交直流混联配用电系统多模式减排调控策略

新能源分布式发电是比较成熟且成本可控的减碳方案。在“双碳”目标推动下,大量分布式电源(DG)的广泛接入给配电网调控带来巨大挑战。为了缓解调控压力、优化DG出力以节能减排,将低压侧改为直流配电便于DG高效接入,并设计低压分散式-中压集中式的分层调控与多模式减排控制框架:针对接入低压直流侧的DG,提出计及度电碳排放的分散式功率优化与减排控制,DG不需要通信便可优化其出力从而减小直流系统碳排放量;针对中低压间的交直流换流器,提出多模式控制,可使直流系统实现定功率上送、最优减排以及定额碳排放等功能,并实现无缝切换。综合调控系统仅需采集交直流换流器的信息便可获知所有DG碳排放以及出力等全局信息,便于系统级的统筹减排与优化运行。仿真结果验证了所提策略的有效性,为大量DG接入下的高效减排调控提供了有益参考。

基于行波电流极性差异的交直流混联系统纵联方向保护方法

交直流混联系统中逆变站的换相失败使交流线路发生频率偏移,导致工频量纵联方向保护的可靠性受到影响。提出了一种基于行波电流极性差异的交直流混联系统纵联方向保护方法,利用线路区内、外故障时,传播到两端保护的电流故障初始行波波头之间极性差异构成纵联保护。该方法仅利用电流初始行波极性差异进行方向判别,消除了电容式电压互感器无法准确传输宽频带电压信息导致保护的低可靠性问题,且利用高频电流进行计算,避免了交直流混联系统频率偏移的影响。仿真结果显示,基于行波电流极性差异的纵联方向保护方法能够准确、快速地识别单相故障和多相故障,适用于交直流混联系统。

面向交直流混联系统的潮流计算数据生成策略

随着电力系统中多类型直流线路占比的逐步提升,调度系统与异构平台间的潮流数据交换需求明显增大,亟需研究新形态下交直流混联系统的潮流计算数据生成问题。该文从拓扑转换、网络拓扑分析、设备建模以及数据生成策略4个主要步骤,实现含交直流系统的基于可扩展标记语言的通用信息模型(common information model/extensible markup language,CIM/XML)数据到潮流计算输入数据的转换。首先,该文从设备间开关拓扑的角度,进行深度优先算法(depth first search,DFS)搜索和设备拓扑拼接,实现开关/节点模型到母线/支路模型的转换;其次,在筛选出活拓扑岛、剔除不带电设备后,着重分析了CIM/XML中换流器建模对交直流节点选取的影响,进而提出了直流节点选取规则和具备普适性的直流数据生成策略。最后,以某地调度500kV及以上交直流网络导出的CIM/XML数据为算例,潮流计算结果与数据采集与监视控制系统(supervisory control and data acquisition,SCADA)量测数据比对验证所提策略的有效性。

MMC-HVDC交直流混联系统小扰动稳定域迭代求解和形态分析

随着高压直流输电技术的发展,区域电力系统将拓展为大规模交直流混联系统。因此,需要建立可以同时精确刻画交直流动态的大规模交直流混联系统模型来研究混联系统的动态与稳定性。文中考虑了交流侧和直流侧的详细动态,建立了异步联网的模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)交直流混联系统的状态空间模型,给出了具体的解析解形式,并推导了多重迭代信赖域算法。所提算法建立了决策变量空间内的点与平衡点的映射关系,结合Hopf分岔识别边界,提出了一种多重迭代求解小扰动稳定域边界的方法。在利用Simulink仿真验证模型准确性后,以发电机出力作为决策变量绘制了交直流混联系统稳定域,利用特征根和参与因子定量研究了直流失稳和交流失稳的机理以及控制策略和控制参数对稳定域边界的影响。对比分析了多区域的混联系统与交流系统的稳定域,结果表明换流站和直流网络的引入可能使多区域系统稳定域边界呈现多约束共同决定的近似分段线性拓扑特性。

换相失败对含风电场的交直流混联系统送端过电压的影响

针对直流系统换相失败后引起的送端交流母线会出现暂态过电压的问题,详细分析了直流换相失败后送端交流母线出现暂态过电压的机理,提出一种根据暂态过电压的大小来确定调相机容量进而抑制暂态过电压的策略,并在此基础上对定电流控制环节参数进行优化,达到进一步抑制暂态过电压的目的。仿真结果表明:所提策略对于受端单相接地故障引起的换相失败所产生的送端母线暂态过电压具有有效的抑制能力;再结合直流控制系统参数优化,对于受端三相接地故障引起的换相失败所产生的送端母线暂态过电压可起到进一步抑制的效果。该策略对于含风电场的交直流混联系统故障后送端暂态过电压的抑制具有一定的指导意义。

直流调制对南方电网交直流混联输电系统暂态稳定裕度的影响

交直流混联输电系统中,直流系统的控制及调制措施对系统的暂态稳定具有重要影响。以南方电网2005年丰大运行方式下,贵广直流单极运行、天广直流双极运行为例,当北通道交流输电系统发生扰动时,研究了直流系统在一定的控制方式下,调制增益的变化对系统暂态稳定裕度及直流系统的影响;分别取北通道功率变化率及南通道功率变化率为调制信号对系统暂态稳定裕度及直流系统的影响;考察了直流系统运行在不同控制方式下时,大方式调制和双侧频率调制等措施对混联系统暂态稳定裕度、送端电网机组及直流系统的影响,研究结果对实际电网运行中直流调制措施的制定具有一定的参考价值。

含恒功率负载的交直流混联配电系统稳定性分析

交直流混联配电系统的稳定性分析方法是评价系统能否安全稳定运行的关键技术。传统稳定性分析方法通常以直流级联系统和直流微电网作为研究对象,而对于含恒功率负载的交直流混联配电系统稳定性分析和评价较少涉及。基于这一问题,提出了适用于交直流混联配电系统的阻抗匹配稳定性分析方法,建立了柔性互联装置、光伏发电单元、恒功率负载以及?型线路的状态空间小信号模型。在多端柔性互联装置采用主从和下垂控制情况下构建了交直流混联配电系统的戴维南等效电路,利用奈奎斯特稳定判据确定了负阻抗稳定边界,并且采用Simulink仿真工具搭建了详细物理模型,通过仿真结果和奈奎斯特曲线对比分析验证了所提稳定性分析方法的可行性。

考虑静态和暂态电压稳定的交直流混联系统综合无功规划方法研究

随着直流输电的大规模建成和负荷需求的不断增加,我国电网形成了交直流混联系统,可能会对电网的静态和暂态电压稳定性带来一定的影响。无功规划可增强电网的安全稳定运行能力,现有研究多为仅考虑静态电压稳定性或暂态电压稳定性的无功规划,为此,该文提出了同时考虑静态和暂态电压稳定性的交直流混联系统综合无功规划方法。首先,该文定义了暂态电压稳定评估指标,并给出了综合无功规划的选址方法,然后建立了基于双层规划法的综合无功规划模型,旨在以最低的无功投资成本提高电网的静态和暂态电压稳定性。最后,通过对IEEE39扩展系统和实际电网算例的分析,验证了综合无功规划方法的有效性及实用性。

含风电场交直流混联系统的概率潮流计算

针对概率潮流问题中存在常规潮流计算不收敛的问题,建立含风电场交直流混联系统的概率潮流模型,采用交替迭代法进行每一次常规潮流计算,并采用改进的LM(Levenberg-Marquardt)方法求解潮流非线性方程组。分别考虑负荷、风速的不同相关性模型以及输电线路的随机故障,并讨论负荷的不同波动程度对概率潮流结果的影响。算例表明:改进LM方法具有较好的鲁棒性,能够在不同波动程度下得到较精确的结果;波动程度主要影响交流节点电压相角的均值和标准差,对结果中其他变量信息影响不明显。

含柔性直流电网的交直流混联系统潮流优化控制

含柔性直流电网的交直流混联系统中换流站功率参考值和下垂系数分别决定了换流站功率分配以及直流电压与直流功率间的斜率控制关系,进而决定了整个交直流混联系统的潮流分布,因此功率参考值和下垂系数的选取至关重要。为此,提出一种含柔性直流电网的交直流混联系统潮流优化控制策略,对功率参考值和下垂系数进行优化,以实现系统网络损耗和直流电压偏差率综合最小的目标。首先,针对含柔性直流电网的交直流混联系统建立了换流站模型、交流系统模型和直流电网模型,并建立了直流电网在主从运行方式或下垂运行方式下的控制方程统一表达式。然后,基于含柔性直流电网的交直流混联系统最优潮流,在线自适应修正换流站功率参考值和下垂系数。最后,对不同运行方式下含五端柔性直流电网的修正IEEE 39和IEEE 118节点交直流混联系统进行计算分析,其结果验证了所述方法的有效性。

交直流混联系统直流功率转移对交流电压的影响

针对交直流混联系统中,直流输送功率下降或发生闭锁故障情况下,其盈余功率通过交流通道转移时,交流通道上电压稳定薄弱点的电压下降幅度进行了理论推导和仿真分析,明确了直流功率转移对交流通道电压下降幅度影响的主要因素:直流功率变化与交流母线电压之间的耦合程度以及交流母线自身的电压稳定强度,提出了能够识别交流系统中受到电压稳定限制抵御直流功率转移能力最弱母线的判定指标,并在我国华中电网这一实际电网系统中进行了仿真验证,结果与理论分析完全相符。

重合时序对交直流混联输电系统暂态稳定裕度的影响

单相重合闸技术可以提高供电可靠性,但合于永久故障时是对系统的又一次冲击,因此研究重合的时序对系统暂态稳定裕度的影响是十分必要的。文中以南方电网2005年丰大运行方式下安顺-天生桥500 kV线路发生单相接地短路为例,在未有效区分永久故障和瞬时故障的前提下,以FASTEST为仿真工具,考查了重合闸时序对系统暂态稳定裕度的影响。仿真研究表明,改变线路两侧轮流投入无压检定的做法,由线路非故障侧投入无压检定首先重合,不仅可以较大幅度地提高系统暂态功角、电压和频率稳定裕度,也可以改善2次切断短路电流的断路器的工作条件。并提出了一种与故障测距算法相结合的在线修正线路两侧投入重合闸顺序的方案,以期减少重合于永久故障时对系统的再次冲击,提高系统的暂态稳定性。

含分布式电源的多电压等级交直流混合配用电测试系统

交直流混合的配电网络为分布式电源及新型负荷的广泛接入提供条件,是未来配电网形态的重要发展方向。本文考虑分布式光伏、风电、电化学储能、交直流负荷的接入,考虑电力电子变压器、直流变压器、故障电流限制器等电力电子设备的应用,建立交直流混合的配用电测试系统,并依据设备的控制模式,给出系统典型的运行方式。所建立的测试系统具有一定适用性,可为交直流混合的配用电系统的稳态计算和相关研究提供基础。

交直流混联电力系统小干扰稳定性分析综述

该文以交直流混联电力系统的小干扰稳定性为研究对象，依次梳理了十几年来国内外在该方面的研究成果；从交直流混联系统间动态交互过程的角度，分别综述了含VSC-HVDC和VSC-MTDC混联电力系统小干扰稳定性的研究内容和方法，得出目前复杂交直流混联电力系统在小干扰稳定性研究中面临的主要挑战为：1）以阻抗法为代表的传统频域分析法能够清晰地阐明简单混联系统间的动态交互过程，揭示其稳定性的内在机理，但是难以在多输入多输出特性的复杂混联电力系统中得到应用；2）由于分析方法的缺失，复杂混联电力系统小干扰稳定性分析中动态交互过程对稳定性的影响机理暂不明确。基于此，指出未来的研究方向主要有：1）继续完善单输入单输出混联电力系统的机理分析体系，充实其小干扰稳定性的内在机理；2）提出适用于多输入多输出机理分析方法，揭示复杂混联电力系统的稳定性内在机理。

考虑直流电压交互影响的交直流混联系统无功规划

多馈入直流将对交直流混联系统的安全稳定运行产生重大影响。提出适用于交直流混联系统中直流输电间的系统和平均电压交互影响因子的定量计算方法;提出一种考虑直流输电间电压交互影响的交直流混联系统无功规划方法,上层规划以降低直流系统间电压交互影响为目标,下层规划以降低网损和无功投资成本最小为目标。IEEE 39节点扩展系统的无功规划仿真和分析表明,所提方法对交直流混联系统的电压稳定性具有良好的改善作用。

改进的Manchester连锁故障模型在交直流混联电力系统中的应用

针对现有的多种连锁故障分析方法中Manchester模型较符合电力系统实际情况,但却只包含快动态过程、未考虑高压直流输电系统的问题,通过加入直流输电线路的故障判断、交直流潮流计算和系统慢动态过程等环节,对原始Manchester连锁故障模型的计算流程进行了改进,使之适用于交直流混联电力系统,扩大了使用范围。算例分析结果表明,改进后的模型可用于判断多种元件突发故障情况下交直流混联电力系统的连锁故障模式和结果,可为连锁故障的预防和电力系统的安全运行提供参考依据。

交直流混联输电系统充裕度评估的最优负荷削减模型

最优负荷削减模型是交直流混联输电系统充裕度评估的重要组成部分。文中针对交直流混联系统运行条件复杂、运行约束多的特点和直流系统的运行特性,建立了以直流极功率方向系数为控制变量的最优负荷削减模型。该模型能有效计及互联电网间直流系统功率支援与功率调制功能,以及由运行条件约束导致的直流极投退等工程实际问题。同时,为克服平启动时原始对偶内点法收敛困难的局限性,引入一种将初值寻优过程等效为求取动态系统稳定平衡点的思路,并基于伪暂态连续(pseudo transient continuation,PTC)法实现初值寻优。经IEEE-RTS 96可靠性测试系统测试表明,所提模型和方法能为大规模交直流混联输电系统的充裕度评估提供新的有力工具。

基于调制迭代谐波分析法的交直流混联输电系统多谐波源研究

提出了一种交直流混合输电系统多谐波源的分析方法,即调制迭代谐波分析法(modulation and iterative harmonic analysis,MIHA)。该方法将调制理论和迭代谐波分析法相结合,既合理模拟换流站的非线性行为,解决了交直流系统的接口问题,又通过迭代使谐波计算更准确。为验证调制迭代谐波分析法的正确性和有效性,以某个典型的交直流并联输电系统为例,采用该方法对其稳态运行状况编制了程序,并对交流网络、直流网络和换流器各处的谐波电压、电流进行了计算。同时,采用电力电子详细器件模型对其进行了时域仿真校核,证明了MIHA法的正确性和有效性。

交直流混联系统的静态电压稳定概率评估

针对负荷和发输电设备故障随机特性对静态电压稳定的影响,提出一种适用于交直流混联系统的静态电压稳定概率评估方法。采用了非序贯蒙特卡罗法,对负荷和发输电设备的状态进行了抽样。对时序负荷进行粒子群聚类,采用多维正态抽样技术对等值负荷进行状态抽样,使负荷样本能同时计及负荷相关性和不确定性。采用直流准稳态模型和电压稳定L指标对系统随机状态样本分别进行系统和局部电压稳定评估。最后,以IEEE-RTS系统为例验证了方法的正确性和有效性,并就直流双极运行、直流单极运行和交流系统下的静态电压稳定频率、概率分布和灵敏度进行了比较分析。结果表明:系统中直流输电比重对电压稳定的影响较大,比重增大将导致系统L指标升高,从而降低系统电压稳定性;同时节点L指标的值主要受负荷影响,其灵敏度主要受网络结构影响。

含柔性直流的交直流混联电力系统紧急频率控制研究

在含柔性直流的交直流混联电力系统中,如何利用柔性直流提升交直流混联电力系统稳定性是亟须解决的关键技术问题。传统直流(LCC)进行紧急功率支援时,存在有功功率与无功功率难以独立解耦控制,且需要配置大量的无功补偿装置。针对此问题,将现有交直流混联系统中的常规直流LCC逆变站替换成柔性直流(VSC)换流站,根据LCC-LCC和LCC-VSC各自的优势,提出一种优先级紧急功率支援协调控制策略,即含柔性直流的交直流混联系统需要直流紧急功率支援时优先采用LCC-VSC对系统进行紧急功率支援,若功率缺额超过LCC-VSC的功率调节裕度时,剩余功率由LCC-LCC进行传输。与未采用优先级紧急功率支援协调控制策略相比,极大地缓解了潮流转移时交流输电线路过载负担,进行紧急功率支援后,交流系统的频率稳定性得到较大改善。通过搭建含LCC和VSC的7机39节点的交直流混联系统,验证了所提的控制策略在交流联络线发生N−1、N−2和LCC-LCC双极闭锁故障情况下的有效性。