基于MMC的半波长交流输电变频调谐技术

为解决半波长输电线路的调谐问题,提出基于模块化多电平换流器(MMC)的变频柔性调谐装置来获得不同的运行频率,使得输电线路具有半波长交流输电的特性。在PSCAD/EMTDC中建立了变频调谐等值系统模型并设计了柔性调谐装置的控制策略。在全球能源互联网的背景下,提出基于变频调谐技术的半波长交流输电在洲际间应用的初步方案,并对特定的情景进行了算例分析。仿真结果证明了基于MMC的变频调谐方法可以将长度为6 000 km的输电线路调谐成运行频率为24.484 Hz半波长线路,且可以实现补偿交流系统功率因数的功能。与传统调谐方法相比,提出的变频调谐方法性能更优,尤其适用于超远距离输电线路的调谐,为解决半波长输电线路的调谐问题提供了新的备选方案。     

半波长交流输电线路电容调谐分析

采用半波长交流输电方式时,当线路的自然长度不足半个波长时,需要对电气波长进行人工调谐。基于传输线理论模型的电容调谐网络,要求调谐电容必须均匀分布在整个输电线路上,根据半波长输电条件(即线路的电气长度等于1个工频半波)推导出调谐电容值计算公式,并结合某1 000 k V交流输电线路参数,分别仿真不同调谐电容数时的调谐效果。结果表明,并非补偿点数量越多,调谐效果就越好。当调谐电容数达到8时,调谐效果趋于稳定,即满足了半波长输电要求,同时使得调谐电容数目最少。     

半波长交流输电柔性调谐的控制策略与仿真分析

半波长交流输电要求线路送受端的电气距离接近半个工频波长。当线路的电气长度不足半个波长时,需要进行人工调谐以确保线路呈现半波长特性。针对现有无源型调谐网络的不足,本文提出了π型半波长输电柔性调谐装置,包括两组并联调谐器和一组串联调谐器。结合并联调谐器和串联调谐器的主电路结构及工作原理,设计了适用于半波长柔性调谐的控制策略,并通过仿真验证了π型柔性调谐装置的可行性。通过适当的控制策略,柔性调谐装置可实现功率因数补偿这一附加功能,仿真结果表明,在实施功率因数补偿后,避免了无功功率经过半波长线路,减小了半波长线路沿线电压、电流的波动。     

电力电子换流技术在柔性半波输电系统调谐中的应用

半波长交流输电是一种超远距离、大容量输电形式,可以实现真正的点对点输电。传统的半波输电调谐方案是基于无源PI型或T型网络进行输电线路调谐,一定程度上限制了半波输电技术的发展和应用。无源调谐网络对系统频率变化和双回线适应性较差,容易因失谐而失去半波特性。该文提出基于电力电子换流技术的柔性半波输电系统拓扑。柔性调谐装置分为变频式和同步补偿式2种类型。变频式柔性调谐装置基于电力电子变频原理,通过调节输电频率来构造变频式半波输电系统;同步补偿式柔性调谐装置基于电力电子换流器同步补偿原理,通过调节输电线路的等效电气距离来构造同步补偿式半波输电系统,可发挥半波输电动态阻抗匹配控制功能,适用于点对点、大容量、超远距离电力输送。     

新型可变频变压器(VFT)的设计与研制

2004年初,世界上第一台可变频变压器(Variable frequency transformer,(VFT))在加拿大魁北克成功地正式投入运行,为实现加拿大魁北克—美国纽约大电网之间的柔性异步联网,核心装备是100MW新型可变频变压器(VFT)。VFT是国际上第四代FACTS新技术,是新型旋转型控制器,是"面—面"式异步联网关键设备,是集成创新成果,是智能电网的新型技术设备。基于对VFT的理论分析、本文提出VFT的设计理念,并对研制VFT的技术进行探索,同时探讨在我国研制新型VFT装置的创新思路和方向。     

半波长交流输电柔性调谐技术

为支撑和加快全球能源互联网建设,半波长输电技术作为一种点对点、超远距离的大容量输电技术方案,是支撑跨国、跨洲输电的有效途径之一,具有较强的优势。半波长输电要求线路为3 000 km(50Hz),实际线路很少能满足这个要求。当线路长度不足或过长时,可以采用人工技术将实际线路调谐成半波长。针对常规无源调谐网络对系统频率变化适应性较差、容易因失谐而失去半波特性及无源调谐适应范围窄等问题,提出了柔性调谐技术。柔性调谐技术通过变频式柔性调谐装置或同步补偿式柔性调谐装置来实现。柔性调谐避免了现有半波长输电无源调谐网络对系统频率变化和双回线适应性较差,容易因失谐而失去半波特性及无源调谐网络内部发生短路故障时引发过电压问题,且同时适用于电气距离大于或小于半波长的线路,具有良好的性能。     

基于移相变半波输电线路电压微补偿分析

采用半波长交流输电方式时,当输电线路的总长度不足半波长时,输电线路特征将不再满足半波输电特性,需要对输电线路进行人工补偿。移相变压器可以改变输电线路末端电压幅值和相角,基于移相变压器的原理对非半波输电线路末端电压进行微补偿分析。结合某1 000 kV交流输电线路参数,在PSCAD中搭建基于移相器的半波输电系统,对输电线路总长度略小于半波长输电线路末端电压的补偿效果进行分析。仿真结果表明,移相变压器补偿可以有效降低沿线电压、电流,补偿后输电线路沿线电压、电流与半波输电线路基本一致,满足半波输电要求。从而证明了移相变压器对非半波长输电线路微补偿的有效性和可行性,为半波长输电线路调谐提供新方法。     

基于变频变压器的电力系统低频振荡自适应阻尼控制器设计

变频变压器(variable frequency transformer,VFT)是一种能够联接异步电网的新型灵活交流输电系统设备.介绍了变频变压器的基本结构和主要功能,重点分析如何利用变频变压器抑制电力系统低频功率振荡,开发了基于变频变压器和普罗尼(Prony)方法的电力系统低频功率振荡自适应阻尼控制器的系统模型和计算程序.利用电力系统综合分析程序建立了包括变频变压器在内的典型4机电力系统和大型实际复杂电力系统的仿真模型,对不同系统规模、不同结构情况下阻尼控制器抑制低频振荡的效果进行大量仿真研究,验证了自适应阻尼控制器的适应性和有效性.     

无源调谐半波长交流输电线路的工频过电压分析

内部过电压是半波长交流输电技术的关键问题之一,当前研究对象大多针对自然半波长线路而非调谐半波长线路。因此在分析自然半波长输电线路相关理论模型的基础上,研究非半波长线路的无源调谐技术,并对无源调谐半波长线路的过电压特性进行仿真分析。仿真结果不仅证明了3种调谐网络均可使非半波长线路实现半波特性,并且还表明了:空载工况下的π型和T型调谐线路的过电压水平均比自然半波线路和电容型调谐线路高;电容型调谐线路的甩负荷过电压水平相对较低;较之π型和T型调谐线路,电容型调谐线路工频过电压水平均更低且典型电压波形更贴近自然半波长线路的波形特性。     

半波长交流输电技术的研究现状与展望

超长距离半波长交流输电因其特有的经济性与技术优势在国内外受到广泛关注。文中介绍了半波长交流输电技术的发展历史与研究现状,阐明了该技术的基本输电特征,分析了半波长交流输电的关键技术问题,如人造半波长交流输电线路的调谐网络优化、功率传输和暂态稳定特性、线路的运行与维护、潜供电弧特性与抑制、内部过电压以及沿途负载供电等,指出了半波长交流输电技术未来发展的重点方向,并给出了一些参考性建议。     

半波长交流输电线路的潜供电弧特性与单相自动重合闸

阐述了半波长交流输电线路的运行特性,给出了其沿线电压、电流的分布规律。通过建立简化的输电线路电磁耦合模型,给出了理想半波长交流输电线路的潜供电流及弧道恢复电压的表达式。研究了线路传输功率、人工调谐网络、线路长度等对潜供电流与恢复电压的影响,结果表明半波长交流输电线路潜供电流与恢复电压分布规律与常规线路截然不同。提出了基...     

半波长输电线路的工频暂态过电压

半波长输电线路因结构的特殊性,其过电压水平与常规短线路有显著的不同,以致内部过电压成为半波长输电亟待解决的关键技术问题之一,因此研究了半波长输电线路中的工频暂态过电压。首先分析了半波长输电线路的功角特性,从有、无考虑电源阻抗两种情况阐述了其空载电容效应。采用典型的特高压输电线路参数,构建了半波长输电线路的仿真模型,与短距离线路的空载电容效应做对比。然后基于不对称故障和甩负荷两种工况,重点研究了线路传输功率、人工调谐网络类型、线路长度等因素对工频暂态过电压水平的影响,并与常规特高压输电线路进行了对比分析。仿真结果表明,发生不对称单相接地故障时,半波长输电线路的工频过电压最为严重,而甩负荷时的影响相对较低;较之π型和T型调谐的半波长输电线路,电容型调谐的半波长输电线路无论发生不对称接地故障还是甩负荷引起的工频过电压水平均更低。     

半波长输电线路故障暂态过电压特性研究

阐述了半波长输电线路故障暂态过程的沿线电压分布特性,构建了典型特高压半波长输电线路的仿真模型,采用电磁暂态计算程序对线路单相接地故障、自动重合闸过程的过电压进行了分析,研究了线路传输功率、人工调谐网络、线路长度等因素对线路故障暂态过电压的影响。分析了沿线装设多组避雷器对半波长输电线路故障暂态过电压的抑制效果,研究了避雷器的安装位置与安装数量对故障暂态过电压水平的影响。仿真结果表明,沿线装设5组避雷器时,半波长输电线路故障暂态过电压水平可限制在1.60 pu以下,但对避雷器的通流容量要求较高。研究结果为发展半波长交流输电技术提供了参考依据。     

半波长输电线路并网特性仿真研究

为了研究半波长输电线路的并网特性,考虑半波长交流输电线路参数分布特性,分析了半波长并网特性与其他类型线路并网特性的差异性。在MATLAB中搭建了半波长线路并网仿真模型,仿真了不同并网条件下半波长线路的并网特性,并与其他类型线路作对比。仿真结果表明,半波长输电线路并网特性最优,并且调谐至半波长的输电线路具有与自然半波长线路一致的并网特性。     

可变频变压器数学模型及仿真分析

可变频变压器(variable frequency transformer,VFT)是一种概念新颖、性能优越的异步电网互联装置。文章简要介绍了VFT的基本结构和工作原理,建立了VFT的数学模型,推导了VFT传输功率与驱动转矩之间的函数关系,在此基础上提出了VFT的控制策略和数字仿真思路。通过PSCAD/EMTDC中的三相绕线式异步电机来表征VFT中的旋转变压器模型进行仿真试验,结果验证了数学模型的正确性以及控制策略和仿真模型的可行性,同时说明了采用VFT进行异步电网互联与HVDC相比的突出优势：调节平滑,具有更好的电压质量并且能够抑制故障,有较好的稳定性。     

含柔性并网装置的半波长输电线路多结构并网研究

考虑到并网偏差过大可能给半波长交流输电系统带来的隐患以及由于半波长线路的超长距离无法实现线路两端电网对并网参数的实时调节,同时考虑了未来半波长系统并网结构的多样性,设计了三种典型半波长输电线路的并网结构,将柔性并网装置应用于多结构的半波长线路并网调节中。然后分析接入UPFC的半波长输电系统等效电路,研究了该柔性并网装置的适用性。并通过Matlab/Simulink软件进行仿真,结果表明采用的柔性并网装置适用于多种并网结构的半波长输电线路,能够大幅改善并网特性。该结果可为未来半波长输电工程的多结构并网控制提供相应的支撑。     

半波长交流输电真型线路初步试验方案

为了解决半波长交流输电技术应用于实际中存在的问题,开展了半波长交流输电试验研究。选择了1 000 kV特高压交流输电线路和750 kV交流输电线路作为真型线路进行试验研究,采用技术经济分析的方法,提出了2个1 000 kV半波长交流试验线路方案和4个750 kV半波长交流试验线路方案。基于试验方案的可行性分析,提出了推荐的半波长交流输电线路真型试验方案。针对推荐的试验方案进行仿真分析,得出了针对半波长交流输电线路的过电压和潜供电流抑制措施。     

可变频变压器在风电并网中的应用

可变频变压器(Variable Frequency Transformer,VFT)是一种概念新颖、性能优越的异步电网互联装置,在我国风力发电迅速发展的同时,风电并网的难题一直存在,利用VFT技术进行风电并网的方式日益受到关注。介绍了VFT的数学模型及其主要特性和优点,并在PSCAD/EMTDC中建立了VFT与风电场的互联模型,进行了风电场的并网仿真实验,着重分析了VFT传输功率和隔离故障的作用,结果表明VFT的应用显著提高了风电场的电压稳定性和低电压穿越能力,可以在风电并网中发挥重要作用。     

半波长输电线路调谐电路接线形式及零序回路补偿

通过研究不同的补偿方式对半波长沿线电压分布的影响,以期获得理论上较为理想的半波长补偿方式。通过电路模型推导指出要完整模拟三相输电线路的传输,需要同时考虑线间回路与零序回路的补偿。在此基础上提出了带零序补偿的调谐电路简化模型。通过比较自然半波长线路、带零序补偿与不带零序补偿的调谐半波长线路在带载、空载与非全相运行等状态下的沿线电压幅值分布,指出线路正常运行时,不带零序补偿的线路沿线电压分布呈现零序回路与线间回路的叠加,与自然半波长有明显的差异。因此,带零序补偿的调谐回路能够更好地模拟自然半波长线路特性。     

基于频长因子极点分布特征的半波长交流输电线路谐波传输特性分析

线路分布参数特性容易在长线路交流输电中引起(间)谐波放大问题。为了分析半波长输电线路的(间)谐波传输特征,提出基于频长因子的有损半波长交流输电线路频率特性分析方法;通过逐次化简,确定以频率和线路长度乘积作为参变量的有损交流输电线路等效(间)谐波传输计算模型。基于计算模型推导,确定了谐波电压注入有损半波长线路引起的末端谐波电压放大规律;研究频长因子极点分布特征以确定谐振频率;求取谐振幅值包络线以确定各次间谐波不放大的临界条件。为了确定(间)谐波电流注入有损半波长交流输电线路引起的末端(间)谐波电压放大规律,提出参考阻抗为基准的(间)谐波电压放大判别方法。提出的计算模型能够确认,始端的谐波电压、电流注入在任何运行情况下均不会在有损半波长输电线路末端产生谐波电压放大;部分间谐波会出现谐振;线路损耗和负荷情况满足不放大条件时各次间谐波不会放大,否则部分间谐波会放大。PSCAD仿真与模型计算结果之间的误差2%,证明了模型的正确性。