考虑次生故障差异化影响下韧性主动提升的输电系统网架重构策略

近年来,我国能源电力加速转型,极端自然灾害频发,国际形势不稳定,使得常规安全风险与非常规安全风险交织,大停电风险有增加的趋势。稳健可靠的网架重构方案对防止恢复中再次发生系统崩溃具有重要意义,针对当前研究中未有效计及恢复中次生故障的不足,该文提出一种考虑次生故障差异化影响下系统韧性主动提升的网架重构策略。首先,讨论在网架重构恢复方案中考虑次生故障影响的必要性;然后,基于分割多目标风险分析方法提出一种系统韧性指标,旨在差异化处理次生故障并突出高风险故障对恢复过程的影响;进一步建立考虑韧性主动提升的网架重构全局优化模型,以增强系统对高风险故障的抵御能力。为提高模型的求解效率,提出一种基于窗口滚动机制的求解策略,可给出兼顾快速性与稳健性的网架重构方案。最后,采用新英格兰10机39节点系统和IEEE 118节点系统验证所提出方法的有效性。

面向严重自然灾害的电力系统韧性评估技术综述

电力系统是最重要的公共基础设施之一,其安全运行关乎国计民生和经济社会稳定。近年来全球范围内严重自然灾害引发了多起大停电事故,暴露了电力系统应对严重自然灾害的能力存在不足,而强化系统韧性是学术界与工业界普遍认可一种提升防灾、减灾能力的手段。首先阐述了电力系统韧性的概念,通过比较韧性和可靠性的区别,明确韧性评估研究的侧重点;然后在文献调研的基础上,归纳了电力系统韧性评估方法,具体分析了基于仿真模拟法的电力系统韧性框架和关键环节的研究现状;最后基于我国电网面临的内外部安全风险,对面向严重自然灾害场景的电力系统韧性评估研究的难点和关键技术进行了展望。

风火打捆直流外送系统直流故障引发风机脱网的问题研究

随着风火打捆直流外送系统的出现及不断投运,为保证系统的安全稳定运行,需要对风电、火电、直流在无功电压方面的相互影响和作用机制开展深入研究。为此,首先分析了直流闭锁故障引发风机高压脱网的机制及应对措施,然后分析了直流换相失败引发风机高压脱网的机制及应对措施,最后探讨了风电与直流之间的相互制约关系及火电的支撑作用,采用规划的西北风火打捆直流外送系统算例进行了验证。结果表明,直流故障后的滤波器无功盈余加上风电场无功补偿电压效应是引起风机高压脱网的原因,需要对风电、火电、直流进行协调控制。研究结果可以为风火打捆直流外送系统稳定性的理论研究和工程实际提供参考依据。

直流换相失败及恢复过程暂态无功特性及控制参数影响

直流换相失败过程中与送受端系统交换的无功功率大幅变化,表现为对系统不利的"无功冲击负荷"特性,亟需对直流换相失败过程中的送受端暂态无功特性开展深入研究。为此,首先给出了直流稳态运行和暂态过程中的送受端无功方程,然后分别分析了换相失败期间和恢复过程中直流送端和受端的暂态无功特性,最后在此基础上研究了直流控制系统参数对暂态无功特性的影响,并通过直流等值系统算例进行了验证。研究结果表明,换相失败期间,直流从受端系统吸收一定的无功功率,同时对送端系统先吸收大量的无功功率、再发出大量的无功功率;换相失败恢复过程中,直流对受端系统通常先发出大量的无功功率、再吸收一定的无功功率,同时从送端系统吸收一定的无功功率。通过优化直流低压限流环节、换相失败预测、电流控制器等重要控制参数,可以减小换相失败过程中直流与送受端系统交换的最大无功功率。

大规模直流异步互联系统受端故障引发送端稳定破坏的机理分析

随着大容量高压直流逐步投运,电网进一步呈现"强直弱交"特性,大规模直流互联的送、受端交流系统的耦合作用和相互影响逐渐突显。该文以三区域交直流等值模型为基础,分析了不同功率流向情况下多回直流换相失败对送端系统稳定性的影响,进一步讨论了关键影响因素及应对措施,并与单回直流闭锁故障进行了对比分析,最后采用"三华"实际电网算例进行验证。研究结果可以为保证特高压交直流混联电网的安全稳定运行提供依据和参考。

直流闭锁引发交流联络线功率波动的机理以及峰值计算

直流闭锁引发交流联络线功率波动本质上是一个阶跃扰动问题,直流闭锁激发出了两区域互联电网的振荡模式,因此应用二阶系统阶跃响应理论进行研究。由于区内直流闭锁和区外直流闭锁故障所对应的阶跃扰动量不同,故分别研究了区内及区外直流闭锁故障引发交流联络线功率波动的机理,给出了功率波动峰值的近似计算方法,总结了影响功率波动峰值的关键因素。以特高压互联电网实际系统为算例,分别采用所提近似计算方法以及电力系统仿真软件对交流联络线功率波动峰值进行了对比计算,结果验证了所提近似计算方法的可行性和正确性。

多送出直流系统送端故障引发稳定破坏机理分析

随着大容量高压直流逐步投运,电网进一步呈现"强直弱交"特性,多送出特高压直流系统对互联电网稳定性的影响逐渐突显。分析了送端故障引发直流功率瞬降特性,以三区域交直流等值模型为基础,分析了不同功率流向情况下多回直流功率瞬降对送端系统稳定性的影响,并与单回直流闭锁故障进行了对比分析,最后采用"三华"实际电网算例进行了验证。结果表明,多回直流功率瞬降导致的送端系统失稳模式为第一摆/第二摆功角失稳,对送端系统稳定性的影响严重程度接近单回直流闭锁故障,需要进一步深入研究有效的应对措施。

直流输电对交直流互联系统自组织临界性的影响分析

提出了一种考虑紧急控制保护装置及直流系统概率动作特性的连锁故障动态仿真模型,应用该模型对2010年华东电网实际系统进行了动态仿真。在不同的直流运行方式、直流控制参数、交直流互联方式、交直流传输容量分配条件下,计算了系统的停电功率—停电概率幂律曲线,分析了直流输电对系统自组织临界性的影响。结果表明,在某些系统中选取合适的直流输电模式可以减小连锁故障及大停电的发生概率。

多回直流换相失败后送端三机群系统稳定机理及影响因素研究

在电网"强直弱交"新形势下,直流送受端交流系统之间的相互影响逐渐突显,需要开展多回直流换相失败后送端三机群交流系统的稳定机理和影响因素研究。文章推导了三机系统的转子运动方程,根据2个稳定模式固有的周期比例关系实现了解耦,采用等面积法则分析了多回直流换相失败后的送端三机群系统稳定机理,并分析了机组转动惯量、换相失败形式、换相失败范围等关键因素对送端三机群系统稳定性的影响,最后采用三机等值系统算例和"三华"实际系统算例进行了验证。研究表明,送端三机群系统2个稳定模式之间的耦合作用将使得系统的稳定性变差。文中研究将直流功率扰动后送端两机系统的稳定机理扩展到三机系统,可以为电网实际运行提供依据和参考。

考虑连锁故障风险的交直流混联系统容量最优分配

将交直流混联系统的连锁故障风险与交直流容量最优分配这2方面结合考虑的研究迄今未见报道,旨在研究考虑连锁故障风险的交直流容量最优分配问题,作者进行了交直直流容量最优分配问题的初步分析和数学建模,提出了连锁故障蒙特卡洛仿真算法和交直流容量最优分配隐式枚举算法,对修改的IEEE 39算例系统进行了计算,求得使系统连锁故障与大停电风险最小的交直流容量分配最优解,分析了各种因素对交直流容量最优分配的影响。结果说明交直流混联系统的交直流容量分配存在一个比例均衡的最优方式,而应用所提方法可以从连锁故障与大停电的角度对此进行定量计算,这将为电力系统的实际规划运行提供一定的参考。

基于稳定约束最优潮流方法的“三华”特高压互联电网交直流相互影响分析

为了研究交直流相互作用对三华特高压互联电网安全稳定的影响,给出了一种基于稳定约束最优潮流方法的实用算法。根据实际电网运行经验,结合潮流转移方向、故障元件位置等相关因素,进一步改进算法流程,减少计算量和提高计算效率。应用相应断面潮流暂稳极限计算、切机切载分析、直流紧急功率提升分析的稳定约束最优潮流改进算法对2012年三华特高压互联电网进行了交直流影响计算分析,得到了2012年三华电网的交直流相互影响特性。仿真结果表明,基于稳定约束最优潮流的算法是有效和实用的,交直流相互影响对三华特高压互联电网的稳定特性具有非常重要的作用。

基于系统SOC理论的直流运行方式及控制参数分析

为了研究直流输电对交直流系统自组织临界性(SOC)的影响,提出包含系统完整动态特性的连锁故障动态仿真模型,计及了紧急控制保护装置及直流系统的概率动作特性.应用该模型对2010年华东电网实际系统进行连锁故障蒙特卡洛仿真,在不同的直流运行方式及控制参数下,计算系统的停电功率-停电概率幂律曲线,分析直流运行方式及控制参数对系统自组织临界性的影响.结果表明,在某些情况下选取合适的直流运行方式及控制参数可以有效防范连锁故障及大停电的发生.

一种用于交直流电力系统稳定分析的全状态直流模型

针对交直流电力系统的稳定性研究中缺乏一种标准的直流模型以及存在不同详细程度的直流模型的问题,基于文献中常见的EPRI直流模型以及电力系统仿真软件PSS/E的CDC4直流模型,提出了一种包含7个不同运行状态的全状态直流模型,并用Matlab程序和PSS/E软件分别对单机无穷交直流系统算例进行了不同故障情况的动态仿真,从而验证了全状态直流模型的正确性。研究结果表明,这种全状态直流模型既具有良好的控制系统,又包含完整的运行状态,很好地满足了要求。

基于全状态直流模型的交直流系统稳定域相图分析

交直流系统是一个切换系统,其稳定域非常复杂,相关研究几乎空白。提出包含完整直流运行状态的全状态直流模型,很好地模拟了交直流系统固有的切换特性。计算了单机无穷交直流全状态系统在不同直流运行方式下的相图,分析了单机无穷交直流全状态系统的稳定域特性以及子系统切换规律,并与单机无穷纯交流系统以及单机无穷交直流简化系统的特性作对应比较。结果表明,完整的直流运行状态以及子系统的切换特性使得单机无穷交直流全状态系统具有非常复杂的稳定域特性,研究成果可以为交直流系统稳定域研究提供一定参考,但仍需进一步的深入分析。

巴基斯坦“2023.1.23”大停电事故分析及启示

2023年1月23日,巴基斯坦电网发生大停电事故,损失负荷11356MW,持续时间接近22h,引发广泛关注。该文首先介绍巴基斯坦电力系统的电源、电网及负荷概况;然后,梳理此次大停电事故的各阶段发展过程,从网架结构、运行方式、涉网保护、防御措施、事故恢复、重要用户6个方面分析大停电事故的直接和间接原因;最后结合中国电力系统特点及面临的新形势,提出保障大电网安全稳定运行、防止大面积停电的相关措施建议。

新一代大容量调相机在电网中的应用研究

研究了新一代调相机在我国特高压直流送受端的应用。首先结合直流对于调相机的技术需求,研究了调相机模型,提出基于不同时间尺度的次暂态、暂态、稳态3种运行特性。然后,基于酒泉—湖南直流风火打捆送端,从增加系统短路比、降低新能源高压脱网风险、抑制稳态过电压等角度研究了调相机在特高压直流送端的应用效果;基于华东多直流馈入受端电网,从提高直流多馈入短路比、降低多回直流同时换相失败的风险、提升严重故障下的系统电压稳定水平等角度研究了调相机在特高压直流受端电网的应用效果。最后,从设备角度提出新一代调相机在运行维护、无功响应特性等方面相较于传统调相机的技术优势,旨在为调相机后续投入工程运行提供技术支撑。

溪洛渡—浙西特高压直流投运后系统稳定特性及协调控制策略

溪洛渡—浙西特高压直流投运后,将与复龙—奉贤特高压直流形成我国届时最密集的特高压多直流送出系统。分析了多直流送出系统与交流电网的耦合特性,提出了多直流送端系统故障后送端交直流协调控制策略。多直流送出系统由于电气距离较近,故障后相互支援可靠性较高,且对送端区域电网潮流影响较小;但存在多个直流同时闭锁的风险,需要采取大量的控制措施。研究了溪浙直流投运后与受端交流电网相互影响规律,并对交流系统和直流系统重要参数进行敏感性分析。结果表明,优化参数能有效提升受端电网稳定性。

直流送受端故障对送端系统稳定性影响的对比分析及控制措施

在电网"强直弱交"特性不断加强的形势下,送受端故障引起的多回直流换相失败和功率瞬降,都可能导致送端互联系统失稳。为此文章对比分析了送受端故障后的直流响应特性以及引发送端系统失稳的可能模式和影响程度,并在此基础上提出了多种控制措施,采用"三华"实际电网算例进行了验证。结果表明,送受端故障引发系统失稳的可能模式相似,实际系统中受端故障对稳定性的影响更严重,可通过采取控制措施保证系统稳定运行。研究结论可以为电力系统实际运行提供参考。

应对多回并列直流换相失败的送端系统安全稳定控制措施研究

大容量特高压直流工程的陆续投运进一步加剧电网"强直弱交"特性,送受端系统的耦合作用和相互影响愈发显著,受端系统故障引发的多并列直流同时换相失败会对送受端电网造成巨大的冲击,严重挤压送端电网稳定运行空间,若电网稳定裕度较低,甚至会导致全网崩溃,因此需针对多并列直流送出系统同时换相失败采取一定的安全稳定控制措施。基于三区域交直流互联系统等值模型,该文从机理分析角度提出应对多回直流同时换相失败故障冲击下互联系统安全稳定控制措施,并针对换相失败故障的特殊性对控制措施的适应性进行了分析,最后基于"三华"实际电网算例对控制措施的有效性进行仿真验证。

特高压直流双极相继故障再启动策略

直流故障再启动功能对于提高特高压直流输电工程的运行可靠性具有重要意义。首先,分析了已投运特高压直流再启动对交流系统安全稳定性的影响。在此基础上,针对特定的交流运行方式,对特高压直流双极相继故障时序及系统稳定特性进行了分析,并基于分析结果提出了三段式相继再启动策略分析方法,以此作为制定特高压直流双极相继故障再启动策略的理论依据。最后,以西南某回特高压直流工程为例,验证了所提三段式再启动策略的有效性。