半月刊

ISSN 1000-1026

CN 32-1180/TP

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  • 含大规模电力电子装备的电力系统保护与控制
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    • 特约主编寄语

      2017, 41(12):1-1. DOI: 10.7500/AEPS20170514005

      摘要 (3406) HTML (0) PDF 1005.62 K (1923) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • 含大规模电力电子装备的电力系统故障分析与保护综述

      2017, 41(12):2-12. DOI: 10.7500/AEPS20170502006

      摘要 (4379) HTML (0) PDF 1.51 M (3804) 评论 (0) 收藏

      摘要:大规模电力电子装备接入使电力系统故障特征不仅受拓扑结构影响,而且受控制策略的影响,导致基于同步机故障特征的常规保护方法对含电力电子装备电力系统存在适应性问题。文中综述了国内外含新能源电源、高压直流、柔性直流的电力系统故障建模、故障特征分析及继电保护的研究进展,在此基础上对含大规模电力电子装备的电力系统故障特征分析方法提出思考,对保护原理的发展趋势进行分析总结。最后,提出考虑协调控制与保护的建议与设想,并探讨了进一步的研究方向。

    • 新能源发电并网系统的小信号阻抗/导纳网络建模方法

      2017, 41(12):26-32. DOI: 10.7500/AEPS20170125005

      摘要 (2515) HTML (0) PDF 1.38 M (2511) 评论 (0) 收藏

      摘要:变流器与交直流电网之间相互作用引发的功率振荡是新能源发电并网系统面临的重要稳定性问题。小信号建模是分析这一问题的基础,但变流器数量巨大、结构各异及其控制系统“黑(灰)箱化”,导致常规的建模方法面临困难。为此,文中提出新能源发电并网系统的小信号阻抗(导纳)网络建模方法,通过将系统部件建模为可反映其内在动态的外特性频域阻抗(导纳)模型,并根据电网拓扑互联起来形成阻抗(导纳)网络,获得目标系统的整体模型,进而通过阻抗聚合量化分析系统的振荡特性。采用河北沽源风电场—串补输电系统次同步振荡问题的建模与分析来说明方法的有效性。

    • 基于改进型重复控制算法的多功能并网逆变器设计

      2017, 41(12):48-55. DOI: 10.7500/AEPS20161223006

      摘要 (2101) HTML (0) PDF 1.65 M (1685) 评论 (0) 收藏

      摘要:为使多功能并网逆变器能够在传输有功功率的同时实现电能质量治理的功能,提出一种基于改进型重复控制算法的内环控制器设计方法。为提高内环控制系统的动态响应能力,改进型重复控制器采用比例控制器与传统重复控制器并联的形式。通过对内环传递函数的分析,提出等效被控对象的概念,将并联的比例控制器等效成系统被控对象的一部分,由此分析了内环系统的稳定性、稳态误差以及动态性能,并在此基础上对重复控制器的参数进行设计。最后,通过仿真和实验验证了所设计的内环控制器能够实现对参考电流的快速精确跟踪,基于改进型重复控制算法的多功能并网逆变器具有优良的电能质量治理能力。

    • 含柔性直流电网的交直流混联系统潮流优化控制

      2017, 41(12):70-76. DOI: 10.7500/AEPS20170124003

      摘要 (2847) HTML (0) PDF 1.32 M (2367) 评论 (0) 收藏

      摘要:含柔性直流电网的交直流混联系统中换流站功率参考值和下垂系数分别决定了换流站功率分配以及直流电压与直流功率间的斜率控制关系,进而决定了整个交直流混联系统的潮流分布,因此功率参考值和下垂系数的选取至关重要。为此,提出一种含柔性直流电网的交直流混联系统潮流优化控制策略,对功率参考值和下垂系数进行优化,以实现系统网络损耗和直流电压偏差率综合最小的目标。首先,针对含柔性直流电网的交直流混联系统建立了换流站模型、交流系统模型和直流电网模型,并建立了直流电网在主从运行方式或下垂运行方式下的控制方程统一表达式。然后,基于含柔性直流电网的交直流混联系统最优潮流,在线自适应修正换流站功率参考值和下垂系数。最后,对不同运行方式下含五端柔性直流电网的修正IEEE 39和IEEE 118节点交直流混联系统进行计算分析,其结果验证了所述方法的有效性。

    • 柔性直流输电系统新型故障重启方法

      2017, 41(12):77-85. DOI: 10.7500/AEPS20170328003

      摘要 (2091) HTML (0) PDF 1.53 M (1850) 评论 (0) 收藏

      摘要:换流器自清除技术的逐渐成熟使得基于架空线路输电成为柔性直流输电的发展趋势。架空线路输电时瞬时性故障概率较大,因此需配置有效的重启方法确定是否应该恢复系统的正常运行。传统的柔性直流输电系统重启方法因重启于永久性故障时会对系统造成二次过流、过压危害,不利于系统的安全可靠运行。提出了一种具有低电流、低电压危害的新型重启方法,在故障性质判断期间将换流器运行于不控整流方式,通过判断电流的有无,实现故障性质的判断。这种方法在重启于永久性故障时能够有效避免对系统的二次过流冲击,也不会产生二次过电压。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了两端模块化多电平换流器型直流系统,通过仿真测试验证了所设计重启方法的可行性和优越性。

    • 含逆变型分布式电源配电网自适应电流速断保护方案

      2017, 41(12):86-92. DOI: 10.7500/AEPS20160811002

      摘要 (2108) HTML (0) PDF 1.34 M (1523) 评论 (0) 收藏

      摘要:近年来,针对含有逆变型分布式电源(IIDG)的配电网保护受到广泛关注。然而,现有的基于远方信息或就地信息的保护原理都存在着一定的局限性,尤其是IIDG以T形接入方式接于线路上的情况。为此,文中首先研究了IIDG的控制策略及其故障电流输出特性,进而提出了计及控制策略的含IIDG配电网自适应电流速断保护新原理;其次,提出了利用基于IEC 61850通信协议中的制造报文规范(MMS)服务获取IIDG的功率参考值和控制参数的保护实现方案,以较小的经济代价确保自适应电流速断保护在不同的分布式电源出力条件下具有固定的保护范围;最后,基于实时数字仿真(RTDS)和自主研发的保护装置平台,实现并验证了所提保护方案的有效性。

    • 含逆变型分布式电源的配电网正序阻抗纵联保护

      2017, 41(12):93-99. DOI: 10.7500/AEPS20161229015

      摘要 (1979) HTML (0) PDF 1.33 M (1644) 评论 (0) 收藏

      摘要:逆变型分布式电源区别于传统电源的故障特性导致传统电流保护难以快速可靠切除故障,也影响了现有输电网保护原理直接应用于配电网的动作性能。借鉴电流差动保护原理思想,定义了正序差动阻抗,理论分析了其在区内外故障时的幅值差异,提出了一种适用于有源配电网的正序阻抗差动保护原理。为进一步改善保护性能,有效应对分支负荷的影响,构造了带制动特性的动作判据。针对区内三相金属性短路故障时保护存在的死区问题,利用故障时正序阻抗与正序电流幅值特征构造了辅助判据。与传统电流差动保护相比,所述方法无需两端数据同步采样,对通信要求较低。仿真结果验证了保护原理的有效性。

    • 逆变型电源接入对选相元件的影响分析

      2017, 41(12):106-112. DOI: 10.7500/AEPS20160511005

      摘要 (1862) HTML (0) PDF 1.52 M (1362) 评论 (0) 收藏

      摘要:大规模逆变型电源并网故障情况下采取正序分量控制策略,仅输出正序电流,导致逆变型电源侧正、负序电流分配系数严重不相等。从故障序阻抗特性出发,对含大规模逆变型电源送出线路基于传统相电流差突变量幅值关系和序电流故障分量间相位关系的选相元件动作特性进行分析。逆变型电源侧选相元件不能正确选相;系统侧选相元件动作性能受逆变型电源接入影响较少,基于PSCAD的仿真结果验证了理论分析的正确性。最后,对可能应用于含大规模逆变型电源接入的联络线选相元件判据进行了展望。

    • 柔性直流输电对交流系统负序方向元件影响分析

      2017, 41(12):113-117. DOI: 10.7500/AEPS20160711004

      摘要 (1911) HTML (0) PDF 1.30 M (1577) 评论 (0) 收藏

      摘要:介绍了柔性直流换流器等效模型,分析了负序方向元件在含柔性直流系统的交流系统电网中的适应性,并通过仿真研究对理论分析进行了验证,提出了保护配置建议。仿真结果表明,交流电网不对称故障时基于负序方向元件的纵联保护可能拒动或误动,对柔性直流换流站出线不宜采用基于负序方向元件的纵联保护。

    • 基于电压源换流器的柔性配电系统故障限流方案

      2017, 41(12):118-123. DOI: 10.7500/AEPS20161222005

      摘要 (1777) HTML (0) PDF 1.89 M (1597) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于电压源换流器的直流配电系统故障线路电流因电容放电而迅速上升,换流器中大量电力电子器件使系统对故障隔离时间提出较高的要求,而故障限流器接入直流系统不仅能限制直流侧故障线路电流,还能限制交流侧以及换流器中的电流。从系统整体限流的角度出发,提出一种基于全控型晶体管的新型限流模块,根据两极短路的故障暂态过程对限流原理进行详细分析,并给出限流模块参数选择的一般原则及其理论计算方法。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,通过大量的仿真测试、对比,验证该限流方案的有效性。

    • 面向逆变器型分布式电源的快速建模与仿真方法

      2017, 41(12):13-19. DOI: 10.7500/AEPS20161130019

      摘要 (2284) HTML (0) PDF 1.35 M (2121) 评论 (0) 收藏

      摘要:在利用数值仿真方法研究逆变器型分布式电源大规模接入配电网的特性和影响时,采用详细模型因涉及非线性的电力电子器件,仿真步长需选取很小,致使仿真速度缓慢,而采用过于简化的模型又不能完整反映系统的动态特性,因此有必要研究准确、高效的分布式电源建模方法。在正负序分离控制的基础上,详细分析了逆变器型分布式电源的动态相量建模方法,并且在PSCAD/EMTDC中建立了分布式电源的电磁暂态模型,同时在MATLAB/Simulink中建立了等效动态相量模型。通过仿真比较,结果表明采用的动态相量模型在配电网电压对称、不对称工况及故障情况下均能准确地反映系统运行的动态过程,并显著加快仿真速度,适合应用于逆变器型分布式电源高渗透率下配电网运行特性的快速仿真。

    • 基于SVG的电网多节点电压不平衡综合抑制方法

      2017, 41(12):40-47. DOI: 10.7500/AEPS20161026006

      摘要 (1935) HTML (0) PDF 3.23 M (1634) 评论 (0) 收藏

      摘要:文中提出静止无功发生器(SVG)用于电网多节点电压不平衡治理的综合补偿策略。首先结合对称分量法建立了电网多节点不平衡分析数学模型,研究了单台SVG补偿多节点电压不平衡的机理;其次以2种电网不平衡优化治理目标(各节点负序电压幅值平方和最小及各节点电压稳态不平衡度不大于2%)构建了关于SVG的不平衡综合补偿优化模型,分别依据非线性规划原理和几何辅助分析对优化模型进行了求解;在此基础上,文中利用电能质量监测设备和SVG构建不平衡综合治理系统,通过在线阻抗测量、在线指令优化实现了不平衡综合抑制的SVG在线控制;最后通过PSCAD搭建电网模型验证了所提方法的有效性。

    • 提高下垂控制逆变器虚拟功角暂态稳定性的控制方法

      2017, 41(12):56-62. DOI: 10.7500/AEPS20170125007

      摘要 (3178) HTML (0) PDF 1.58 M (2217) 评论 (0) 收藏

      摘要:下垂控制逆变器在大扰动下存在类似于传统同步发电机的暂态失稳现象,且受到逆变器输出电流限幅环节的影响使其电压控制环失去作用,因而工作于饱和电流源模式。文中进一步分析了在暂态过程中由于电压非理想跟踪特性而导致虚拟功角曲线发生偏移、并使逆变器暂态稳定裕度下降的机理。在此基础上,提出一种估计逆变器输出电流并用于前馈控制的方法,以提高逆变器的电压跟踪性能,从而提高逆变器的暂态稳定性。此外,针对逆变器暂态过程中无稳定平衡点的问题,提出一种暂态同步控制策略。当逆变器电压控制环饱和失控时,将逆变器控制在合适的平衡点,以防止其发生暂态失稳,同时为系统提供无功支持。最后,采用单机无穷大系统验证了所提出方法的有效性。

    • 考虑柔性交流输电系统设备控制的校正型安全约束最优潮流

      2017, 41(12):63-69. DOI: 10.7500/AEPS20161222007

      摘要 (2161) HTML (0) PDF 1.33 M (1614) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提升安全约束最优潮流调度的经济性与安全性,提出一种基于直流潮流的考虑柔性交流输电系统(FACTS)设备控制的校正型安全约束最优潮流模型。在线路故障发生后,通过FACTS设备校正措施,将线路潮流控制在其容许范围内。由于所提模型为大规模的非凸、非线性优化问题,难以直接求解,因此先采用大M法,将原非线性优化模型转换为混合整数线性规化模型,并采用Benders分解算法将转换后的模型分解为基态最优潮流主问题与N-1故障校验子问题。通过固定整数变量的方法,将非凸的混合整数优化子问题转换为线性规划子问题,从而能向主问题返回对应的Benders割。6节点系统与IEEE RTS-79节点系统算例验证了所提模型与算法的有效性。结果表明,考虑FACTS设备校正控制的安全约束最优潮流能有效提升调度运行的经济性。

    • 考虑逆变型分布式电源时滞的孤岛微网小信号稳定分析

      2017, 41(12):20-25. DOI: 10.7500/AEPS20160726007

      摘要 (1940) HTML (0) PDF 1.43 M (1585) 评论 (0) 收藏

      摘要:孤岛微网电源容量小且网架结构薄弱易于发生稳定性问题。文中针对基于下垂控制含逆变型分布式电源(IIDG)的孤岛微网系统,通过参数灵敏度和参与因子分析对IIDG小信号模型进行化简;结合柴油机经典同步发电机模型并考虑IIDG执行机构时滞特性,构建了孤岛微网小信号模型;采用特征根分析法对考虑IIDG侧时滞后的孤岛微网在IIDG机组出力、下垂系数及时滞时间常数变化下的小信号稳定性进行分析。其结果可用于指导孤岛微网IIDG机组投运组合和顺序的策略,采用时域仿真验证了研究结果的有效性。

    • 基于FPGA的柔性直流实时仿真技术及试验系统

      2017, 41(12):33-39. DOI: 10.7500/AEPS20170213006

      摘要 (2201) HTML (0) PDF 1.62 M (1782) 评论 (0) 收藏

      摘要:未来柔性直流输电技术大容量、高电压、远距离的发展趋势,对现有的柔性直流仿真建模技术提出了更高的要求。为了建立更符合控制保护装置测试需求的大容量、高电压、远距离柔性直流实时仿真模型,提出了适用于各种子模块拓扑结构且能灵活定义模块级故障的模块化多电平换流器(MMC)等效建模方法,采用基于现场可编程门阵列(FPGA)技术实现灵活柔性直流换流器算法,通过双向高速通信板卡GTFPGA在实时数字仿真器(RTDS)中实现灵活自定义的柔性直流MMC仿真建模,为未来含新型子模块拓扑结构的大容量、高电压、远距离柔性直流工程的控制保护特性研究及其闭环试验,提供有效的实时仿真试验系统和重要的仿真技术支持。

    • 电流差动保护在逆变型新能源场站送出线路中的适应性分析

      2017, 41(12):100-105. DOI: 10.7500/AEPS20161129005

      摘要 (2569) HTML (0) PDF 1.33 M (1709) 评论 (0) 收藏

      摘要:新能源电源通过电力电子装置并网,其故障特性受控制策略影响而发生根本性变化,传统继电保护原理存在适应性问题。送出线路作为新能源场站电力外送的关键通道,其主保护电流差动保护能否正确动作对于新能源高效利用和系统安全运行十分重要。针对逆变型新能源场站,推导了逆变型新能源电源短路电流表达式,分析了各相短路电流之间的相位关系及其影响因素。在此基础上,分析了送出线路发生不对称短路时电流差动保护在并网系统为强、弱两种情形下的动作性能。研究结果表明,送出线路发生两相短路时,差动保护在并网系统为弱系统时存在拒动的风险、为强系统时灵敏性下降但不会拒动;送出线路发生接地故障时,零序电流的存在使得差动保护在并网系统为强、弱系统时均能可靠灵敏动作。实时数字仿真器(RTDS)试验验证了理论分析。研究结论为逆变型新能源场站送出线路主保护配置提供了参考。