【摘 要】
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随着电力电子技术的高速发展,电力电子化并网设备在电力系统源-网-荷中的比例越来越高,已经大规模应用于可再生能源发电、超/特高压直流输电、柔性交流输电以及交流变频传动等领域。电力电子化并网设备的输出特性明显区别于传统同步发电机等电磁变换设备的输出特性,必将给含大规模电力电子化并网设备的电力系统安全稳定运行与继电保护带来新的挑战。为了服务于设备的合理设计及选型、继电保护装置的整定及安装,需要进行网络故
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随着电力电子技术的高速发展,电力电子化并网设备在电力系统源-网-荷中的比例越来越高,已经大规模应用于可再生能源发电、超/特高压直流输电、柔性交流输电以及交流变频传动等领域。电力电子化并网设备的输出特性明显区别于传统同步发电机等电磁变换设备的输出特性,必将给含大规模电力电子化并网设备的电力系统安全稳定运行与继电保护带来新的挑战。为了服务于设备的合理设计及选型、继电保护装置的整定及安装,需要进行网络故障分析,尤其是网络不对称故障分析,以获得故障过程中网络电压/电流的幅值/频率及其特征。然而传统网络故障分析是基于相量法,认为网络故障分析是恒定幅值/频率激励下无源元件的开环动态过程分析,不仅没能认识到故障过程中网络各节点电压/电流的幅值/频率时变特征,也没能认识到网络故障分析应该基于设备激励-响应与网络激励-响应所构成的闭环系统动态过程进行分析。尤其是电力系统中同步发电机等电磁变换设备已被风机、光伏发电机组等电力电子化设备大规模替代,暂态过程中设备内电势幅值/频率将在较大范围内波动,不能简单地认为网络故障分析是恒定幅值/频率内电势激励下的开环分析。此外,为了分析网络不对称故障,传统电力系统基于相量提出了对称分量法,将复杂的三相不对称系统分析转化为简单的三相对称系统分析,但是电力电子化并网设备激励下网络各节点电压/电流呈现出时变幅频特征,不能简单地用相量进行描述,因此传统对称分量法已经无法适用于电力电子化并网设备激励下的网络不对称故障分析。为此,本文基于设备和网络的基本结构和功能,首先阐述了故障过程中多样化设备内电势的时变幅频本质;然后指出了电力电子化并网设备激励下网络不对称故障分析是由故障边界条件约束的时变幅频内电势激励下的非齐次线性微分方程组的解,并结合非齐次线性微分方程组解的形式和时域仿真说明了时变幅频内电势激励下网络电压/电流的时变幅频本质;最后提出了电力电子化并网设备激励下网络不对称故障分析的时变幅頻对称分量法,并结合仿真进行了验证。本文所提出的时变幅频对称分量法可以简化时变幅频内电势激励下的网络不对称故障分析,为电力系统中电气设备设计与选型、继电保护装置配置与参数整定以及事故分析提供重要的理论依据。
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