交直流并联电网中直流功率紧急控制影响及优化研究

直流功率紧急控制可以提高故障后系统的暂态稳定水平,广域测量系统(WAMS)的快速发展为实现大电网交直流协调控制提供了技术前提。基于扩展等面积准则(EEAC)介绍了直流功率紧急控制提高系统暂态稳定性的机理,针对交直流并联电网中直流功率紧急控制造成的送受端电网不平衡功率通过交流通道形成的反馈可能导致某些关键断面潮流加重、恶化系统失稳模式的问题,认为交流控制措施(切机、切负荷)和直流功率紧急控制措施存在协调的空间。为评价交直流协调控制效果,建立了交直流协调优化控制的数学模型,将该协调问题转换为以控制代价最小为目标的优化问题。通过实际系统的仿真算例验证了交直流协调优化的必要性。

基于旋转式潮流控制器的有源配电网柔性合环及紧急功率控制方法

随着有源配电网建设的迅猛发展,多端供电系统成为主流供电结构,由于电网布局设计因素,存在一种配电网合环两端相角差现象,直接合环将产生较大冲击电流,影响供电可靠性。文中提出一种基于电磁式旋转潮流控制器(rotary powerflowcontroller,RPFC)的解决方案,实现相角差线路柔性合环,并且在系统短路或电源脱网故障情况下,完成对RPFC接入线路的紧急功率控制,预防连锁过载及大停电事故的发生。研究RPFC拓扑结构、工作原理,基于电压矢量叠加原理和瞬时无功理论,提出RPFC柔性合环及紧急功率控制策略。在合环工况下与双芯移相变压器进行仿真对比,RPFC合环电流及调节时间仅为双芯移相变压器的11.95%和18.44%,同时,在系统故障下表现出独立功率控制能力。最后,搭建380V/40kVARPFC实验平台,实验结果与仿真一致,表明RPFC在柔性合环以及紧急功率控制工况下均实现良好控制效果。

华中-华东多回HVDC紧急功率转移控制的研究

随着三峡机组的全部投运,华中和华东电网将通过多回并行高压直流(HVDc)输电系统互联。文章在原有直流基本控制的基础上,提出了利用直流功率调制实现故障回路原有的直流功率向其它回路转移的紧急转移控制器(EPSC)。数字仿真和动模试验说明,所设计的控制器能实现故障线路的直流功率尽可能无差地向其它回直流线路转移,并能有效提高两侧交流系统的安全稳定性。

HVDC紧急功率支援自适应模糊控制器设计

研究了高压直流输电系统 ( HVDC)紧急功率支援控制的实现方法 ,提出了一种基于参数自适应模糊 PID控制算法的 HVDC紧急功率支援控制器 ,它可以根据两侧交流系统的运行情况、故障后的状态等信息 ,即时地决定最佳的支援功率值 ,并控制直流输电系统按照最佳支援功率值进行定值功率支援。该控制器基于确定模糊模型 ,构造模糊 PID控制器 ,并引入确定性模糊调整规则对其进行参数自适应调整 ,整个控制器结构简单、稳定性强且实现容易。文中采用一个两区域系统对该控制器进行了时域仿真计算。仿真结果表明 :投入该控制器后 ,交流系统在各种大干扰下的频率响应均表现出令人满意的特性。

新型直流紧急功率控制方案

当华中华北互联电力系统遭受区域内功率扰动冲击时,特高压长南线功率会发生剧烈波动,给互联系统的安全稳定运行造成巨大威胁。晋北—南京±800kV特高压直流输电工程的投入使用,不仅可以促进山西地区能源的高效利用开发,还可为特高压长南线功率波动抑制提供有效支持。为此,提出一种新型的直流紧急功率控制方案,该方案可根据不同程度特高压长南线功率波动情况,进行实时紧急功率调制;针对华中—华北互联电力系统进行仿真分析与功能测试,评估该控制方案投入后,对特高压长南线功率波动,以及对互联系统暂态稳定性和特高压长南线输电能力的影响。相对于传统方案,该方法具备更好的实用性与适应性。

考虑风险和紧急功率控制约束的最优备用建模

有功备用是维持电力系统稳定运行的重要手段,合理安排备用是当前电网运行的重要目标。基于考虑风险和紧急功率控制约束的方法,提出了一种考虑电力系统风险的兼顾经济性与可靠性的备用模型。除了优化模型中的系统备用要求外,又加入了紧急直流功率支援和通过风险反映得应急备用要求等约束。最后,使用该模型在某实际电力系统中进行仿真计算,得到新的备用安排,结果满足系统的负荷需求和备用需求,验证了模型的正确性。

基于等效暂态能量函数分析的功率平衡紧急控制时间计算研究

在对功率平衡紧急控制后的暂态能量函数公式的推导的基础上,提出了系统紧急控制后的线性等效暂态能量的计算公式,并在同一坐标下通过比较持续故障导致的不平衡功率、故障切除导致的不平衡功率、功率平衡紧急控制导致的不平衡功率以及三者的等效暂态能量之间的关系,分析了不同故障状态下功率平衡紧急控制时间与暂态能量中的故障临界清除时间的关系,推导了其计算方法,同时对等效暂态能量计算的在不同故障状态下的现象进行了讨论和分析。

提升直流受端电网动态稳定性的紧急控制方法

在特高压交直流互联电网中,低频振荡是制约送受端电网安全稳定运行的重要因素之一。文中首先分析了直流紧急功率控制对受端电网动态稳定性的影响机理,在此基础上,提出一种提升直流受端电网动态稳定性的紧急控制方法,首先计算大容量直流和区域内发电机组的紧急功率控制对系统动态阻尼比影响的灵敏度指标,据此确定控制措施优先级顺序和紧急控制措施量。最后通过实际电网仿真,验证了所提控制方法的有效性。

基于功率平衡控制原理的双馈风电机组辅助调频方法

高比例的风电并网给电网的功率平衡与频率稳定带来了严峻的挑战,如何充分发挥变速风电机组的有功备用潜力,研究风电场快速可控的调频控制方法成为提高风电消纳能力的关键问题。提出适用于全风速工况的变速变桨距风电机组的改进型有功控制策略,有效地实现了风电场响应电网功率调度指令减载运行并提供旋转备用。考虑风电场分散接入场景,针对机组跳机和负荷脱网等可监测的、大容量的单一扰动/故障事件,基于功率平衡控制原理提出风电场的辅助调频协调控制新方法,在电网功率发生突变时,根据风电场与扰动节点的最短电气距离,合理启动和分配不同风电场的紧急功率控制容量。仿真结果表明,所设计的风电场有功-频率控制方案能从降低暂态频率偏差幅值及减小频率恢复时间两方面,有效地提升系统发生扰动后的频率稳定性。

紧急控制中不同资源的响应速度研究

现代电力系统对紧急控制提出更高的要求,同时也为紧急控制提供了更多样化的资源。这些多样化资源的响应特性有着明显区别,需要在具体使用时予以考虑。分析了电网中不同资源的基本结构以及其数学响应模型,并研究了紧急情况下资源的控制模型。最后,基于DIgSILENT/PowerFactory软件搭建了含多资源的两区域电网模型。仿真结果也表明,紧急情况下资源响应速度特性的不同给系统频率带来不同的控制效果,验证说明了含多资源的电网中考虑资源的响应速度特性对制定紧急功率控制策略和控制电网频率有着重要意义。

基于VSC-HVDC异步互联系统联网转孤岛运行稳定控制策略

以渝鄂背靠背柔性直流工程为案例,对交流联络线N-2故障跳开形成柔直+交流近区局域电网孤岛运行方式下系统存在的主要稳定问题及其特征进行分析。建立了能够准确反映渝鄂柔性直流系统、九盘地区电网实际特性的电磁暂态仿真模型,重点围绕联网转孤岛的暂态特性展开了研究,对开机、负荷以及机组旋备关键影响因素进行了敏感性分析。通过时域仿真分析法给出了不同运行方式下、不同应对措施下,保障联网转孤岛系统稳定运行的交流联络线潮流预控范围,并据此提出了九盘地区联网转孤岛运行的稳控策略,为渝鄂柔性直流系统的安全稳定运行提供了技术支撑。

菲律宾Ormoc-Naga直流工程附加控制策略研究

介绍了菲律宾Ormoc-Naga直流输电改造工程,阐述了控制保护系统的改进点,分析了ORMOC换流站所在的Visayas电网存在的频率问题,考虑直流双向输电运行及站间通信不可靠的特点,提出了不依赖于功率方向的频率控制策略。分析了Naga-Tayabas双回线和Naga-Labo双回线故障时对Naga换流站所在的南Luzon电网及Luzon主网的影响,提出了在Ormoc-Naga直流中配置紧急功率控制功能的策略,分析了紧急功率控制的机理并阐述了在不同线路故障及当前直流运行状态下所应采取的直流控制策略。最后对频率控制与紧急功率控制策略的协调控制进行了分析。研究结果表明:采用这些策略可有效地保证Ormoc-Naga直流两端交流电网的安全稳定运行。

菲律宾Ormoc-Naga直流控制保护系统的改造

Ormoc-Naga直流系统是菲律宾境内唯一一个高压直流输电工程。随着运行时间的增长,Ormoc-Naga直流工程控制保护系统软、硬件故障逐渐暴露出来,严重影响了其运行和维护;因此,需要对其控制保护系统进行整体改造。该文介绍该工程的改造范围和特点,详细介绍工程改进点:新系统按完全冗余配置设计;优化紧急功率控制策略;增加在线功率反转功能,优化投切最后一组交流滤波器逻辑。最后,通过全面系统的RTDS仿真试验验证整套系统的功能和性能。

电网频率控制技术的综合应用测试

以锦苏直流双极闭锁和林枫直流双极闭锁为例,通过建模对3种电网频率控制措施进行灵敏度分析,探讨频率紧急控制技术的综合应用,给出了相关建议。

基于联络线功率轨迹特征的暂态功角稳定性分析

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,发生在局部电网中的大扰动,不仅会对本区域电网的稳定性造成冲击,而且可能会通过区域间联络线对其他区域电网的稳定性产生冲击。该文以华北—华中特高压交流互联电网为对象,研究大功率冲击扰动后长南线有功功率轨迹波动特征;并基于此特征,提出交流联络线在暂态过程中最大输电能力的估算方法;揭示功率振荡过程中的首摆电气量与互联电网暂态稳定性的关联性;在此基础上,提出利用多直流紧急功率控制改善互联电网暂态稳定性的策略。特高压互联大电网的仿真结果,验证暂稳识别判据及紧急控制策略对降低互联电网暂态失稳风险的有效性。

高比例水电多直流送端电网频率稳定协调控制技术及实践

针对异步联网运行后,高水电占比多直流外送西南电网面临的超低频振荡和频率失稳风险,构建了高比例水电多直流送端电网频率稳定控制框架。在传统控制措施基础上引入直流频率控制和紧急调整功能,提高送端电网频率稳定防御能力。基于直流频率控制器对送端电网频率响应特性的影响分析,提出了直流频率控制器与一次调频的配合关系以及考虑直流功率偏差的二次调频方法。提出了兼顾频率稳定和故障后潮流控制的多直流协调紧急功率调制方案。并通过实际故障后交直流协调控制系统实际动作情况,论述了频率稳定协调控制技术的有效性。

计及光伏并网的电力系统频率特性和网络方程电压可解性分析

随着新能源大容量并网,电力系统面临转动惯量不足、电压支撑能力弱等问题,电力系统频率和电压稳定问题突出。考虑光伏并网情况,提出了量化电力系统频率特性和网络方程可解性的分析方法。一方面,基于电力系统近似全状态模型,通过状态变量时域响应的解析解,分析了系统参数对频率特征量的影响,证明了在全状态模型下光伏附加频率控制不改变系统惯量但能够增加系统阻尼。进一步,指出系统频率响应主要由主导模式决定,给出了主导特征值的解析计算式。另一方面,聚焦网络方程,分析雅可比矩阵奇异性等值条件,基于实对称矩阵的最小特征值提出一种量化电压可解性的负定性指标。并应用该负定性指标,借助图论分析方法论证了随着电网中光伏渗透率增加,电压可解性下降,电压稳定性恶化。最后,在4机11节点经典算例和实际电网中验证了上述分析方法的有效性。

抑制交流联络线功率摆动的直流紧急功率控制

交直流混联电网中直流输电系统发生闭锁故障,会使得弱联系的区域同步受端电网功角大幅波动,极端情况下存在系统解列的风险。在受端直流输电系统中加装紧急功率控制,可以抑制故障后功角头摆,降低功角失稳风险。在此基础上设计功率回调控制,通过抑制功角回摆,以减小联络线回摆幅度,削弱故障对系统的冲击。机电-电磁暂态混合仿真结果证明,改进的直流紧急功率作用于功角头摆及回摆过程,控制抑制了交流联络线功率摆动,缩短了恢复稳定的时间,提高了系统稳定性。

柔性直流输电系统联网转孤岛运行稳控措施对比

针对采用柔性直流输电异步联网后,交流联络线N-2故障跳开形成换流站近区局域电网孤岛运行方式下系统存在的频率稳定问题及其特性进行了分析。在给出联网转孤岛详细稳控措施的基础上,选取频率问题最突出的方式对频率暂态特性展开研究,梳理其主要的影响因素,并对切机措施与柔直功率紧急控制进行了对比分析。分析表明切机与功率紧急控制都能有效提高孤岛系统的稳定性,但在改善频率暂态特性效果方面,切机要优于功率紧急控制。最后,以渝鄂背靠背柔性直流工程为算例,搭建电磁暂态仿真模型进行了验证,并据此提出了保障联网转孤岛稳定运行的交流联络线预控范围。

实现转子转速保护的双馈异步发电机有功输出速降新方案

当电网发生输电阻塞、直流闭锁、短路故障等异常状况时,迅速降低风电机组有功输出可有效减小系统发生安全稳定事故的风险。风电机组的变流器能够快速准确地控制有功输出,然而,由于桨距角动作缓慢,风力机捕获的机械功率难以及时调整以匹配速降后的有功输出,所累积的盈余能量易造成转子过转速,损害风力机机械系统。为此,提出一种通过协调控制直流卸荷电路与风力机桨距角实现转子转速保护的双馈异步发电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)有功输出速降方案。在通过转子侧变流器将有功输出迅速降至指令值后,即投入卸荷电阻消耗不平衡能量来及时抑制过转速,同时尽快调整桨距角从根本上消除盈余能量,切出卸荷电阻,在更长时间尺度下维持初始转速。分别在执行上级有功速降指令与低电压穿越两种场景下,通过与现有仅依赖桨距角或能量装置的两种典型DFIG功率控制方案和常用撬棒保护方案的仿真对比,验证了该方案的多方面优越性。