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基于双端初始电流行波时频矩阵相似度的柔性直流输电线路保护原理

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中国电机工程学报 2024年第7期44卷 2604-2615,I0008页

作者：张韵琦王聪博余越杨国生曹虹电网安全与节能国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京市海淀区100192

针对目前柔性直流(voltage source converter-based high voltage DC,VSC-HVDC)电网的线路保护中存在的问题,提出一种基于双端初始电流行波(Initial current traveling wave,ICTW)时频矩阵相似度的柔性直流输电线路保护原理。首先,对柔... 详细信息

针对目前柔性直流(voltage source converter-based high voltage DC,VSC-HVDC)电网的线路保护中存在的问题,提出一种基于双端初始电流行波(Initial current traveling wave,ICTW)时频矩阵相似度的柔性直流输电线路保护原理。首先,对柔性直流电网在线路区内外故障下两端保护所在处ICTW的故障特性进行分析,总结出在特定时间窗内,区内故障下两端ICTW的频域相似度远高于区外故障。在此基础上,利用S变换对双端ICTW进行时频分析,建立时频矩阵,并对其做奇异值分解(singular value decomposition,SVD)。然后根据特征矩阵构造双端ICTW的相似度计算公式,以该相似度的大小判别线路区内外故障。另外,根据线路两端ICTW的高低频能量比识别雷击干扰。最后,各种故障情况下的仿真结果表明,该保护原理不依赖线路边界元件,可以保护不同长度线路的全长,具有更高的耐过渡电阻和抗噪声能力,并且能够满足柔性直流电网主保护的速动性要求。

关键词：双端量保护柔性直流(VSC-HVDC)电网初始电流行波(ICTW) 时频矩阵相似度

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适应新型电力系统的继电保护综合评价方法

电网技术 2024年第4期48卷 1633-1644,I0074页

作者：张烈郭鹏李仲青张瀚方闫周天康逸群电网安全与节能国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京市海淀区100192

我国新型电力系统安全可靠运行高度依赖第一道防线的继电保护设备,综合评判继电保护运行水平具有重要意义。针对继电保护构造复杂、运行状态影响因素多以及不同评价指标权重确定难题,该文在充分借鉴现有运行评价指标的基础上,提出了装... 详细信息

我国新型电力系统安全可靠运行高度依赖第一道防线的继电保护设备,综合评判继电保护运行水平具有重要意义。针对继电保护构造复杂、运行状态影响因素多以及不同评价指标权重确定难题,该文在充分借鉴现有运行评价指标的基础上,提出了装备水平、运行状态、维修性、保障性和专业管理规范性5方面评价要素,并基于构型理论掌握了不同要素间的关系,通过支持向量机剔除了冗余指标,得出继电保护综合评价体系。在主观赋权与客观赋权结果基础上,应用样本评价结果序列的正态分布拟合优度,提出了对加法合成、乘法合成的组合系数进行优化的方法,使主、客观信息达到统一。继电保护综合评价指标体系的构建以及指标权重的科学计算为继电保护运行管理提供重要参考依据。

关键词：继电保护综合评价构型理论支持向量机拟合优度

基于故障全电流多阶突变的换流器并网线路纵联保护

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中国电力 2024年第2期57卷 62-71页

作者：沙兆义王聪博詹荣荣余越王剑锋电网安全与节能国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京100192

电力电子换流器的引入改变了传统电网的故障特性,当交流线路发生故障后传统差动保护难以满足保护需求,易出现灵敏度降低甚至拒动风险。针对此问题,提出基于故障全电流多阶突变的交流线路保护原理。该保护以故障发生后线路两侧电流波形... 详细信息

电力电子换流器的引入改变了传统电网的故障特性,当交流线路发生故障后传统差动保护难以满足保护需求,易出现灵敏度降低甚至拒动风险。针对此问题,提出基于故障全电流多阶突变的交流线路保护原理。该保护以故障发生后线路两侧电流波形形变特征、突变特征的规律变化为基础,通过矩阵梯度算法对两侧全电流信号进行突变特征值的提取,即对两侧全电流信号的突变程度进行描述,进而构造纵联保护。相比于传统暂态量的快速保护无须提取固定频段特征,所提方法克服了在短路电流受控情况下利用周期分量算法无法精准提取固定暂态量的问题,相比于直接采用常规暂态信号的保护,具备较好的耐受过渡电阻以及噪声的能力。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了换流器并网系统的仿真模型并校验了保护的有效性,所提保护故障识别时间小于7.5ms,即使在经100Ω的过渡电阻故障情况下,仍然具有较高的灵敏度,能较好地满足换流器并网线路对保护速动性与选择性的需求。

关键词：换流器矩阵变换矩阵梯度纵联保护

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换流变内部短路电流计算及动态模拟技术

高电压技术 2024年第4期50卷 1621-1630,I0038-I0041页

作者：张坤俊詹荣荣杜丁香詹智华刘怀电网安全全国重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京100192

研究换流变压器内部故障下不同位置的短路电流分布特征可以加深故障机理认识为其保护研究提供重要参考。换流变压器内部短路后轴向安匝分布不均匀,从而引起辐向漏磁场分量显著增加。提出以辐向短路电抗修正内部故障后绕组电感参数的变化... 详细信息

研究换流变压器内部故障下不同位置的短路电流分布特征可以加深故障机理认识为其保护研究提供重要参考。换流变压器内部短路后轴向安匝分布不均匀,从而引起辐向漏磁场分量显著增加。提出以辐向短路电抗修正内部故障后绕组电感参数的变化,将短路绕组与剩余绕组进行等效处理,优化内部故障后的等效电路模型,并提出匝间短路电流的计算方法。所定义的空载运行匝间短路电抗比K可用于描述换流变匝间短路故障后,短路环内电流与网侧短路电流的比值。以工程产品为原型,提出了换流变压器物理模型的一致性技术指标。并通过与原型产品的仿真比对提出了匝间短路电流分布的规律,受故障发生位置影响,相同匝比的短路电流从线圈轴向上看呈现马鞍状分布特点,进一步研制了可以反映内部短路故障的换流变压器物理模型。最后,搭建全物理的换流变压器内部故障动态模拟试验平台,验证了所提出的内部短路电流计算方法的正确性,其K值计算误差控制在-1.70%~0.72%。

关键词：换流变压器匝间短路物理模型匝间短路电抗比动态模拟

系统强度支撑型可塑变流器(2)—机电暂态建模及系统强度支撑验证

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中国电机工程学报 2024年

作者：杜毅孙华东郑超吕思卓电网安全与节能国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司)

新型电力系统是电力电子变流器泛在的系统，变流器电网支撑控制是保障系统安全稳定运行的重要技术手段，是当前学术界和工业界关注的热点。该文首先分析典型构网变流器控制策略及其性能；其次，针对系统强度支撑型可塑变流器(system str... 详细信息

新型电力系统是电力电子变流器泛在的系统，变流器电网支撑控制是保障系统安全稳定运行的重要技术手段，是当前学术界和工业界关注的热点。该文首先分析典型构网变流器控制策略及其性能；其次，针对系统强度支撑型可塑变流器(system strength supported flexible converter，SSS FC)，提出一种基于内电势矢量重塑(potential vector remodeling，PVR)的控制策略。该策略具备参数整定容易、限流策略简单、短路电流可控、功率调节灵活等诸多优点；再次，设计了其参与大电网稳定控制的系统架构，并基于PSASP-UD功能建立了SSS FC结构化机电暂态仿真模型；最后，面向修改后的CEPRI-36节点标准测试系统以及某交直流混联实际大电网，验证SSS FC多功能稳定控制的有效性。

关键词：系统强度支撑可塑变流器控制策略机电暂态模型用户自定义稳定控制

基于多电气端口频域特性的新能源发电设备控制参数辨识方法

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中国电机工程学报 2024年

作者：周佩朋孙华东刘涛李亚楼安宁张星电网安全与节能国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司)

在对含新能源接入的电力系统进行电磁暂态仿真分析时，新能源发电设备型号众多且控制参数难以直接获取。通过对实际设备或厂家封装模型特性的拟合，辨识其中的关键控制参数，是实现精确建模的重要途径。本文研究了全功率变流器型设备和... 详细信息

在对含新能源接入的电力系统进行电磁暂态仿真分析时，新能源发电设备型号众多且控制参数难以直接获取。通过对实际设备或厂家封装模型特性的拟合，辨识其中的关键控制参数，是实现精确建模的重要途径。本文研究了全功率变流器型设备和双馈风电机组(doubly fed induction generator，DFIG)动态调节参数的频域辨识方法，其关键是建立多个电气端口的频域分析模型并进行充分解耦简化，以及明确控制参数的可辨识条件。首先建立了两类设备的多个电气端口频域阻抗模型；其次定义了端口频域特性对控制环节的使能灵敏度，通过分析使能灵敏度和参数灵敏度，明确了各控制参数的可辨识性和辨识顺序；然后建立了简化参数辨识模型并与详细模型进行对比验证，确定了参数辨识流程；最后基于主流厂家封装模型仿真算例，给出了具体参数辨识过程，将最终得到的通用结构仿真模型与厂家封装模型进行频率特性对比，验证了模型结构及辨识方法的有效性。该参数辨识流程不依赖于优化算法，获得的仿真模型可用于研究宽频带振荡等对动态调节参数较敏感的问题。

关键词：参数辨识频域灵敏度阻抗宽频带振荡

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混合级联多端直流暂态过电压机理及抑制措施

中国电机工程学报 2024年第13期44卷 5037-5051页

作者：连攀杰刘文焯孙华东郑超许克任永浩汤涌电网安全与节能国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司)

混合级联多端直流采用常规直流与柔性直流混合级联的新型拓扑结构，为我国远距离、大容量、多落点的能源传输提供了新模式，但常规直流与柔性直流之间的交互作用也引发了新问题。该文首先揭示实际受端电网交流电压恢复特性导致混合级联... 详细信息

混合级联多端直流采用常规直流与柔性直流混合级联的新型拓扑结构，为我国远距离、大容量、多落点的能源传输提供了新模式，但常规直流与柔性直流之间的交互作用也引发了新问题。该文首先揭示实际受端电网交流电压恢复特性导致混合级联多端直流暂态过电压机理以及低端模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)闭锁风险；然后分别从送受端两个方面，提出降功率运行、改进送端移相策略和提升MMC有功功率传输极限等暂态过电压抑制措施。最后，基于PSD-PSModel软件，搭建送受端电网机电暂态和混合级联多端直流电磁暂态的混合仿真模型，仿真验证理论分析的准确性和抑制措施的有效性。

关键词：混合级联多端直流暂态过电压移相策略模块化多电平换流器有功功率极限 PSModel

新能源低电压穿越主导的电力系统暂态电压失稳机理分析

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电力系统自动化 2024年第12期48卷 58-67页

作者：兰天楷孙华东徐式蕴赵兵电网安全全国重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京市100192

中国电网新能源装机不断增加,对电力系统暂态电压稳定产生了显著影响。在新能源低电压穿越控制作用下,电力系统出现了新的电压失稳现象。文中从电力系统的新型P-V特性入手,研究系统的暂态行为,直观解释了实际运行中“持续低电压穿越”... 详细信息

中国电网新能源装机不断增加,对电力系统暂态电压稳定产生了显著影响。在新能源低电压穿越控制作用下,电力系统出现了新的电压失稳现象。文中从电力系统的新型P-V特性入手,研究系统的暂态行为,直观解释了实际运行中“持续低电压穿越”“反复低电压穿越”等新型失稳现象的物理机理,借助混杂系统理论建立了新型失稳现象的动力学模型。为克服混杂系统模型表达式复杂、难以解析分析的难题,文中使用现有的成熟计算工具,利用不同边界条件下的潮流计算结果,提出并验证了暂态电压失稳的判别方法。

关键词：高比例新能源电力系统电压稳定低电压穿越暂态稳定

ANPC三电平换流器高效电磁暂态建模仿真方法

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浙江电力 2024年第1期43卷 80-90页

作者：李漾田芳张星穆清电网安全与节能国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京100192

在ANPC(有源中性点钳位型)三电平换流器小步长实时仿真研究中,现有电磁暂态建模方法在模型精度、计算效率、仿真规模等方面存在不足,为此,提出一种高效电磁暂态仿真模型。该模型基于ANPC三电平桥臂的离散化伴随电路,通过WARD等值理论消... 详细信息

在ANPC(有源中性点钳位型)三电平换流器小步长实时仿真研究中,现有电磁暂态建模方法在模型精度、计算效率、仿真规模等方面存在不足,为此,提出一种高效电磁暂态仿真模型。该模型基于ANPC三电平桥臂的离散化伴随电路,通过WARD等值理论消去内部节点,构造一个对外等效的多端口诺顿等效电路,替代桥臂进行网络的电磁暂态仿真求解,在不损失建模精度的前提下实现节点降维和仿真提速。在MATLAB/Simulink平台中搭建基于该等效模型的ANPC三电平换流器仿真系统,并与详细模型仿真结果进行对比,结果表明该等效模型能精确仿真稳态和暂态运行工况,并且具有较明显的速度提升。

关键词：有源中性点钳位型三电平换流器电磁暂态模型诺顿等效电路小步长实时仿真