Study on the Application of UHVDC Hierarchical Connection Mode to Multi-infeed HVDC System

随着我国特高压交直流技术的广泛应用，多馈入直流集中落入受端负荷中心将是未来我国电网发展所面临的重要问题。为从电网结构上有效解决多馈入直流系统的问题，提出一种特高压直流分层接入交流电网的方式。研究分层接入方式直流多馈入短路比计算方法的适用性，从理论上对比特高压直流不同接入方式下多馈入直流电网的系统特性，证明特高压直流分层接入方式有助于提高多馈入直流系统的电压支撑能力，引导潮流在1000kV与500kV层级间合理分布。结合国家电网规划，仿真验证了特高压直流分层接入方式的优势。

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。

计及新能源幅相特性的新型多馈入短路比指标

为了合理评估高比例新能源并网的多馈入高压直流输电(multi-infeed HVDC,MIDC)系统电压支撑能力,该文首先分析MIDC系统结构特点,随后基于多馈入短路比(multi-infeed short circuit ratio,MISCR)指标,并结合新能源短路电流幅值和相位随机端电压变化的特性(以下简称“幅相特性”),提出多馈入暂态短路比(multi-infeed transient short circuit ratio,MITSCR)指标;其次,根据国家标准的要求分析以双馈风机(doubly-fed induction generator,DFIG)为代表的新能源在不同控制模式下的幅相特性,并通过MITSCR指标分析DFIG接入对MIDC系统节点电压支撑能力影响;最后,利用PSACD/EMTDC软件进行时域仿真分析,结果表明,MITSCR指标能有效表征节点的电压支撑能力,验证了该指标的有效性与优越性。

基于虚拟功率比的柔性直流输电系统短路故障检测方法

柔性直流输电具有潮流灵活、输送能力强的优点,快速、灵敏的故障检测技术对直流系统的安全稳定运行极其重要。由于过渡电阻和限流电抗器的存在以及测量噪声的影响,使得故障后的暂态特征微弱,进而使得多数故障检测方法的应用受限。为此,提出了一种基于虚拟功率比的柔性直流输电系统短路故障识别方案。首先,分析了多端直流输电系统的故障特性,利用虚拟接地点简化故障后的等效电路,明确了发生区内外故障的特征差异。在此基础上,提出虚拟功率比以增强故障发生后的特征差异,分析了不同工况下的虚拟功率比的特点,提出基于双端非同步虚拟功率比的故障保护策略。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了四端直流输电系统模型,对各种工况下的故障检测性能进行仿真验证。结果表明:所提保护策略能够实现对直流故障的准确识别,只需20 kHz的采样频率,即可在1 ms内完成故障检测,且对过渡电阻、噪声具有较强的耐受能力,相比于其他故障保护方法具有显著优势。

多馈入直流系统电压稳定中静态负荷影响的定量分析和评估方法

随着多回直流集中落点受端电网负荷中心,交流电网相对变弱,因此分析负荷对直流多馈入系统电压稳定的影响,对精确度量受端电网电压支撑能力至关重要。该文首先建立了直流、负荷、交流电网的准稳态模型,推导了单馈入系统短路比受负荷影响的定量关系式;其次,基于结构保持和模态摄动理论,将包含负荷的多馈入系统雅克比矩阵近似解耦,分析了负荷对广义短路比的作用机理;最后,给出了基于数据驱动的广义短路比实用计算方法和稳定裕度评估流程。研究表明,考虑负荷影响后,广义短路比实际值改变,而临界值不变。仿真算例验证了所提分析方法的合理性和有效性。

广义短路比在新能源多馈入配电系统中的适用性研究

广义短路比指标计算简单且物理意义清晰,在主网下多馈入系统的小干扰稳定性评估中得到广泛的应用,但在多馈入配电系统中的适用性尚不明晰。为此,考虑了实际配电网与输电网的差异性,基于单馈入配电系统的特征方程探究了短路比与小干扰稳定性之间的影响规律。构造了等效同构系统,并基于矩阵摄动理论严格证明了多馈入配电系统的主导特征函数与等效同构系统的主导特征函数满足一阶近似相等关系,从而实现了多馈入配电系统的简化与解耦。提出了适用于新能源多馈入配电系统的广义短路比指标,用以量化系统的小干扰稳定裕度,将广义短路比理论的应用范围拓展至配电系统。时域和频域仿真结果验证了所提分析方法的有效性。

弱电网下自同步电压源低电压穿越双模式切换控制方法

针对弱电网情况下自同步电压源在低电压穿越时的瞬态过电压和过电流问题,推导电网阻抗、角度跳变、电压跌落深度下的数学方程,并分析影响过电压和过电流的关键因素,进而提出一种自同步电压源低电压穿越(LVRT)双模式切换控制方法,当电网正常运行时采用自同步电压源均衡控制方法,该方法基于虚拟阻抗并通过模拟阻抗来实现平衡电压环和电流环的控制能力;当电网处于电压跌落状态时采用基于强电流控制的LVRT模式,可有效提升电压跌落瞬态、低电压穿越过程以及电压恢复阶段的平滑过渡能力。并提出一种电压恢复控制策略,该控制策略基于多状态反馈跟随器,可有效抑制过渡过程中电压与电流瞬时变化,通过相位突变补偿控制策略抑制瞬态过电流冲击,帮助电网电压恢复。最后,利用Matlab/Simulink建模仿真软件验证该控制方法的可行性和优势性。

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。

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。

基于多馈入短路比的多直流落点选择方法

为解决电网规划中多直流馈入系统直流落点选择的问题,基于CIGRE多馈入直流短路比(multi-infeed short circuitratio,MISCR)定义,从多角度提取多直流落点方案的信息,提出整体性、均衡性、干扰性和安全裕度4项评价指标,将其抽象为数学模型,并分析了4项评价指标的重叠性;在此基础上,采用二项系数加权法、相对比较法等建立了对应的多直流落点选择策略;最后,以某电网为例,采用所提方法评估了不同直流落点方案,比较分析了不同策略的差异和有效性,结果表明,采用相对比较法确定权重系数的多直流落点选择方法更符合实际需要;所提方法可方便地应用于对实际规划电网任意多直流落点方案的初步筛选。

多馈入直流系统广义短路比:定义与理论分析

分析了静态电压稳定和多馈入系统短路比的联系,从特征根的角度探索了一种刻画交直流系统强度和稳定性的多馈入系统广义短路比(generalized short circuit ratio,GSCR)指标,克服了传统短路比概念在多馈入下物理机理不明确及对交流系统强度刻画不准确的缺陷,实现了短路比概念在单馈入和多馈入下物理意义及数学形式上的统一。GSCR是在较弱的假定条件下定义,因此具有一般性。理论证明GSCR唯一存在且不小于最小多馈入短路比,而传统短路比仅是GSCR在附加较强假设条件后的一个特例。仿真算例表明新定义下的GSCR能更准确地描述多馈入系统受端交流电网的强度。

多直流馈入华东受端电网暂态电压稳定性分析

基于2015年"三华"特高压规划电网的丰大运行方式,利用短路比和多馈入短路比指标分析了华东受端电网的强度,并讨论了受端系统网架调整和直流系统落点位置对短路比/多馈入短路比的影响。采用PSD-BPA暂态稳定程序,分析了华东受端电网在各种故障下的暂态电压稳定性。结果表明:直流系统落点位置对华东受端电网强度的影响较大;交直流系统单一故障、受端特高压交流通道和逆变站换流母线附近线路发生三相永久性短路跳双回故障,大部分直流系统双极闭锁均不会导致华东受端电网暂态电压失稳;锦屏—同里、锡盟—金坛、复龙—奉贤和溪洛渡—浙西特高压直流发生双极闭锁故障后,送端电网需采取切机措施才能保持系统稳定。

多馈入交直流系统短路比的定义和应用

随着我国电网的发展,南方电网和华东电网出现了多馈入交直流系统。由于传统短路比不能考虑直流间的相互作用而亟待提出适用于多馈入交直流系统的短路比定义。通过理论分析推导多馈入短路比,证明传统短路比是多馈入短路比的特例。通过提出的多馈入交直流系统的解耦模型推导多馈入临界短路比的函数表达式,证明多馈入临界短路比与电压灵敏因子的等价关系,提出判断多馈入交直流系统强弱的指标。最后,通过理论分析和算例仿真说明利用多馈入短路比指标判断电压稳定、动态过电压、谐波谐振的有效性,证明所提出指标的合理性及在电网规划和运行中的重要作用。

多馈入短路比及多馈入交互作用因子与换相失败的关系

将传统的两端直流系统短路比延伸到多馈入直流系统,建立了多馈入短路比(multi-infeed short circuit ratio,MSCR)表达式。基于CIGRE模型建立了三馈入直流输电模型,分析了与MSCR相关的变量,并结合换相失败免疫因子得出结论:增大多馈入短路比能够降低发生当地换相失败的风险。同时从多馈入交互作用因子的角度分析了发生同时换相失败的规律:减小交互作用因子能够降低同时换相失败的风险。

特高压交流对四川电网多送出直流输电系统影响评估

雅安—荆门1000kV特高压交流投运后,四川电网将形成全世界独有的特高压交直流混联输电系统。为评估特高压交流投运对四川电网多送出直流输电系统的影响,针对四川电网2012年丰大运行方式,利用多馈入交互作用因子、多馈入运行短路比等评估指标,通过小干扰稳定性分析和仿真分析,对雅安—荆门1000kV特高压交流投运和未投运两种运行方式进行对比。结果均表明特高压投运后能有效提高四川电网三条直流系统的送端交流系统强度,减小送端换流站之间的交互作用,提高系统小干扰稳定性,提高短路电流水平和降低暂态过电压水平。

考虑直流输电系统外特性影响的多直流馈入短路比实用计算方法

根据多馈入短路比(multi-infeed short circuit ratio,MISCR)和多直流相互作用因子(multi-infeed interaction factor,MIIF)定义,考虑电力系统元件外特性影响,建立了仅包含换流母线电压变量的直流外特性模型。在此基础上,推导出考虑直流系统影响的交直流系统潮流雅可比矩阵修改元素解析函数。研究了直流系统外特性与电压扰动之间的关系,针对传统MISCR工程计算中面临实际问题,提出考虑直流系统外特性的MISCR实用计算方法,克服了传统计算方法难以适用于复杂大电网、并同时考虑电力系统元件特性影响的困难。研究算例比较表明,直流系统外特性对MISCR计算结果影响明显。

华东大受端电网直流接入能力评估

受端电网的直流接入能力是直流多馈入电网调度运行部门越来越关注的问题。文中从大规模直流接入华东电网后带来的实际问题出发,分析了限制受端电网直流接入能力的主要因素,以此为基础提出了一种考虑多约束的受端电网直流接入能力计算方法。该方法根据典型方式下备选直流落点的短路容量及各直流间的交互作用程度,快速确定新增直流接入落点,进而综合考虑直流多馈入短路比、电网低谷调峰能力、有效直流惯性常数、电压稳定、暂态稳定等多约束条件,计及电网发展变化迭代增加直流接入容量,最终给出电网直流接入能力。在IEEE 39节点系统中验证了所提方法具有可操作性,基于该方法对华东电网开展直流接入能力评估,为提高直流多馈入电网的运行管理水平提出了建议。

多馈入直流输电系统功率稳定性分析

直流输电系统的功率输送能力主要受所联交流系统强度的限制,单条直流系统的功率输送能力和功率稳定已有较多的研究。随着多馈入直流系统的出现,直流系统间的复杂相互作用使得多馈入直流系统的功率稳定性更为复杂。以两馈入直流系统为基础,研究多馈入直流系统运行状态变化、直流间耦合程度以及多馈入短路比大小对多馈入直流系统功率稳定性的影响。分析结果表明,在多馈入直流系统中,减小所联直流系统电流、减小直流系统间电气距离、增大所联系统多馈入短路比均能有效增大直流系统的功率稳定裕度、提高功率输送能力和最大直流功率。

基于无功有效短路比的交直流交互影响分析

到2015年,西南水电基地超特高压直流外送通道将增至4个。这些外送直流系统的换流站均存在落点集中、耦合紧密的特点,复杂的交直流交互影响亟待分析。在多馈入直流量化指标的基础上,考虑换流站的无功消耗,推广定义了多馈入无功有效短路比,并给出利用其判断系统强弱的标准。针对2015年西南水电基地4条外送直流丰大运行方式,运用无功有效短路比进行交互影响分析。仿真结果表明采用改进指标评估多直流系统交互影响的合理性,以及对电网规划具有更准确的指导意义。