构网型无功补偿抑制新能源送端暂态过电压

电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)是新能源大规模并网、远距离外送的关键。而直流闭锁、换相失败等故障可能导致送端短时无功过剩并引发暂态过电压,危及运行安全。文中突破传统基于电压-电流级联控制的电流源外特性快速无功补偿装置的技术原理,提出一种应用构网型无功补偿装置(grid-forming based reactive power compensation device,GFM-RPC)抑制新能源送端暂态过电压的方法,构建基于微分-代数关系的电压动态分析模型,阐明GFM-RPC抑制暂态过电压机理,并分析GFM-RPC相比现有基于静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)抑制暂态过电压方法的优势。利用仿真验证GFM-RPC抑制新能源送端暂态过电压的效果,并分析主要参数对过电压抑制效果的影响。研究表明,STATCOM这类电流源外特性的无功补偿装置在直流输电系统故障瞬间呈现出恶化电压动态的“反调”特性,而GFM-RPC能够克服这种“反调”特性,并且通过合理的参数配置可以进一步抑制电压幅值的超调量。

大规模光伏经柔性直流送出系统交流侧故障穿越特性分析及参数优化

为研究大规模光伏经柔性直流送出系统交流侧故障对系统故障穿越期间直流电压、有功功率等的影响,提出了基于等效受控电流源模型的建模分析方法。首先,定性分析了大规模光伏经柔性直流送出系统交流故障穿越特性,将送端交流侧故障对柔性直流系统直流电压的影响间接转化为系统有功功率特性研究。然后,基于故障期间光伏侧逆变器和送端换流站运行控制特性建立了全系统等效受控电流源模型,探究了光伏侧逆变器电流设定值和送端换流站电流限幅值对有功功率传输特性的影响,进而提出了故障期间光伏侧逆变器和送端换流站电流参数的优化设计方法。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提方法的有效性。

新能源经柔性直流孤岛送出系统小信号同步稳定机理

为满足绿色低碳发展的需要,我国正大力推进大规模新能源基地的开发,大规模新能源经柔性直流孤岛送出系统受到越来越多的关注。该系统中新能源设备通常采用常见的跟网型控制,为支撑系统稳定运行,柔性直流设备需采用构网型控制。然而目前对于这样一个高比例甚至100%电力电子系统的同步稳定机理尚不完善。针对锁相环和虚拟同步环在系统同步过程中的作用,建立了跟网型新能源和构网型柔性直流设备的同步模型。然后分析了系统小信号稳定性,推导出系统保证稳定的运行区域,分别针对新能源和柔性直流设备提出了存在失稳风险的运行状态。最后在PSCAD仿真中验证所提结论。

用于系统暂态行为分析的双馈风机转子转速控制时间尺度暂态模型

随着风力发电持续快速发展,风电并网系统的暂态行为正发生显著变化,对安全稳定运行带来挑战。发电装备暂态特性不同是导致风电并网系统暂态行为相较传统系统发生变化的重要原因。目前对风机暂态特性的认识大多依据基于实际结构的模块化数值仿真模型或针对特定控制方式的静态电路元件模型,缺乏对风机暂态特性的一般化描述和机理解释。该文以双馈风机为对象,综合考虑几种典型控制方式(包括常规控制、惯量控制等),运用基于"功率激励–内电势响应"关系的建模方法构建适用于双馈风机转子转速控制时间尺度(约秒级,与传统机电尺度相近)暂态行为分析的统一暂态模型。该模型从电力系统稳定目标和暂态过程演化基本因果关系入手,具有与同步机转子运动方程相似的形式,便于分析电力系统暂态行为及解释稳定机理。基于此,分别阐释多种控制方式下双馈风机的转子转速尺度暂态行为及物理过程。

锁相同步型风机–同步机互联电力系统转子转速尺度暂态同步稳定性分析

为实现"碳达峰、碳中和",我国将构建以新能源为主体的新型电力系统,风机将逐步替代同步机成为未来电力系统中的主力电源。迥异于由转子运动方程决定的同步发电机,风机暂态特性由其控制策略决定。这使得系统的同步过程由"物理主导同步"逐渐演变为"控制主导同步",导致电力系统暂态同步机制和稳定问题更为复杂。目前研究多采用数值仿真手段分析风机对同步机相对功角暂态稳定性的影响,对风机与同步机的暂态同步过程以及可能出现的暂态稳定问题认识尚不清晰。文中梳理以风电为主体的电力系统与传统电力系统暂态同步稳定问题的异同,并深入研究基于锁相同步的风电与同步机互联系统的同步过程。接着,以内电势为视角,分析不同控制方式下风机与同步机的转子转速尺度(秒级,与同步机机电尺度对应)暂态同步稳定性及失稳机理。结果表明,风机锁相同步机制会带来额外相位约束,并引发相位慢–快尺度单调失稳新现象;风机坐标变换会导致幅值/相位在装备内部产生耦合,并成为系统幅值–相位联合暂态失稳的新诱因。

考虑AGC采样保持特性的时滞电力系统频率稳定性分析

电力系统的自动发电控制(automaticgeneration control,AGC)是典型的采样控制系统,具有调节周期长、通信延迟显著的特点。基于单区域负荷频率控制(load frequency control,LFC)系统,该文提出一种适用于考虑AGC采样保持特性的时滞电力系统频率稳定性分析方法。首先利用零阶保持器建立考虑AGC采样保持特性的LFC连续–采样混合系统模型;然后利用切比雪夫离散化方法处理模型中的时滞变量,基于函数空间方法建立等值的离散化系统;随后提出基于离散化系统特征值的稳定性判据。为说明考虑AGC采样保持特性的必要性,该文还建立了忽略AGC采样保持特性和用零阶保持器连续传递函数建模的LFC连续系统模型,通过比较不同模型的时滞稳定裕度说明不同建模方法的保守冒进程度。最后通过时滞稳定裕度上的时频域仿真分析验证所提稳定性分析方法的准确性。

弱连接VSC的锁相环同步暂态稳定综述

聚焦于单个弱连接电压源变流器(WG-VSC)系统在对称故障等大扰动下的锁相环同步暂态稳定性问题,梳理总结了其研究现状,包括暂态失稳现象、稳定机理、量化分析方法、稳定性提升控制措施等.实际运行控制中,从参数空间的角度分析以VSC注入有功/无功电流为参数空间的暂态稳定域更为直观,因此定义该暂态稳定域为电流可行域,并综述了相关研究工作.最后从多WG-VSC并联系统、不对称故障下、电压源虚拟同步型或构网控制下、不同锁相环的影响分析等方面展望了锁相环同步暂态稳定性问题的发展与应用前景.

“双碳”目标下南方区域新型电力系统重点问题研究

随着新型电力系统建设工作的扎实推进,对新型电力系统内涵的认识在不断深化,我国新型电力系统的演进路径日益清晰。该文在全国新型电力系统路径研究的基础上,结合南方区域新型电力系统建设现状、经济社会发展需求和资源禀赋,研判南方区域新型电力系统建设关键边界条件,进而推演南方区域电力低碳转型路径。通过使用覆盖全时间尺度的电力电量平衡技术实现了对南方区域中长期电力系统运行模拟分析,从能源电力供应保障、供需平衡、电网安全和新能源消纳4个维度分析了南方区域新型电力系统演进路径需要重点关注的问题,为南方区域构建新型电力系统提供参考意见。

基于改进价值分解网络的集成虚拟电厂的互联电网动态最优协作控制

“双碳”目标加速新型电力系统的发展,因虚拟电厂(virtual power plants,VPP)能够整合分布式资源和储能设备,提升能源供应的灵活性和可靠性,成为新能源参与调频的重要手段。而虚拟电厂的电气特性不同于传统发电机组,导致控制区域间协作调频能力降低,使得控制性能(control performance standard,CPS)标准恶化。为此,本文将集成VPP的负荷频率控制(load frequency control,LFC)过程建模为部分可观测马尔可夫决策过程,并严格考虑了CPS标准下的LFC系统评价,设计了基于多智能体深度强化学习的LFC协作控制系统。同时,提出了改进价值分解网络的多智能体协作算法,解决懒惰智能体导致区域间无法协作控制的问题。通过对集成VPP的两区域LFC模型和某省区电网系统模型进行仿真,验证了价值分解网络在集成VPP的LFC系统的有效性,且与传统多智能体算法相比,具有更高的协同控制能力与性能指标。