柔性直流电网

柔性直流电网故障电流上升速度快与电力电子器件过流能力弱形成突出矛盾，线路保护需要在数毫秒级完成故障判别，输电线路精确参数的获取对于提升继电保护的性能至关重要。然而直流系统中缺乏稳定基频，导致输电线路相关参数难以获取、保护实现较为困难。针对柔性直流线路频变参数难以获取的问题，提出基于半桥模块化多电平换流器(half bridge modular multilevel converter, HB-MMC)特征信号注入的柔性直流线路频变参数辨识方法。首先通过换流器控制在线路中注入特定频率信号，然后利用快速傅里叶分解提取不同频率的信号并计算指定频率下的线路参数，最后依据不同线路参数的频变特性拟合出对应的幅频特性曲线。仿真表明，所提参数辨识方法可以准确拟合保护所需直流线路频变参数，参数辨识频段内相对误差小于1.5%。

新型电力系统背景下，中国未来面临着大规模能源“西电东送”的电力传输需求，需要规划与之相适应的输电模式。依据2030年后西部能源的开发规模，确定各类型电源的装机规模和地理分布，提出远期西部送端直流输电网和中东部受端超/特高压交流电网相融合的“西电东送”主干输电网结构及路线图。为适应新型电力系统安全可控、灵活高效的基本要求，构建了团块状、网格状和双环网3种基于VSC-HVDC柔性输电技术的直流组网模式，以实现西部多类型电源的互补互济，保障电力的可靠供应。分析了3种直流组网模式下主要一次设备的应用数量，计算了西部送端直流电网的系统整体可靠性指标，从设备应用数量和系统整体可靠性指标对3种模式进行了综合评估，并确定了优选方案。参考张北柔性直流电网工程，对优选方案的技术性和经济性进行了分析，进一步验证了方案的可行性。

随着化石能源的日益枯竭和环境压力的日益增加，中国乃至世界均面临着能源结构的战略性调整，人类已经认识到必须从传统能源向以可再生能源为主的清洁能源过渡。但在开发利用风能、光伏等新能源的过程中，大规模集中式开发以及孤岛接入等问题严重制约丁对新能源的高效利用。目前，电力网络是清洁能源实现大规模开发以及远距离输送的有效途径，但现实中的输电网络普遍存在配置范围有限、能力不足的问题，亟待建立以清洁能源为主导、以电为中心、更高效环保的能源配置网络平台。 柔性直流输电技术因具备灵活控制有功/无功、可向无源网络供电、与交流电网高度解耦、轻松实现潮流反转等诸多优点，被广泛应用在新能源输电领域中。在此基础上，构建网络化的直流输电是一种解决大规模新能源接入的宏大构想，从技术实现的角度来看，也是当前最为可行的有效手段。柔性直流输电与直流电网的结合，可实现对广域内可再生能源发电直流联网，充分利用其互补性，实现可再生能源大规模集中接入，提高可再生能源发电利用率。 本项目围绕高压大容量柔性直流电网的应用需求，以适应大规模新能源接入的柔性直流电网关键技术为研究对象，解决柔性直流电网系统集成设计以及工程示范应用方面的核心问题。

单端行波故障测距方法在考虑频变波速影响时需要提取故障行波时频域特征，但现有方法存在时频分辨率较低、波头识别困难和波速计算不准确的问题。为此，提出一种基于参数优化变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)和瞬态提取变换(transient extraction transform, TET)的单端故障定位方法。首先，利用麻雀搜索算法(sparrow search algorithm, SSA)优化VMD参数，提取含有故障特征的高频模态分量。然后，对该模态分量进行瞬态提取变换，通过去除短时傅里叶变换中模糊的时频能量，保留与信号瞬态特征密切相关的时频信息，得到故障行波时频域全波形。最后，在故障行波全波形中提取主频分量并标定初始波头与第二反射波头，通过计算主频分量下的波速度，结合行波定位方法实现单端故障测距。在PSCAD/EMTDC中搭建四端柔性直流电网的仿真结果表明，所提算法对过渡电阻和噪声具有较强的耐受性，即使在较低采样率下也能实现准确的故障定位。

精确的短路故障电流计算对柔性直流电网的器件选型、参数设计以及继电保护研究十分重要。针对现有短路故障电流计算方法未充分考虑直流线路极间耦合的问题，文中提出一种基于相模变换的柔性直流电网短路故障电流计算方法。首先，建立换流站与直流线路的故障等值模型；然后，利用相模变换实现柔性直流电网正极与负极的电气解耦，并获取柔性直流电网在模域内的节点阻抗矩阵；接着，结合柔性直流电网的故障边界条件，计算出柔性直流电网短路故障电流的复频域值，并利用矢量拟合得到故障电流的时域值；最后，利用PSCAD/EMTDC仿真验证所提故障电流计算方法的有效性。仿真分析结果表明，在直流电网发生故障且换流站尚未过流闭锁期间，所提故障电流计算方法能够精准描述直流故障电流的变化规律。

直流线路保护是柔性直流电网发展的关键，需要在3 ms内完成故障判别。现有学者提出基于数字孪生的柔性直流线路保护方法，具有速度快、灵敏性高等优点，但其可靠性易受互感器测量异常影响，可能导致保护误动作。现有不良数据检测方法的准确性和快速性难以满足直流控制保护设备的需求，因此为提高该保护方法的可靠性，文中提出一种基于移动平均法的不良数据自纠错方法。根据测量数据平稳变化的时序特性，利用移动平均法得到测量数据的预测值，通过比较预测误差与实际误差进行不良数据的检测与纠错，无需迭代计算和预先训练模型。利用四端柔性直流电网进行仿真检验，结果表明相较于已有方法，所提方法具有更好的准确性与快速性，纠错性能较好，能适配保护方法并提升抗干扰能力，有效提高保护的可靠性。

据上海科技大学消息，近日，该校信息学院智慧电气科学中心刘宇课题组在电力系统保护及输配电领域国际权威期刊IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY发表题为“Improved Dynamic State Estimation Based Protection on Transmission Lines in MMC-HVDC Grids”的研究论文，提出了一项针对柔性直流电网输电线路的新型继电保护方法。

近日，河北张家口的风电、太阳能发电通过张北柔性直流电网工程送到北京冬奥会，在奥运历史上首次实现所有场馆100%绿电供应，引起了社会的广泛关注。但鲜为人知的是，作为世界上电压等级最高、输送容量最大的柔性直流工程，张北柔直工程的规划、建设、运行等全过程离不开电网仿真技术的有力支撑。

由于新能源有随机性、波动性，新能源大规模并网消纳成了世界性难题。张北柔性直流电网工程（以下简称“张北柔直工程”）应运而生。