直流偏磁对电网影响的差异性分析及治理策略研究

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为响应“西电东送、南北互供、全国联网”的电网发展战略,以高压直流输电为代表的新型输电技术逐渐受到了人们的广泛关注与重视。相比于传统输电技术,直流输电具有输送容量大、输电距离长、输送效率高等显著优点,能与交流输电技术在多方面形成互补,两者协同共同构建起安全、经济、可靠的坚强输电网架。然而,随着近些年特高压输电技术的快速发展与应用,与之相伴产生的直流偏磁问题也日益凸显,对电网的安全稳定运行提出了新的挑战。一方面,直流偏磁的诱因种类多,具有易发、频发的特点;另一方面,直流偏磁的危害性强、涉及面广,将对社会的各个方面造成不利影响。为此,本文针对直流偏磁的危害性以及现有偏磁治理过程中存在的难题,以满足电网安全、可靠运行为偏磁治理目标,研究提出了两种应对直流偏磁危害的电网响应策略,分别从设备级和系统级两个方面实现直流偏磁的有效治理。本文研究内容如下:首先,介绍了两种典型直流偏磁现象的产生机理,并针对两种偏磁现象的特性进行归纳对比。进一步地,分别针对变压器以及保护用电流互感器,研究对比了HVDC型/GIC型直流偏磁在诱发不同电气设备磁饱和过程中的差异性,总结了两种直流偏磁对电网一/二次设备正常运行造成的不利影响,并对两种直流偏磁类型的危害程度进行了讨论,最终通过仿真验证了理论分析的正确性。其次,针对目前单一化、应急式设备级治理策略不能满足复杂电网直流偏磁治理需求的现状,从全局规划角度出发,提出了一种基于隔直/连续型均直装置全局混合配置的直流偏磁治理新策略,力图在治理效果和投资运行成本上取得平衡。所提策略以所有工况下中性点电流最大值最小和投资成本最低为目标,采用量子蚁群算法进行多目标优化,得到偏磁治理设备的可选配置方案集;继而引入继电保护可靠性及对交流拓扑适应性两种校核手段,对优化所得Pareto解集进行进一步筛选,最终确定最佳的混合配置方案。仿真算例表明,相比于传统治理方法,所提策略具有显著的可行性及优越性。最后,针对系统级偏磁治理策略在实际应用领域几近空白的现状,提出了一种计及直流偏磁综合治理效果的接地极选址方案评估及优选策略研究。新策略选取治理效果、投资成本、环境影响以及未来电网适应性作为综合评估指标,并建立基于上述指标的合理评估模型,采用基于相对熵的组合赋权法进行赋权排序,最终选出最优选址方案。值得一提的是,新策略综合考虑多种因素的影响,使得选址结果更全面、合理。此外,所采用的组合赋权法分别从主观和客观两方面进行定性分析与定量计算,避免单一赋权法的局限性。最后通过仿真验证了所提策略的有效性及可靠性。
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