多馈入直流输电系统后续换相失败安全裕度评估及抑制方法

换相失败可能引起直流输电系统(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)闭锁,严重影响电网的安全稳定运行。多馈入直流输电系统中电气耦合紧密,控制响应造成多回LCC-HVDC交互影响,使换相失败的产生机理变得更加复杂。现有后续换相失败抑制方法多以单回LCC-HVDC为对象,无法兼顾自身换相恢复和相邻直流换相失败抑制的需求。为此,提出了一种适应于多馈入直流输电系统的后续换相失败抑制方法。分析了LCC-HVDC首次换相失败恢复过程中逆变站控制系统的响应时序及条件,提出了考虑故障严重程度和LCC-HVDC控制影响的后续换相失败安全裕度评估方法,进而提出了基于电压安全裕度的后续换相失败抑制方法,并在CIGRE HVDC标准测试系统验证了所提方法的有效性。仿真结果表明,所提方法根据换流母线电压自适应地调节直流电流,能够有效降低多馈入直流输电系统中无功电压耦合影响,有效抑制相邻回LCC-HVDC发生后续换相失败。

计及电网侧储能交互作用的MIDC后续换相失败机理分析及抑制策略

利用电网侧储能的无功支撑能力有望改善多馈入直流输电(multi-infeed high voltage direct current,MIDC)的电压暂态特性,但是电网侧储能接入后,电力电子装备之间的相互作用会影响MIDC控制特性。在计及电网侧储能与MIDC交互作用基础上,分析了故障持续阶段与故障清除阶段的MIDC后续换相失败机理。研究表明,在故障持续阶段,由于电网侧储能的交互作用,定电流控制切换为定关断角控制时直流电流更大,并且电流偏差控制输出减少使越前触发角下降,造成换相供给面积不足的影响更大;在故障清除阶段,计及直流电流振荡影响,越前触发角下降及大幅波动会导致换相供给面积不足;在MIDC系统处于功率恢复过程中,若电网侧储能无功功率指令置为0,将增大后续换相失败风险。然后,针对电网侧储能以及MIDC控制策略进行改进,提出了计及电网侧储能交互作用的MIDC后续换相失败抑制策略。最后,在多种故障类型下仿真验证了所提控制策略有效性。

级联多端特高压直流控制保护系统配置及策略

该文针对金上直流工程主回路拓扑结构与运行方式的特点,设计了送端分址级联多端特高压直流控制保护系统的配置方案;提出送端分站的高、低压换流器的电压平衡控制方案,根据送端两站间通信条件,切换采用附加电压平衡控制的触发角协调控制和串联两换流器一个定电压、另一个定电流的控制策略;基于送端分站级联拓扑,研究了其直流保护功能配置方案,并提出针对送端站1内的极区/换流器区故障或者送端两站之间直流线路永久故障的快速清除方法。基于控制保护工程样机的RTDS闭环仿真结果表明,该级联多端特高压直流控制保护系统可以满足实际工程应用的要求。

多直流送端电网闭锁动态过电压分析与计算方法

随着直流建设规模扩大,能源中心将逐渐形成多直流外送的送端电网。针对多直流送端闭锁过电压问题,该文结合奇异摄动理论阐释直流闭锁动态过电压的双时标机理,指出同步机对电压上升的关键作用。据此,该文提出分析闭锁期间过电压的交直流慢系统模型,同时给出直流在过电压上升阶段的等效静态负荷模型。闭锁期间主导电压动态上升的系统被证明是单调系统,结合单调系统理论,揭示过电压关于发电机相关动态参数的保序性质。最后提出动态上升过电压的快速解析解耦计算方法。通过宁夏多直流送端电网算例验证分析结果与计算方法的准确性。

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。

基于桥臂调制波调整的多端柔直系统直流过电压抑制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的多端柔性直流输电系统能够实现多电源供电和多落点受电,运行方式灵活,是解决清洁能源并网和消纳问题的有效技术手段。然而当系统受端交流侧发生故障时将出现盈余功率,导致直流过电压问题。对此,提出一种基于桥臂调制波动态调整的多端柔直系统直流过电压抑制策略。所提策略通过在换流阀桥臂调制波中引入直流电压偏差控制,动态调整暂态期间桥臂调制波的直流电压参考值,从而减少桥臂投入的子模块数量,最终达到抑制直流过电压的目的。为验证所提控制策略的有效性,在PSCAD/EMTDC中搭建了送端光水打捆经四端柔性直流输电的外送系统,给出了所提控制策略的参数设计方法。通过设置受端交流系统不同工况,对比研究了所提控制策略投入后的系统直流过电压特性,结果表明所提控制策略可以有效抑制因受端交流侧故障引起的多端柔性直流输电系统的直流过电压。

含混合型MMC的多端柔性直流输电系统短路电流计算方法

多端柔性直流输电系统中存在多个换流站,换流站之间复杂的耦合关系使得直流短路电流的计算成为一个难题。针对含混合型模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的多端柔性直流系统应用场景,首先搭建了故障穿越前后混合型MMC的故障等效模型,并从混合型MMC直流故障穿越期间电路结构变化的角度出发,分析了直流故障穿越对多端柔性直流系统各支路短路电流的影响,在此基础上基于叠加定理提出直流故障穿越附加网络的概念。然后结合多端系统的近似解耦解析计算方法和直流故障穿越附加网络的概念,提出含混合型MMC的多端系统直流故障穿越期间的短路电流计算方法。最后,基于PSCAD/EMTDC平台的电磁暂态仿真结果表明,所提出的计算方法在故障发生6 ms内计算的短路电流值最大误差均在±6%以内,且具有良好的适用性,为含有混合型MMC的多端柔直系统的规划设计与保护整定提供了参考。

计及控制响应的多端混合直流输电系统短路电流近似计算方法

多端混合直流输电系统故障发展迅速、短路电流水平超标问题严重,换流站高度非线性特征使现有短路电流求解忽略了控制系统的响应过程且多依赖建模仿真结果,无法得到短路电流的具体解析式,实现故障特性的定量分析计算。为此,该文提出三种兼顾准确性与计算复杂程度的系统模型简化措施,并在此基础上提出计及控制系统作用的短路电流复频域近似求解方法,利用Pade逼近以及分段线性化法对模型进行降阶处理,通过拉普拉斯逆变换求得短路电流的时域解析式。最后,基于PSCAD/EMTDC对不同故障距离、过渡电阻以及故障类型进行了仿真分析。结果表明,该方法能在故障的暂态阶段(10 ms内)对短路电流有较为准确的刻画,能为直流保护定值整定、断路器额定容量选取、直流输电控制策略切换以及系统规划设计等提供重要依据。

计及换流站控制响应的多端混合直流线路后备保护设计

多端混合直流系统故障暂态过程受直流控制响应的影响较大,针对其线路故障特征的分析和保护原理的研究,应当充分计及直流控制特性的影响。为此,根据多端混合直流系统的特点,计及故障后不同换流站的控制响应过程,对其直流线路故障暂态电流的变化趋势关系进行研究分析。并基于此提出了基于滑窗均值电流的多端混合直流线路区内、区外故障识别判据,给出了具体的保护方案。通过PSCAD/EMTDC对所提保护方案的可行性进行了仿真验证。仿真结果表明,所提方案能够可靠识别包含T接汇流母线在内的各种直流线路故障,天然具有故障选极能力,耐受故障过渡电阻能力和抗噪声干扰能力强,且无需数据同步,可作为多端混合直流线路的快速后备保护。

计及安全稳定约束的多直流送出电网新能源极限渗透率估计方法

基于电网换相换流器的高压直流系统是大型能源基地电力外送的重要技术手段,然而新能源渗透率的提高会降低送端电网的安全稳定性.为保证多直流送出电网的安全稳定运行,提出一种计及安全稳定约束的多直流送出电网可承受新能源极限渗透率估计方法.推导各类安全稳定约束的表达式,包括短路电流约束、多直流短路比约束以及频率稳定约束;在考虑安全稳定约束的情况下建立多直流送出电网优化调度模型;给出优化调度模型分段线性求解方法,并基于该方法提出新能源极限渗透率估计方法.修改的IEEE 39节点系统仿真结果验证了所提方法的有效性.

考虑多直流无功交互影响的换相失败预防协调控制方法

换相失败预防(CFPREV)在抑制换相失败的同时会增大直流系统的无功消耗。换流站之间存在无功交互影响,这一固有特性削弱了CFPREV在多馈入直流系统中的有效性和适用性,甚至可能导致多直流连锁换相失败。针对CFPREV的局限性,提出了抑制多直流连锁换相失败的协调控制方法。首先,提出了反映多直流实时换相电压状态的综合指标。然后,将多直流实时换相电压状态引入原有控制策略,考虑无功交互影响对CFPREV进行协调控制。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明所提方法能够有效抑制多直流连锁换相失败。

含大规模储能的多端直流输电系统协调控制策略

近年来,储能和直流输电系统作为大规模新能源发电并网、消纳和远距离传输的关键技术,得到了迅猛发展。然而,规模储能的接入增加了电网调度复杂性,对电网安全稳定带来挑战。为了解决上述难点,提出了含大规模储能的多端直流输电系统协调控制方法。首先,分析了可再生能源及储能并网模型,给出了风电、光伏及储能的控制策略;其次,提出了风、火、光、储多端直流输电系统的综合能源控制策略;最后,通过系统仿真,验证了文章所提控制策略的有效性。研究表明,基于所提控制策略,电网加入储能系统后,各种工况下受端电网功率波动范围均在±5%以内,系统达到稳定状态响应时间均小于0.5 s,使得受端电网具有快速调节能力,提高了新能源富集区域电网的稳定运行能力。

多馈入直流输电系统换相失败风险区域识别(一):计及故障期间直流电流动态特性的换相失败判别方法

为快速准确地识别多馈入直流输电系统的换相失败风险区域,该文首先基于稳态潮流方程给出适用于交流母线及线路不同位置故障下的多馈入直流输电系统电压交互影响因子(voltage interaction factor,VIF)计算方法;通过对故障期间暂态直流电流组成分量进行分解,得到直流电流动态特性的近似解析方法,基于此,改进已有的换相失败临界电压计算方法,并确定多馈入直流输电换相失败的边界条件,最终提出计及直流电流动态特性的换相失败判别方法。为验证所提换相失败判别方法的准确性,在PSCAD/EMTDC中搭建双馈入和三馈入直流输电系统的详细电磁暂态模型,对比理论计算结果和仿真结果之间的误差,结果表明,提出的换相失败判别方法与传统方法相比,在计及直流电流动态特性后提高了换相失败判别的准确性,该方法可为后续开展换相失败风险区域量化评估提供基础。

多馈入直流输电系统换相失败风险区域识别(二):换相失败风险量化评估及风险区域快速识别

针对多馈入直流输电系统换相失败风险程度量化评估及风险区域快速识别的难题,该文研究多馈入直流输电系统换相失败的关键影响因素;然后,基于系列文章(1)的改进换相失败临界电压计算方法,并通过归一化思想,提出一种换相失败风险程度量化评估指标,其正负可用于判断不同直流子系统是否发生换相失败,其幅值大小可以反映当前状态至发生换相失败所需要的电压跌落幅度(幅值为负)或当前状态至不发生换相失败所需要的电压提升幅度(幅值为正);最后基于上述量化评估指标,提出不同故障严重程度下的换相失败风险区域快速识别方法。基于PSCAD/EMTDC搭建双馈入和三馈入直流输电系统模型,对换相失败风险程度评估结果和换相失败风险区域快速识别结果进行有效性验证。结果表明,提出的指标可用于量化评估多馈入直流输电系统换相失败的风险程度,且能够在不同故障严重程度下准确识别多馈入直流输电系统的换相失败风险区域。

计及不同控制方式的混合直流多馈入系统电网强度评估

综合多种高压直流(HVDC)控制方式,进一步完善基于交流网络模态解耦的混合直流多馈入系统电网强度评估方法,使之适用于异构的基于电网换相换流器的高压直流输电(LCC-HVDC)和基于电压源型换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)的混合直流多馈入系统的电压稳定分析.推导计及多种控制方式的LCC-HVDC直流侧雅克比矩阵,定性分析LCC-HVDC控制方式对电压稳定裕度的影响规律,在此基础上提出异构LCC-HVDC多馈入系统的电网强度评估方法.把握混合直流馈入系统电压稳定问题中的主要矛盾,将次要影响因素以模态摄动的形式进行近似计算,以保持电网强度评估方法的实用性和便捷性.通过数值计算和时域仿真说明所提方法的有效性.分析结果表明,LCC-HVDC的受端定熄弧角控制方式是恶化系统电压稳定性的主导控制模式,混合直流多馈入系统的电压稳定性随着直流容量减小或联络导纳增大而增强.

南方电网中多个直流系统间的协调功率恢复策略

提出了一种当协调馈入点间电气距离很近时多个直流输电系统间的协调功率恢复策略 ,即在交流侧故障被切除后的系统恢复期间 ,在各直流子系统的逆变侧采用定交流电压控制 ,同时在整流侧修改直流功率的给定值。该策略可以改善南方电网中 3个直流系统的恢复性能 ,在某些严重故障发生后 ,不切或少切负荷便可使系统稳定 。

多馈入直流输电系统中换相失败研究综述

换相失败是直流输电系统最常见的故障之一。对于多馈入直流输电系统而言,交直流系统之间的相互作用更为复杂,单个逆变站的换相失败可能引发几个逆变站相继发生换相失败,甚至导致直流功率传输的中断,影响整个交直流系统的稳定运行。文章详细分析了目前国内外多馈入直流输电系统换相失败问题的研究现状,从换相失败的机理、影响因素和判断依据出发,对近年来针对换相失败提出的预防措施和控制策略及其应用情况进行探讨,并指出准确反映换相过程的交直流系统模型的建立、多馈入直流输电系统换相失败的机理分析及其有效的控制措施和恢复策略的制定、以及换相失败的谐波影响等是今后研究的主要问题。

振荡中心联络线大扰动轨迹特征及紧急控制策略

交流跨区长距离弱联络线是电网同步稳定运行的薄弱环节。以华北—华中特高压交流互联电网为对象,研究大扰动冲击后系统振荡中心落于长治—南阳特高压交流联络线时,主要电气量受扰轨迹特征;揭示互联电网稳定裕度较小时,联络线有功功率轨迹出现"双峰"波动机理;识别峰值时刻对应的跨区互联电网同步稳定裕度及各电气量综合特征;在此基础上,定义紧急功率控制启动判据以及退出判据;提出利用多直流紧急功率控制改善互联电网稳定性的策略。特高压互联大电网的仿真结果,验证了控制判据及策略对降低互联电网解列风险的有效性。

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。

直流多落点系统自抗扰附加阻尼控制

提出将自抗扰控制技术应用到直流多落点系统,通过其附加控制以提高系统的阻尼水平。首先采用扰动测试法,找出系统的最佳控制地点。然后采用总体最小二乘-旋转不变技术(TLS-ESPRIT)辨识出系统数学模型,根据奇异值降阶理论对系统降阶,降阶后得到二维低阶被控系统,并将其转换为状态空间形式,据此设计出抑制系统低频振荡的HVDC自抗扰附加阻尼控制器。由于自抗扰控制技术具有对系统扰动实时估计性能,并将估计出的实时扰动量补偿到控制中去,因此该控制器具有比现有常规控制器抗扰动能力强的优点。以三直流三机和四机两区域系统为例进行时域仿真,结果表明HVDC自抗扰附加控制器相比传统PID控制器具有更强的鲁棒性。