter,LCC–MMC）混合直流输电系统,提出了受端电网大停电情况下基于混合直流的黑启动方法及受端电网协调恢复策略。根据黑启动不同恢复阶段特征,首先,明确了在起始阶段受端系统全黑情况下混合直流的启动方法,包括送端LCC换流器和MMC受端换流器的启动及控制方法。然后,针对黑启动初期的弱交流系统阶段,采用可增强系统稳定性的混合直流虚拟同步协调恢复策略;在系统达到一定强度后,提出了相应的控制策略及不同控制方式间的平滑切换方法。最后,在PSCAD/EMDTC软件中进行了仿真验证,结果表明：黑启动初期LCC采用耗能电阻启动能有效满足最小启动电流限制;MMC经限流电阻启动后采用无源网络控制可实现无源端交流电压的建立,并维持系统电压和频率在稳定范围内;在非黑启动电源机组和负荷并网后,交流系统强度改变,所提的3阶段控制切换策略能够有效实现各阶段平滑过渡,且在弱交流系统阶段采用虚拟同步控制可保证弱交流系统阶段的系统稳定性,3阶段控制策略与两阶段恢复策略相比具有显著的优势,从而验证了所提黑启动方法和协调恢复策略的有效性。     

含直流馈入的山东电网电磁暂态仿真模型的研究

依据PSASP综合稳定程序中山东电网的电气数据和宁东-山东直流系统的相关数据,在PSCAD/EMT-DC环境下搭建了含直流馈入的山东电网电磁暂态仿真模型:交流系统模拟了发电机、变压器、线路、无功补偿装置等电气设备,直流系统搭建了换流器的电磁暂态模型及控制系统.通过调节潮流分布、变电站母线短路电流调节,保证了电网的动态特...     

一种基于碳化硅IGBT的可控型直流偏磁抑制方法

针对高压直流输电系统大地回线运行导致的交流电网电力变压器直流偏磁问题,提出一种基于碳化硅(SiC)绝缘栅双极型晶体管与电阻串联的直流偏磁抑制方法。该方法利用碳化硅新型材料耐电压高和动作频率快的优势,通过控制半导体开关的频率以及占空比,在保证变压器有效接地的条件下将平均入地电流限制在安全阈值内;同时,利用电阻降低开关导通电流,限制中性点电压较高时的入地电流;最后,通过仿真算例校核了该方法对变压器中性点过电压的影响,仿真结果表明,该方法对直流偏磁电流具有良好抑制效果,该设备在恶劣工况下完全满足变压器中性点绝缘要求,具有较高的可行性。     

考虑地铁杂散电流影响的变压器直流偏磁电流建模方法

地铁杂散电流会由土壤中的接地网流经变压器中性点从而引发变压器直流偏磁现象.为研究地铁杂散电流对变压器直流偏磁的作用机理,从地铁牵引电流、"钢轨—排流网—大地"杂散电流泄露路径、直流偏磁电流回路三方面等效考虑,搭建杂散电流引起变压器直流偏磁的电阻模型,建立变压器中性点电流随时间、地铁位置变化的动态方程,以LU分解求解得到地铁沿线流经变压器中性点的杂散电流.利用CDEGS搭建地铁运行与变压器仿真模型,对比分析变压器中性点电流的仿真结果与所提建模方法的计算结果,所搭模型误差小,能够准确计算流经变压器中性点的杂散直流量,可有效应用于变压器受地铁杂散电流引发直流偏磁的影响分析.     

考虑蓄电池Run-time等效模型的船舶直流应急电网短路电流计算

为计算直流应急电网不同故障类型下的短路电流,便于直流应急电网开关器件的型号以及相应的保护措施的选择,提出了一种考虑蓄电池Run-time等效模型的船舶直流应急电网短路电流计算方法。与传统蓄电池的Thevenin等效模型和PNGV(the partnership for a new generation of vehicles)等效模型相比,所提方法考虑了蓄电池容量衰减、温度、循环次数、存储时长、电流倍率、自身产热等多因素的影响,对蓄电池的故障等值电路进行了精确模拟。最后,利用实际的直流应急电网短路电流仿真和实验验证了所提方法的准确性,与Thevenin等效模型和PNGV等效模型相比,不同故障下蓄电池Run-time等效模型短路电流的计算误差更小。     

基于机会约束的考虑N-1安全约束的储能优化配置方法

为了解决公共储能在含高比例可再生能源输电网中选址定容的问题,提出了一种基于机会约束的虑及N-1安全约束的公共储能规划方法,用于计算公共储能的安装地点、额定容量和功率配置,在确保输电网安全运行的前提下,提升输电网的经济效益和新能源消纳比例。该方法综合考虑常规电厂、可再生能源电站和储能投资者三方利益,以输电网发电成本、弃风光惩罚最小和储能收益最大为目标函数,在考虑常规发电机组开、停状态和出力约束的同时考虑储能的充、放电状态及充、放电功率约束,在考虑输电网正常状态下安全约束的同时考虑输电网N-1状态下的安全约束。针对发输电可靠性测试系统IEEE RTS-96建立了仿真算例,以典型日负荷、风电和光伏预测出力数据作为依据,利用改进广义Benders分解法进行求解,并使用灵敏度分析法对优化结果进行对比分析,分析结果表明,所得储能优化方案可有效消除N-1故障时的支路潮流越限,能够保证输电网N-1状态下的安全运行,相较于不考虑N-1网络安全约束,本文方法所得优化结果虽然经济性略有降低,但是在线机组最大容量、负载率均衡度等安全指标均得到明显提高,提升了储能整合后输电网运行的安全性。所得储能规划方案实现了确保输电网N-1安全性的经济性最优,可用于指导对安全性要求较高的储能规划,具有一定的工程实用价值。     

HVDC引发次同步振荡的复转矩系数法分析

次同步振荡是电力系统运行的不正常状态,发生后可能损坏汽轮发电机组转子,危害电网运行。我国直流工程附近电厂已多次发生次同步振荡,因此高压直流输电引起次同步振荡的问题亟待解决。以高压直流输电引发次同步振荡的机理分析为基础,利用复转矩系数法,对含高压直流输电的系统建立数学模型进行理论分析。然后基于PSCAD/EMTDC搭建含高压直流输电的系统仿真模型,应用复转矩系数法对算例系统进行理论计算与仿真结果综合分析,验证复转矩系数法对于高压直流输电引起次同步振荡研究的有效性。最后,通过复转矩系数法,分析与高压直流输电相连的送端电网强度对系统次同步振荡的影响。     

基于暂态能量流的MMC-HVDC系统故障建模及仿真分析北大核心

为分析由模块化多电平换流器(modular multilevel converters, MMC)构成的高压直流(high voltage direct current, HVDC)输电系统中的直流短路故障特性,可通过关注系统中暂态能量流(transient energy flow, TEF)的分布对MMC-HVDC系统进行暂态建模与仿真分析。对于单端MMC,可基于暂态能量守恒将半桥子模块(half bridge sub-modular, HBSM)电容等效为时变电容,建立将半桥子模块动态切换与交流汇入两个因素共同考虑在内的MMC暂态模型,分别列写并求解闭锁前后的状态方程,得到精确的MMC内部故障特征与TEF分布情况。对于复杂直流电网(HVDC grid),提出一种基于电磁暂态仿真结果的TEF分析方法,不仅可根据各部分TEF特征揭示直流故障演化规律,还可通过递推计算实现对故障电流的定量分析。最后,根据TEF流动规律提出一种考虑HBSM电容电压波动范围的暂态能量抑制策略,可有效降低故障电流并为后续故障保护争取更多时间。依据PSCAD中的仿真结果对暂态模型与能量抑制策略的正确性进行验证,同时将所提TEF分析方法应用在搭建的四端直流电网中,获取其故障传播特性。     

HVDC换流器交流等值谐波阻抗研究

高压直流(HVDC)输电换流器交流等值谐波阻抗的计算对交直流系统谐波不稳定的研究和HVDC系统交流滤波器的设计具有重要意义。基于开关函数法,计及换流器直流侧谐波电流调制到交流侧产生的两种主导谐波电流的影响,同时考虑这些谐波经换流器的反复多次调制,提出了新的换流器交流等值谐波阻抗模型。通过分析换流器谐波对其交流等值谐波阻抗的影响,提出了基于时域仿真计算换流器交流等值谐波阻抗的方法并给出了具体的计算步骤,该方法消除了换流器自身是一个谐波源对仿真结果的影响。最后,以宜华直流工程为算例,将换流器交流等值谐波阻抗数学模型计算结果与时域仿真结果进行对比,表明新的换流器交流等值谐波阻抗模型较当前主流数学模型的准确性有较大改善并且在低频范围内有较高的准确度。     

10kV配电线路杆塔接地装置冲击特性研究

分析10kV配电线路杆塔接地装置的冲击接地电阻特性对于提高配网的供电可靠性起着十分重要的作用。本文采用了考虑土壤火花放电的时域传输线优化模型计算接地装置计算分段导体的电气参数,并建立PSCAD仿真土壤火花效应的等效计算模型：通过对10kV配电线路的水平一垂直型和方格放射型两种常见的接地装置在经过雷电流时．冲击电阻随土壤电阻率,雷电流幅值以及接地装置埋深大小变化的关系,提出在10kV配电线路中根据地质条件、雷电参数和技术经济要求选择合适的接地装置。     

基于PTR2000模块的直流系统接地故障多点监测的研究

直流系统是发电厂、变电站中十分重要的电源系统,其组成的供电网络是一个复杂的、并联支路众多的网络,而自身的可靠性及安全性直接影响到整个电力系统的安全. 本文针对直流接地故障检测中因分布电容的存在而造成对检测结果的影响,设计了超低双频交流信号注入法,配置无线通信PTR2000模块和适用于本系统自定义的无线通信协议,实现无线多点数据采集和传送的功能,进行了接地电阻和电容值的测试和远程传送,测试结果证实了设计的正确性和可行性.     

大规模光伏电站经柔性直流并网系统故障穿越策略

大规模光伏经柔性直流并网系统采用直流架空线路是未来新能源并网的趋势之一。然而,架空线直流短路故障发生概率较大,极易导致光伏电站脱网或换流站电力电子器件损坏。本文首先根据柔性直流输电系统、光伏电站特性,建立了相应的数学模型及仿真系统模型;其次,针对大容量光伏经双极模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的高压直流功率传输系统发生直流架空线路单极短路接地故障工况,分析其故障特性;最后,提出综合考虑直流断路器(direct current circuit breaker,DCCB),换流站控制方式,光伏电站功率出力控制的直流故障穿越的协调控制策略。即故障发生时利用非故障极换流站继续进行功率传输,根据换流站额定功率与光伏电站输出功率计算得到不平衡功率,充分利用光伏阵列自身功率输出特性,优化光伏电站内的直流线路电压,实现控制光伏电站输出功率减载;对直流架空线路在瞬时故障情况下的故障穿越问题,提出了光伏电站减载以及换流站功率前馈增量控制,从而维持系统功率平衡,提高系统的并网稳定性;基于PSCAD/EMTDC的建模仿真,通过故障穿越措施前后的系统参数对比,表明所提方法能够有效的维持光伏电站与柔性直流系统运行特性,平稳实现故障穿越。     

一种考虑分布电容电流影响的方均根电流线损在线计算方法

方均根电流法是广为应用的理论线损计算方法,交流超特高压线路长、电压高、分布电容电流大,传统的方均根电流法对于超特高压长线的理论线损计算精度降低。通过分析超高压长线分布电容电流及高压并联电抗器对传统方均根电流线损理论计算的影响,文章提出了一种补偿分布电容电流影响的方均根电流理论线损算法,适用于带高压并联电抗器的超特高压长线路。通过安徽电网EMS在线理论线损计算平台的实践应用,进一步证明了本实用算法的有效性。     

直流微网供电系统控制技术研究

根据风能发电与太阳能发电的相辅特性以及蓄电池的储能特性,构建了一套多电源供电的直流微网系统发电模型.通过对此系统的能量流动及运行特性的分析,提出了此系统的能量管理方案.分别绘制出了直流微网各组成部分的模块方框图以及仿真模型.针对逆变器的拓扑结构得出了其控制的数学模型,采用基于SVPWM的电压电流双闭环控制实现了微网在并网和离网两种运行模式下的稳定运行和自动平滑切换.最后通过仿真测试验证了分布式电源、蓄电池、负载以及电网在不同的工况下此能源控制方案的可行性,实现了此供电系统的稳定运行.     

电网不平衡下基于SOGI的MMC环流抑制策略

模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）的设计和分析通常是在电网平衡下进行,但在实际运行中交流电网是不平衡。电网不平衡将导致MMC桥臂环流的直流分量不再相等,含有2倍频的正序、负序和零序分量,使系统损耗增加,影响系统性能。首先,本文根据MMC的数学模型和相单元的瞬时功率分析环流的产生机理,得到电网不平衡时环流各分量的等效电路。然后,提出一种电网不平衡下基于二阶广义积分器（second order generalized integrator,SOGI）的环流抑制策略,该策略将三相环流中2次谐波分量与不相等的直流分量分离后单独抑制,采用比例积分（proportional integral,PI）控制经SOGI提取桥臂环流的正序、负序2倍频分量,采用准比例谐振（proportional resonant,PR）控制环流的零序2倍频分量。最后,在PSCAD/EMTDC平台中搭建217电平的MMC系统模型,将本文所提环流抑制策略与传统环流抑制策略、采用准比例谐振器控制环流抑制策略和采用比例积分谐振（proportional integral resonant,PIR）控制环流抑制策略进行仿真实验对比。实验结果表明：在单相非金属接地故障时,与其他3种环流抑制策略作对比,本文策略能将环流的2倍频分量抑制到0.000 6 kA,将谐波畸变率降低到0.03%,表明所提策略的优越性;同时在两相非金属接地故障时,本文策略能将环流的2倍频分量抑制到0.003 9 kA,谐波畸变率降低到0.22%。仿真实验结果验证了本文方法的有效性。     

计及特高压直流外送及转运合同约束的日前优化调度

分析特高压直流输电的运行特性、转运合同对电网运行调度的影响, 建立计及特高压直流外送和子电网间转运合同约束的日前优化调度模型。以电网运行成本最小和弃风弃光最少为目标, 同时考虑交直流线路的外送和转运电量约束, 通过增加表征功率调节的功率上调和功率下调两类0-1变量, 将特高压直流输电线路的阶梯化约束表述为0-1混合整数的线性方程。以改进的IEEE 39节点系统为例, 分析特高压直流外送及转运合同对电网可再生能源消纳的影响, 验证了本研究所提方法的有效性。     

电网电压不平衡下基于模块化多电平的高压直流输电控制策略

研究了基于多电平变流器(MMC)的两端柔性高压直流(HVDC)输电系统。首先建立了MMC数学模型,分析了MMC内部环流产生的原因以及环流危害,接着研究了HVDC输电系统的工作原理和控制策略。系统的控制逻辑可分为3级,其中最低层控制策略为换流站内的阀级控制,包含MMC的调制方法和环流抑制策略。重点研究了换流站级的双环PI控制和阀级的环流抑制。通过搭建输电系统模型实现了正常工况下理论分析和软件仿真论证,同时设计了非正常工况下经过正负序分离后的双环PI控制方法,实现了电网电压不平衡时系统的稳定控制。     

500kV交流输电线下工频电场对人体的影响

采用有限元分析软件ANSYS建立了近似人体的二维仿真模型,分析计算了在500 kV交流输电线路下工频电场对人体的影响,得出了人体感应电场及总感应电流的分布情况.仿真结果表明,无论人体接地与否,人体最大感应电流密度和人体内部最大电场强度均小于国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）规定的安全限值.