考虑解耦功率优化分配的多端混合直流互联系统频率响应控制策略

基于多端直流输电将多个异步交流电网联接形成的直流互联系统受到广泛关注,异步互联系统频率响应控制是实现异步电网之间运行储备共享、发挥多端直流功率支援能力的重要手段。分析了基于经典下垂控制的频率响应控制模型结构及其频率电压互耦合特性。从控制结构、参数自适应变化、系统协调方法和功率优化分配等角度提出一种考虑解耦功率优化分配的多端混合直流互联系统频率响应控制策略,采用全局频率控制方案,并进一步建立功率优化分配模型来提高频率控制的经济性和低碳性。最后,仿真验证了在强、弱交流系统负载突变和换流站因故障退出运行等情况下直流互联系统的响应特性,所提策略能够消除耦合影响,换流站出力分配更为合理且能大幅提高弱交流系统的频率稳定性,能够为多端直流互联系统频率控制的进一步研究提供参考。

基于特性参数矩阵的混合多端直流系统可靠性分析

随着输电走廊资源的日趋紧张,特高压混合多端直流输电系统将有望成为直流输电系统发展的主流趋势,对其进行可靠性评估成为电力系统规划、设计和运行的一个十分重要环节。首先建立了特高压混合多端直流输电系统的可靠性评估模型,随后提出了基于特性参数矩阵的可靠性评估算法,实现对特高压混合多端直流输电系统的可靠性评估。最后基于相关算例,使用所提方法和常规方法分别对其进行可靠性评估分析,根据可靠性评估计算结果对比验证了所提方法的高效性和准确性,对于复杂的特高压混合多端直流输电系统具有良好的适用价值。

昆柳龙直流工程受端高频谐振评估及抑制

电压源型换流器易在高频谐波频段呈现负阻尼从而引起谐振现象,昆柳龙直流工程作为特高压多端混合直流输电工程,需对其柔性直流受端柳州、龙门换流站的高频谐波谐振风险进行评估分析。基于阻抗分析法分析柔性直流换流站控制链路延时、前馈滤波、控制器参数对柔性直流交流阻抗变化趋势的影响,分别考虑22种、34种交流线路工况,对受端柳州站和龙门站的多种运行工况进行交流系统谐波阻抗扫描计算,由结果可知龙门站相较柳州站具有更高的高频谐波谐振风险,为避免发生谐振,龙门站应在前馈中加入100Hz低通滤波器,控制链路延时为300μs,但会影响动态响应性能。提出了相应的高频谐波谐振风险抑制方法,能够为昆柳龙直流工程的高频谐波谐振风险抑制提供参考。

多类型元件混合直流电网机电暂态建模仿真

由电网换相换流器(Line commutated converter,LCC)与电压源型换流器(Voltage source converter,VSC)构成的混合直流电网有望成为未来直流网络中一种新的表现形式,针对混合直流电网中的各类型组成元件,提出了一种较为全面的混合直流电网机电暂态建模方法。首先分析了混合直流电网中的组成元件,并建立了各组成元件的机电暂态模型;随后分析了各类型换流器的控制系统模型;最终将所建立的机电暂态模型应用在四端混合直流电网算例仿真中,将3种工况下的机电暂态与电磁暂态仿真结果进行对比分析,验证了所提出的混合直流电网机电暂态建模方法的可行性。

乌东德与滇西北共用接地极线对直流输电系统影响研究

针对两回直流共用接地极线的两种方案,在构建共用接地极线的直流输电系统稳态模型的基础上,研究共用接地极线方案对两回直流控制系统、保护系统的影响,并对相应的解决措施进行了分析。对直流保护系统,接地极线路相关故障时,有双回直流闭锁的风险。

多回直流闭锁故障下云南电网频率协调控制研究

云南外送直流发生单极闭锁、多极闭锁及多回直流组合闭锁故障后,都会导致送端有功功率大量盈余,云南电网高频现象突出且可能出现频率长期越限等问题。直流输电系统的附加控制可以改善交流系统的频率稳定控制特性。首先介绍了云南电网的安全稳定控制系统及切机定值,再对云南电网当前的直流控制系统配置情况进行说明,考虑了云南外送直流发生单极闭锁、双极闭锁、三极闭锁、四极闭锁及多回直流组合闭锁故障情况下造成的不同容量的直流输出功率损失。为了分析云南电网在发生多回直流闭锁故障,导致不同外送直流容量缺额下的频率特性,分别对缺额为1600 MW~38600 MW的直流闭锁故障,采取不考虑FLC功能、考虑FLC功能、现有稳控措施、FLC+稳控措施、多直流协控措施等5种不同措施时的云南电网频率特性进行计算分析。为体现不同措施对维持云南送端系统稳定的作用,按照稳定情况,对不同故障下的切机情况、频率稳定问题进行分类对比研究。研究表明,云南外送直流发生单极闭锁、多极闭锁或多回直流组合闭锁故障后,云南电网主要存在频率升高和频率越限问题,少数直流闭锁故障后存在功角暂态稳定问题。在功率盈余不超过6500 MW时,考虑直流FLC功能可将最高暂态频率控制在50.6 Hz以下,稳控+FLC措施能够在盈余功率低于16000 MW时很好地控制最高暂态频率;而当功率盈余超过21000 MW时,多回直流协控的适用性也将大大下降。当交流内部交流通道不足以转送直流闭锁后的盈余容量而导致功角失稳后,必须采取切除相应直流配套机组,才能恢复系统稳定。基于该研究结果提出的建议,对相关工程具有一定的参考价值。

特高压柔性直流MMC故障子模块的高可靠旁路方法

模块化多电平换流器(MMC)运行过程中需将故障功率模块迅速从桥臂中旁路出去,以减少对MMC的不利影响。为提高MMC功率模块发生故障后被旁路的可靠性,提出了一种基于辅助旁路晶闸管技术的功率模块高可靠旁路方法。在功率模块交流端口并联辅助旁路晶闸管,仅作为无源过压保护元件,利用其过压击穿实现对功率模块的旁路保护。分析了辅助旁路晶闸管的过压失效模式和击穿稳定性,并基于乌东德特高压多端混合直流示范工程仿真分析了所提方法的可行性和有效性。通过增加散热器可使辅助旁路晶闸管短路失效后的温度稳定在70℃左右,满足长期旁路通流要求。

基于RTDS仿真的乌东德直流受端严重故障稳定性研究

随着乌东德特高压三端直流的投产,南方电网“西电东送”直流工程将达到13回,馈入广东受端电网的直流增加至10回,受端广东、广西电网存在多直流馈入问题,电网在严重故障下的安全稳定运行遭受重大挑战,存在大面积停电的风险。基于南方电网2020年夏大方式规划数据,在RTDS中建立乌东德直流的三端常规直流和三端混合直流实时仿真模型。分析乌东德直流对南方电网当前网架及系统主要特性的影响,认为多回直流发生持续换相失败的问题突出,云南电网可能存在高周动作风险。基于RTDS全电磁暂态实时仿真平台,开展了乌东德直流受端落点近区电网交直流系统发生单一严重故障的仿真试验,故障类型包括交流N-1、交流N-2、单相短路中开关拒动、三相短路中开关单相拒动、直流闭锁,共计50个试验项目。从受端交流电网电压稳定性、送端交流电网频率稳定性、乌东德直流应对严重故障的响应、乌东德直流对其它直流的影响四个方面,综合对比研究了乌东德直流受端为LCC或VSC对系统稳定性的影响。研究表明,乌东德直流广东、广西受端若采用LCC,受端发生交流线路N-1、交流线路N-2、线路单相短路中单相开关拒动、线路三相短路中单相开关拒动故障时,都将导致乌东德等多回直流发生换相失败、云南电网频率增大,甚至导致系统电压失稳;乌东德受端若采用VSC,受端交流故障时直流功率跌落相对较小、恢复速度较快,对交流系统稳定性、电压和频率恢复的支撑效果更优。因此,乌东德受端采用VSC换流器更有利于提高电网交直流严重故障下的稳定性。

±800 kV特高压多端混合直流频率限制器及参数整定

针对异步联网运行后,高水电占比多直流外送云南电网面临的频率失稳风险,采用直流频率限制器(frequency limit controller,FLC)进行故障调频提高系统频率稳定性。分析了FLC对送端电网系统频率稳定性的提升作用机理,提出了反向频差复归模型的控制逻辑和参数整定方法。为提高FLC的调制效果,通过控制变量仿真分析各环节不同参数对FLC性能的影响,得到±800 kV特高压多端混合直流FLC参数的建议值,即频率死区为0.15 Hz,输出限幅值分别为+20%和-50%,比例环节系数为30,积分环节系数为22.2。采用BPA(Bonneville Power Administration)仿真分析有无FLC功能下的系统响应情况,验证了所提FLC配置方案对提高系统频率稳定性的有效性。可为特高压多端混合直流工程相关调制功能的定值整定提供重要参考和指导。

特高压多端直流混合型MMC启动回路电阻和充电策略研究

混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在预充电阶段存在电容欠电压且电压不均衡现象,需要加装启动回路降低交流侧断路器合闸时产生的冲击电流及电压。分析了混合子模块拓扑下的MMC不控整流启动特性,介绍了混合型MMC的后续启动控制策略,并提出混合型MMC在不控整流阶段的最大充电电流峰值计算模型。分析了乌东德特高压混合三端直流工程柔直受端的启动策略,并根据不控整流启动期间启动回路的电气量特征,提出了启动电阻阻值及能量等技术要求,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提启动策略和启动电阻设计的有效性。研究结论已被乌东德直流示范工程采用,该方法思路可适用于其他项目工程。