静止变频器分阶段启动控制策略研究

静止变频启动方式作为抽水蓄能机组的主要启动方式,具有启动电流可控、可频繁启动、调速范围宽等优点。转子处于低速状态时,根据机端电压计算出的转速不准确,造成传统控制方法输出的电磁转矩误差较大。针对此问题,文中首先基于同步电机静止变频系统工作原理,提出一种改进型静止变频器(SFC)控制方法。在低速阶段,整流电路采用触发延迟角开环控制,使SFC持续提供充足的加速转矩,转子能够按照一定的加速度上升,逆变电路采用前馈和反馈控制,使直流电流快速上升并维持稳定;在高速阶段,整流电路采用触发延迟角双闭环控制,逆变电路采用负载换相法实现换相。然后,文中提出闭环控制器参数设计方法,提高直流回路稳定性以及静止变频系统动态性能。最后,通过仿真验证了所提控制策略及参数设计方法的有效性。

分布式新能源接入电网的电能质量问题

分布式电源的接入给电网的系统规划、电能质量、继电保护等方面带来诸多问题。从电能质量的角度,分析了风电、太阳能光伏发电和微型燃气轮机三种常见的分布式电源并网产生的电能质量问题及目前常用的改善方法,阐述了微电网技术在多种分布式电源混合接入电网中的作用。探讨了在智能电网框架下,分布式电源微电网的电能质量的研究方向。

智能电网时代的电能质量问题

智能电网的发展使得电能质量面临了新的问题,新型能源、微电网、高铁和汽车充电站等都会对电能质量造成影响。在全面论述电能质量起因、危害及治理措施的基础上,对当前电网所面临的新形势作了进一步的展望。

带汽车充电站的微电网电能质量问题及网损分析

在汽车充电站快速发展的背景下,把风电、太阳能光伏发电和微型燃气轮机3种常见的分布式电源和汽车充电站分别接入交流微电网和直流微电网,从电能质量和网损的角度,对比分析2种不同接入方式对电网产生的影响,为汽车充电站的发展模式提供参考,并为智能电网的进一步研究打下基础。

基于电能质量装置数据和改进克隆选择算法的电力动态负荷建模

电力负荷具有随机性、非线性、时变性和分散性等特点,且电网自然扰动提供有效数据不足,使得负荷建模难度很大。为了解决这一难题,利用广东电网电能质量监测管理系统后台数据库的大量非对称扰动数据进行负荷建模。采用BPA中三阶感应电动机并联ZIP负荷模型和改进的克隆选择算法,通过自适应调整高斯变异和定向进化机制来提高多维函数的全局寻优能力和辨识效率。基于实测数据的负荷建模结果表明,所提出的算法对提高辨识精度和克服模型参数的分散性具有显著作用,能够满足实际工程的应用需要。

单一综合负荷模型等效负荷群的适用性

采用基于遗传算法的综合负荷模型主导参数辨识方法,分析辨识了放射状、弱互联以及其他几种特殊电网组合形态的主导负荷参数。通过对比原始负荷模型与辨识负荷模型的动态仿真曲线,分析了综合负荷模型对电网负荷群外特性的拟合度及适用范围。仿真表明,当负荷区域中没有发电机时单一综合负荷模型可以近似等效其外特性否则,拟合效果不理想。

南方电网负荷模型在故障拟合上比较分析

电网负荷模型的选择影响着其仿真计算的准确性,采用乐观的负荷模型可能对电网安全造成不利影响。针对近期南方电网发生的三次扰动事件,选择电力系统规划运行中常用的静态、电动机加恒阻抗、综合负荷模型进行故障拟合,分别从短路电流、有功功率振荡及电压波动等进行比较分析,总结了各负荷模型在现阶段南方电网仿真计算中的适用性。

基于谐波电压补偿的混合直流连续换相失败抑制策略

针对混合直流发生连续换相失败的现象,首先对直流换相过程和连续换相失败进行了分析,确定了该试验工况下谐波是直流在故障恢复期间发生连续换相失败的原因之一。接着基于含模块化多电平柔性直流输电(MMC-HVDC)的多馈入直流输电系统仿真模型,提出抑制直流连续换相失败的策略,通过对多条常规高压直流输电(LCC-HVDC)恢复期间逆变侧换流母线谐波电压的检测,在MMC-HVDC逆变侧的无功功率控制环节附加上谐波电压补偿分量,可提高恢复期间MMC-HVDC对交流系统的无功功率支撑,减少谐波的影响,从而抑制连续换相失败的发生。最后基于PSCAD/EMTDC平台仿真验证了该换相失败抑制策略的有效性。

基于OPA连锁故障模型的电力系统风险评估

连锁故障是大停电事故的主要诱因之一。本文在OPA连锁故障模型(ORNL-PSERC-Alaska,OPA)的基础上,分析连锁故障的演化机理,探讨大停电事故的复杂特性;通过考虑继电保护隐性故障和推导完整事故链进一步完善OPA模型;引入多种系统级的风险评估指标对仿真结果进行处理,在宏观层面上评估目标系统连锁故障风险;通过统计故障频次,辨识目标系统的薄弱环节。最后编写MATLAB程序,并以IEEE RTS96节点系统为算例,仿真得到不同运行条件下的连锁故障仿真结果,计算得到大停电风险评估指标,验证了评估方法的有效性。

基于概率的电网静态风险评估方法研究与应用

电网静态风险评估是电网规划的基础。针对传统电网规划使用的风险评估准则的局限性,提出了基于概率的静态风险评估方法。该方法采用潮流灵敏度算法进行失效状态的调整,所用的概率可靠性指标能够多维度量化电网安全运行风险,辨识电网安全风险薄弱环节的根源,统一度量电网规划方案的安全风险和投资风险。在广东电网的应用表明,该方法可以满足实际大电网静态风险评估的需要,具有良好的实用价值。

特高压与超高压交流输电能力及经济比较研究

自我国交流特高压工程规划和建设以来,国内对特高压交流输电的输电能力、经济性、实施效果等方面存在较大的争议。本文通过建立特高压交流与超高压交流点对网和网对网的输电系统仿真模型,采用理论分析和仿真计算相结合的技术手段,针对不同输电距离和系统强度情况,从热稳极限、暂稳极限角度对比分析了特高压交流与超高压交流输电线路的送电能力,并以送受端同样系统强度下相同输电距离输送同等容量电力为例,对比分析了特高压交流输电与超高压交流输电的经济性,从而研究特高压与超高压交流输电在输电能力和经济性方面的优劣。研究表明,在相同的输电距离情况下,特高压交流的最大输电能力是超高压交流输电的2~4倍;相同输电容量下中短距离输电时,超高压交流输电经济性优于交流特高压输电。

基于实际交直流互联大电网的机电扰动传播

以我国南方电网系统为蓝本,研究机电扰动在实际大电网中的传播特性。分析电力系统频率时空分布特性,给出扰动传播速度的估算方法;利用PSD-BPA机电暂态仿真程序模拟系统中不同位置发生切机故障时的频率响应特性,估算出扰动传播到各观测点的时间和速度,对比分析得出扰动在实际大电网中的传播特性;针对纯直流连接的异步互联电网,仿真研究送受端电网的频率响应特性以及受端电网扰动对送端电网的影响,并讨论直流系统传播扰动的机制。最后对本文工作得出的结论进行总结,为今后基于机电波理论研究互联大电网广域稳定控制提供参考。

向无源电网供电的MMC-HVDC稳态运行区域分析

柔性直流输电能够为无源电网供电,连接无源电网时,MMC功率传输极限有待深入研究。基于开关函数推导了dq旋转坐标系下的MMC详细解析模型,定量分析调制信号、桥臂电流、子模块电容电压波动和自身容量限制等约束条件对换流器输送功率极限的影响。研究表明换流器的功率输送主要受最大调制比和电容电压最大允许波动约束,而且子模块电容过小会明显降低MMC功率输送极限。投入环流控制器可使MMC较大程度地摆脱子模块电容电压的限制,提高为无源电网供电的能力。最后在PSCAD/EMTDC上仿真验证了稳态运行区域计算方法的有效性。

南方电网同步运行网架向异步运行网架的转变研究

研究论证了南方电网同步运行网架向异步运行网架转变的必要性和可行性,指出云南电网与南网主网实施异步联网,可有效化解南方交直流同步运行电网中多回直流极闭锁等复杂故障引起的系统失稳风险,显著提升南网主网功角稳定性。同时,建立预防频率失稳的三道技术防线,即直流输电频率限制控制与发电机组调速器、响应故障事件的集中式切机、响应频率变化的分布式多轮次切机,可保障异步联网后云南电网的频率稳定性。此外,分析了实现云南异步联网的两个直流集中馈入弱交流系统引发的换流站无功补偿小组容量小数量多的问题,以及交流故障后直流振荡闭锁的问题,提出了综合应用静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)、串联补偿、柔性直流和常规直流相结合的解决措施。

乌东德特高压多端直流工程受端采用柔性直流对多直流集中馈入问题的改善作用研究

本文首先揭示了广东、广西电网目前存在的多直流集中馈入问题,然后依托2020年即将投产的乌东德特高压多端直流输电工程,从多直流有效短路比、交流系统故障导致多回直流换相失败风险、交流故障对受端电网稳定性影响等3个方面对比分析了直流受端采用LCC或VSC换流器对受端广东广西电网系统稳定的影响。研究表明,乌东德直流广东广西均采用VSC换流器,不会导致广东广西电网各直流的多直流有效短路比降低,系统抵御严重故障的能力显著增强。

STATCOM与新型调相机的技术性和经济性比较

近年来电压稳定问题已经成为电网安全运行的一项重大挑战,新型调相机和STATCOM因其优异的电压支撑能力而受到越来越多的关注。本文首先简单介绍了新型调相机和STATCOM的基本原理和特性。接着,从应对系统电压跌落、电压骤升和对短路电流的影响3个方面对这两种无功补偿设备进行了技术性比较,根据比较结果从技术性角度给出了不同应用场景下无功补偿设备的选择建议。最后,文章采用等年值法对比了新型调相机和链式STATCOM的经济性,并从经济性角度给出了不同应用场景下无功补偿设备的选择建议。

基于Volterra在线参数辨识的动态负荷模型等效性分析

基于Volterra在线参数辨识方法,通过数字仿真、模型参数辨识、模型替换和外特性交叉对比等步骤,分析了恒阻抗加感应电动机模型(ZM模型)与ZIP模型、ZIP加电动机模型(ZIPM)之间的等效性及ZM模型的适用范围。仿真结果表明,当ZIPM负荷中ZIP部分的恒阻抗负荷占比大于70%时,辨识出的ZM模型与原始模型在外特性上的相似程度可以满足机电暂态仿真的要求。

采用常规直流配置动态无功补偿或柔性直流对受端广东电网稳定性影响的对比分析

针对乌东德特高压多端直流工程,对比研究了常规直流配置动态无功和柔性直流两种方案对受端广东电网的稳定性的影响。首先通过对比多种动态无功补偿装置的技术性能、对电压稳定的作用和实际性能,确定采用STATCOM作为动态无功补偿装置。其次针对乌东德直流落点广东东部、西部两种方案,考虑广东同步和东西部异步分区运行两种情况,对受端采用LCC、LCC+动态无功补偿或VSC对受端电网稳定性的影响进行了对比分析。研究表明,为满足N-1要求和系统抵御严重故障基本达到受端采用VSC方案的水平,受端采用LCC换流器方案时需要不同程度地加装STATCOM。

LCC-MMC特高压混合直流输电系统高低压阀组均压控制策略

整流侧为LCC、逆变侧为MMC的LCC-MMC特高压混合直流输电系统的换流站由高低压阀组串联形成,当系统采用“LCC定电流控制/MMC定电压控制”和“LCC定电压控制/MMC定功率控制”两种控制策略时,分别存在整流站LCC和逆变站MMC的高低压阀组直流电压和有功功率不平衡的现象。提出了高低压阀组之间存在的不平衡电流和阀组电压未直接受控是导致阀组间直流电压不平衡的原因,并分析了不平衡现象的机理过程。对此提出了基于高低压阀组实际电压与额定电压偏差修正控制目标的均压控制策略,使得阀组间直流电压能够得到均衡控制。最后在PSCAD/EMTDC平台上对提出的均压控制策略进行了有效性验证。

基于半监督径向基函数神经网络的电网自组织临界态辨识方法

机器学习中的人工神经网络已经逐渐用于电力系统自组织临界态辨识中。针对目前OPA模型等传统自组织临界辨识方法用时长或者只能给出电网演化的趋势性意见,而大部分神经网络方法都是基于已标记样本、忽略了未标记样本也能给训练提供有效信息的现状,结合半监督学习和径向基函数神经网络的优点,提出了基于半监督径向基函数神经网络的电网自组织临界态辨识方法,既可以利用未标记样本改善学习性能,又具备传统径向基函数神经网络的最佳逼近和全局最优的性能,其用时少、正确率高,满足在线辨识电力系统自组织临界态的要求;最后通过中国西部某区域电网的仿真分析证明了辨识方法的正确性和优越性,从而为实时预防电力系统连锁故障并提前做出针对性的预防控制提供理论基础和技术依据。