Grid Strength Assessment for Inhomogeneous Multi-infeed HVDC Systems via Generalized Short Circuit Ratio

Generalized short circuit ratio(g SCR)for grid strength assessment of multi-infeed high-voltage direct current(MIDC)systems is a rigorous theoretical extension of the traditional SCR,which enables SCR to be extended to MIDC systems.However,g SCR is originally based on the assumption of homogeneous MIDC systems,in which all high-voltage direct current(HVDC)converters have an identical control configuration,thus presenting challenges to applications of g SCR to inhomogeneous MIDC systems.To weaken this assumption,this paper applies matrix perturbation theory to explore the possibility of utilization of g SCR into inhomogeneous MIDC systems.Results of numerical experiments show that in inhomogeneous MIDC systems,the previously proposed g SCR can still be used without modification.However,critical g SCR(Cg SCR)must be redefined by considering the characteristics of control configurations of HVDC converter.Accordingly,the difference between g SCR and redefined Cg SCR can effectively quantify the pertinent AC grid strength in terms of the static-voltage stability margin.The performance of the proposed method is demonstrated in a triple-infeed inhomogeneous line commutated converter based high-voltage direct current(LCC-HVDC)system.

计及短路比提升与暂态过电压抑制的含高比例风电送端电网两阶段式调相机优化配置

随着送端电网中大规模风电机组的接入及常规同步机组的置换淘汰,电网短路比水平下降,电压支撑能力削弱,故障时易导致新能源机组暂态过电压而发生脱网事故。面向含高比例风电的送端电网,研究综合计及短路比提升和暂态过电压抑制的调相机优化配置方法。首先,利用新能源多场站短路比(multiple renewable energy stations’short-circuit ratio,MRSCR)分析了调相机接入对风电场短路比的提升作用,并基于调相机暂态快速无功响应特性揭示了其对风电机组暂态过电压的抑制机理;然后,提出一种同时计及短路比提升和暂态过电压抑制的两阶段式调相机优化配置策略,第一阶段以风电场短路比提升为核心约束优化配置调相机位置与基础容量,第二阶段以暂态过电压安全为关键约束进行调相机配置容量修正,并引入量子遗传算法(quantum genetic algorithm,QGA)进行优化求解。最终,基于PSD-BPA在含高比例风电的送端电网进行算例分析,验证了所提出的调相机优化配置方法能够显著提升风电机组多场站短路比水平并有效抑制风电机端暂态过电压。

提高新能源场站稳定性的构网型与跟网型变流器容量配比估算

大规模新能源接入使得电网短路比降低,系统电压支撑强度下降,导致静态电压稳定和次/超同步振荡等稳定问题凸显。构网型变流器具有较强的电压支撑能力,在新能源场站配置一定比例的构网型变流器可以提升系统稳定性,但由于构网型变流器容量与稳定裕度的解析关系不明,导致构网型变流器容量合理占比的理论值估算十分困难。该文针对新能源基地接入低短路比弱电网场景,从小干扰稳定视角探讨构网型与跟网型变流器容量配比的估算方法及其典型值。首先,对构网型变流器进行电压源等值,并通过广义短路比指标分析了构网型变流器配置比例对系统强度以及稳定裕度的影响规律;其次,针对改造构网型风电机组和额外加装构网型变流器两种技术方案,以行业相关标准为边界条件并结合典型升压变压器参数,估算了实际工程中容量配比的典型值;最后,利用多风电场系统案例验证了结论的有效性。

基于等效电流源的级联混合直流馈入系统强度影响分析

级联型混合直流系统受端的模块化多电平换流器高压直流系统(modular multilevel converter high voltage direct current,MMC-HVDC)和电网换相换流器高压直流系统(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)会因馈入点电气距离较近而存在强相互作用关系。为明确级联型混合直流馈入系统中MMC-HVDC对LCC-HVDC系统强度的影响,提出考虑幅值和相位的MMC等效电流源的简化等效方法,基于所提MMC等效原理将级联型混合直流馈入系统等效成单馈入LCC-HVDC系统,分析等效单馈入系统的参数计算方法,并提出等效单馈入短路比评估指标。最后通过该指标分析归纳了不同控制方式、不同电气距离下等效单馈入系统的系统强度变化情况,即为MMC-HVDC对LCC-HVDC系统强度的影响规律。机理分析和基于PSCDAD/EMTDC、MATLAB的仿真结果表明,所提等效方法具有有效性且所提指标能很好地反应MMC-HVDC对LCC-HVDC系统强度的影响。

基于相对等效短路比的新能源——柔直送出系统振荡风险评估

新能源基地并网系统面临与电压支撑强度密切相关的振荡稳定性问题,在海量运行方式下,逐一建立精细化模型的稳定性分析过程耗时较长。短路比指标可直观反映新能源并网系统的电压支撑强度和稳定裕度,但现有短路比无法适用于无同步机电源的系统。为此,将短路比概念合理扩展至全电力电子化系统,基于戴维南等效网络来度量新能源-柔直送出系统电压支撑强度,进而提出了能快速评估新能源-柔直送出系统振荡风险的相对等效短路比计算方法,并阐明相对等效短路比能够全面考虑新能源场站发电功率、交流网架结构以及新能源设备变流控制系统等多重因素对振荡稳定性的影响,最后通过算例验证了相对等效短路比评估方法的有效性。

抑制新能源次/超同步振荡的SVG鲁棒自适应控制参数设计方法

现有抑制新能源次/超同步振荡的静止无功发生器(SVG)控制设计方法大多针对单一运行场景,难以确保运行工况变化下系统的小干扰鲁棒稳定性。为此,提出了一种抑制新能源次/超同步振荡的SVG鲁棒自适应控制参数设计方法。论证了短路比(SCR)可用于评估运行工况变化下含SVG的新能源并网系统小干扰稳定裕度;基于短路比分析方法,发现了代表系统小干扰稳定性最差的关键运行工况;基于H_(∞)控制理论,提出了一种关键运行工况下SVG控制参数鲁棒自适应设计方法。该方法能确保含SVG的新能源并网系统在运行工况变化下系统的小干扰鲁棒稳定性。

低惯量交流系统并网变流器次/超同步振荡分析

低惯量电力系统中跟网型变流器可能会与同步机转子动态产生交互,给系统稳定性分析引入新的问题,仅靠跟网型设备动态和短路比衡量交流系统强度不再准确。为此,该文综合分析系统惯量和短路比对跟网型变流器小干扰同步稳定的影响,提出适用于分析低惯量系统中并网变流器稳定性的方法,所提方法计算量低、物理意义明确。首先,推导变流器和同步机混联系统的闭环模型,并提取出能表征低惯量动态的相互作用系数矩阵,定性分析两类设备间的交互关系。其次,基于模态摄动理论,将原多机系统解耦为稳定性等效的子系统。然后,选取适用于分析小干扰同步稳定问题的相位主导回路,根据该回路提出综合考虑惯量和短路比的稳定性分析方法。最后,基于仿真算例验证了所提低惯量系统中并网变流器小干扰同步稳定性分析方法的有效性。

含跟网型储能的新能源多馈入系统小扰动电压支撑强度分析

储能正常工作时包含充电和放电两种运行模式,导致多储能变流器和多新能源变流器构成的多馈入系统工作点多变,加剧了系统小扰动同步稳定性分析的困难程度。为此,该文聚焦锁相环主导的小扰动同步稳定问题,首先,推导了兼顾储能充/放电运行模式的电网强度评估指标广义短路比,并提出了基于广义短路比及设备临界短路比的系统电压支撑强度分析方法,进而实现了系统小扰动同步稳定裕度的快速评估;然后,探究了跟网型储能变流器的充/放电运行模式对系统小扰动同步稳定裕度的影响规律,并根据矩阵联锁特征值定理论证了跟网型储能变流器工作在充电模式时,系统的小扰动同步稳定裕度高于放电模式;最后,基于仿真算例验证了所提系统小扰动同步稳定性分析方法的有效性。

阿根廷基什内尔总统水电站发电机性能参数及结构特点

阿根廷基什内尔总统水电站装设5台额定功率为190 MW的混流式水轮发电机组,在电力系统中承担发电、调峰和调相功能,是“一带一路”在南美地区的标志性工程。国外咨询工程师对水轮发电机的频率变化范围、额定电压和槽电流、短路比和纵轴同步电抗、冷却方式、消防方案等技术参数和结构要求与国内标准和习惯不同,通过比较分析相关国内外标准规范和类似水电站发电机参数水平,对水轮发电机性能参数和结构特点进行总结和概括,供类似水电站发电机选型和设计参考。

基于暂态数据戴维南等值参数辨识的时变广义短路比计算方法

广义短路比能有效反映多馈入直流系统受端交流电网的强度,其计算通常基于直流馈入节点处受端交流电网的戴维南等值导纳矩阵,忽略了交流电网各元件动态对电网强度的影响。本文提出了一种基于暂态数据戴维南等值参数辨识的时变广义短路比计算方法,将隐含系统元件动态特性的端口节点电压与注入端口节点功率作为辨识数据,基于多端口戴维南等值模型与最小二乘法辨识受端交流电网时变导纳矩阵,进而计算出时变广义短路比,准确地反映了系统动态对受端交流电网强度的影响。最后,以单馈入直流系统算例验证了方法的精确性,以某省级电网算例验证了其实用性,分析了负荷动态特性对时变广义短路比的影响。

基于贝叶斯深度学习的新能源多场站临界短路比区间预测方法

大规模新能源并网后电力系统的电压安全稳定问题突出,亟需一种兼具准确性和实用性的方法来评估系统的电压支撑强度。为此,该文提出一种基于贝叶斯深度学习的新能源多场站短路比(multiple renewable energy station short circuit ratio,MRSCR)智能增强方法。首先,聚焦于MRSCR缺乏准确的临界短路比(critical short circuit ratio,CSCR)问题,提出CSCR样本集的构建流程,并据此开发样本的批量仿真程序。然后,利用多门控混合专家网络对各新能源接入点的CSCR进行同步预测,并结合贝叶斯深度学习提升预测精度,量化预测不确定性。最后,考虑到点估计的弊端,提出一种基于动态阈值的不等式方法来给出兼具可靠性和清晰性的区间估计,为不同的决策需求提供多种属性的预测值。在CEPRI-FS-102节点系统上的测试结果表明,所提方法可有效提高电压支撑强度的评估精度和速度,其预测信息可为决策过程提供重要的指导意义。

提升弱电网新能源集群送出能力的调相机优化配置方法

针对提升送端弱电网系统强度及新能源消纳能力的技术需求,分析了短路比指标与新能源集群送出能力之间的关联;分析了调相机接入对短路比指标的影响;建立了兼顾弱电网系统强度和集群新能源消纳的调相机配置双层优化模型,内层模型以各新能源场站出力最大为目标,确定短路比约束下各新能源场站最大出力限值,外层模型以调相机配置容量最小为目标,计算各新能源场站实际出力与该场站最大出力限值的差值,对调相机配置容量进行校核。通过实际典型电网仿真分析表明,调相机优化配置后系统强度大幅提升,同时,98%的新能源场站最大可消纳空间达到各新能源场站理论最大可消纳空间的95%。

换流变内部短路电流计算及动态模拟技术

研究换流变压器内部故障下不同位置的短路电流分布特征可以加深故障机理认识为其保护研究提供重要参考。换流变压器内部短路后轴向安匝分布不均匀,从而引起辐向漏磁场分量显著增加。提出以辐向短路电抗修正内部故障后绕组电感参数的变化,将短路绕组与剩余绕组进行等效处理,优化内部故障后的等效电路模型,并提出匝间短路电流的计算方法。所定义的空载运行匝间短路电抗比K可用于描述换流变匝间短路故障后,短路环内电流与网侧短路电流的比值。以工程产品为原型,提出了换流变压器物理模型的一致性技术指标。并通过与原型产品的仿真比对提出了匝间短路电流分布的规律,受故障发生位置影响,相同匝比的短路电流从线圈轴向上看呈现马鞍状分布特点,进一步研制了可以反映内部短路故障的换流变压器物理模型。最后,搭建全物理的换流变压器内部故障动态模拟试验平台,验证了所提出的内部短路电流计算方法的正确性,其K值计算误差控制在-1.70%~0.72%。

计及运行广义短路比的多时间尺度新能源并网调度计划模型

为了保障大规模新能源并网时电网系统的稳定运行,减少弃风、弃光,首先分析了平抑新能源并网功率波动的手段,引入了新能源以任意功率并网后能够评估交流系统电网强度的运行广义短路比。其次,给出了基于日前、日内、实时3个时间尺度新能源并网调度计划策略,建立了以运行调度成本最小、运行广义短路比最大、联合输出功率波动最低为目标函数的多时间尺度新能源并网调度计划模型。最后,以火电机组、新能源场站、储能电站和高载能负荷等所构成系统为例,仿真验证了所给策略和模型的有效性。

基于实时戴维南等值参数估计的短路比分析

针对风电接入多场站电力系统暂态稳定问题,依托短路比对系统的暂态稳定性进行判定。首先,建立新能源并网系统等效模型,运用时域仿真的戴维南等值参数法来求解系统暂态的戴维南等值参数;在此基础上,计算交流系统短路容量,推导得出新能源并网系统短路比,并构建短路比与节点电压的代数关系,得到系统短路比关于节点电压的计算式;最后,基于系统最大传输功率计算得出临界短路比,通过对比实现对系统暂态稳定的实时评估。仿真结果表明,基于时域仿真的戴维南短路比计算准确,算法的适应性强。当短路比小于临界短路比时,系统处于特性不稳定区域,反之则处于稳定区域。

直驱风机并入交流电网引发的次同步振荡分析与抑制

通过对直驱风机并网模型及短路比原理分析,阐述次同步振荡的发生机理。提出在高压母线侧加装静止无功补偿器去抑制次同步振荡的发生,并对静止无功补偿器的控制策略进行分析。结果表明,该控制策略能有效抑制次同步振荡现象,保障电力系统的安全与稳定。

基于滤波提取及滑窗算法的短路比在线辨识方案

随着“双高”趋势给电网带来的弱网稳定性威胁,为实现对电网强度的实时监测,需进行短路比的在线辨识。许多辨识方法均需设计复杂的谐波提取算法或采用高精度高速率的采样分析仪器,操作困难,成本较高。为降低短路比辨识难度,设计了基于滤波特性的扰动响应分量提取方法及数据检离群滑窗算法,并搭建了2.5 MW风电机组并网模型。仿真结果表明:短路比辨识误差在5%以内,辨识数据也具有较好的稳定性和准确性,验证了所提方案的可行性和工程应用潜力。

新能源并网点阻抗比对临界短路比的影响分析

短路比目前是衡量交直流系统电压支撑强度的有效指标,但是短路比在一定基值选取的前提下,是一个只由系统的等值阻抗的模值表示的参数,由实际系统的方程可知,交直流电力系统的稳定性不仅仅与戴维南等值阻抗的模值有关,与阻抗相角也息息相关,分析临界短路比与阻抗比的关系对指导新能源接入工程有重要意义,本文研究了阻抗比与最大输送功率和交流系统参数的关系,推导了临界短路比与阻抗比的关系,对工程中以阻抗比作为辅助判据,判断电网强度提供了指导。

考虑电压支撑强度约束的区域新能源出力分布优化方法

建设大规模新能源基地,并经特高压直流送出已成为新能源开发利用的重要形式,但随着新能源接入占比的抬升,系统电压支撑强度不足并引发暂态过电压问题凸显,已严重制约直流送电能力及新能源接纳能力。新能源多场站短路比是衡量系统电压支撑强度的有效手段,通过揭示新能源出力对短路比的影响规律,明确了新能源出力分布优化的可行性,进而构建基于新能源多场站短路比约束的区域新能源出力分布优化问题的实施框架,提出基于模拟退火算法的出力优化方法。以国内某省级电网为例,仿真验证了算法对提升区域新能源消纳能力的效果。仿真表明,所提出的出力优化方法可以提升新能源消纳能力70%以上。

变压器并列运行时负荷分配比例与短路阻抗关系的分析

变压器并列运行需要考虑如何解决负荷分配随各变压器额定容量匹配的合理性问题,而短路阻抗是影响负荷分配比例的主要因素。介绍了变压器并列运行的优缺点及并列运行的理想条件,以两台变压器并列运行为例,分析了负荷分配比例与短路阻抗大小的关系。结果表明:额定容量不相等的两台变压器并列运行时,要尽可能保证其短路阻抗相等,使每台变压器所带的负荷根据各自的额定容量按比例进行分配;不能满足短路阻抗完全相等的条件时,额定容量较小的变压器短路阻抗应选择大一些,额定容量较大的变压器短路阻抗应选择小一些,使并列运行后的系统总传输容量大于两台变压器的额定容量之和,以提高系统运行的经济性和安全性。