基于广域量测的多直流馈入/馈出电网稳态频率控制策略研究

针对多回高压直流馈入、馈出电网,提出了一种基于广域量测数据的系统扰动后稳态频率预测算法,该算法对系统发电机调速器方程、负荷静态模型方程和系统网络方程进行线性化处理,同时考虑到多回高压直流的紧急功率支援量,能快速预测出系统扰动后的稳态频率。针对预测结果,该文设计了基于多回高压直流的最优频率稳定控制策略,该策略利用非线性优化方法,考虑了本区域电网各节点电压稳定约束以及各互联电网频率波动约束,能快速得到各条直流参与系统频率稳定调节的最优紧急直流功率支援量。最后在机电暂态软件PSS/E中,以改进的IEEE 50机系统为例,通过仿真分析,对该文方法的预测结果以及优化结果进行对比验证,证明了所提出方法的正确性和有效性。

多馈入直流换相失败与同步电网交互影响机理研究评述

换相失败场景下交直流交互影响机理是多馈入直流系统安全稳定控制决策前提。从直流换相失败分类及机理、换相失败影响因素、换相失败评价指标及风险评估4个方面梳理了换相失败与同步电网交互影响机理研究现状,并从直-交、交-直两个角度分析了交直流电网的交互影响,最后介绍了基于受扰轨迹知识提取的交直流系统量化分析方法及应用现状,实例分析单直流换相安全评估方法推广至多直流连续换相失败的可行性,指出基于关断角受扰轨迹提取的量化分析方法能实现多馈入直流换相安全量化评估和换相安全性与系统稳定性的交互影响分析,后续应该理论分析多馈入直流换相失败场景下电压和频率跌落可接受性量化评估的适应性,在多维量化指标空间内,深入探讨同步电网多时间尺度复杂动态响应对多馈入直流换相安全的影响规律,揭示多馈入直流换相失败与同步电网动态响应相互作用机理。

直流馈入型电网的电压稳定特性分析

由于常规直流受端需要消耗大量无功功率,而无功功率与电压关系尤为密切,因而直流馈入型电网受端电压稳定问题突出。目前对单一直流故障已有大量研究,而对多直流间相互影响的研究有所不足。利用网络等值法推导出直流同时故障后母线电压与故障直流电压间的关系,总结了多直流同时故障导致稳定风险显著增加的条件。同时结合直流电压稳定特性对受端直流馈入模式选取原则进行了研究,得出了确定需要重点关注多直流同时故障效应的区域的方法。该方法可为优化直流馈入型电网受端结构、提升电网运行可靠性提供参考。

多直流馈入受端电网的最大受电能力估计方法

为保证多直流馈入受端电网稳定运行,提出一种静态稳定约束下多直流馈入受端电网的最大受电能力估计方法。首先,基于奇异值理论推导出多直流馈入受端电网静态电压稳定约束;然后,在考虑静态电压稳定性约束的情况下,建立多直流馈入受端电网优化调度模型;接着,给出一种计及静态电压稳定约束的优化调度模型分段线性求解方法,并基于该方法给出最大受电能力估计方法;最后,通过修改的IEEE39节点系统验证本文所提方法的有效性。

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。

直流受端馈入站与近区风电场系统振荡特性分析

随着高压直流输电工程的不断投产,以及风电项目的增多,越来越多的风电场出现在电网换相换流器高压直流输电(line-commutated-converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)受端换流站近区,两者构成的系统存在振荡风险。为此,该文针对直流受端馈入站与近区风电场系统的振荡特性展开研究。首先,建立并验证系统的状态空间模型,基于该模型计算出系统特征值,确定LCC-HVDC与风电场共同参与的振荡主导模式并进行参与因子分析。进一步地,通过对比是否接入LCC-HVDC的主导模式,得到LCC-HVDC的接入会削弱系统阻尼的结论。最后,从系统额定容量、交流系统短路比、风电场并网线路长度等方面探究系统稳定性的影响因素,并分析系统的不同短路比、潮流比对风机网侧换流器(grid-side converter,GSC)外环控制和换流站定电流控制器性能的影响。

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。

华北电网直流多馈入系统动态特性实时仿真

根据特高压电网规划,2015年将有4回直流落点华北地区,届时交直流相互作用更为复杂。换相失败为直流系统最常见故障。在综述了直流多馈入系统换相失败问题的基础上,提出利用逆变站换流变压器阀侧电流作为判别换相失败的方法,并在实际工程中验证了其有效性。使用Hypersim实时仿真程序建立了2015年三华电网等值网络的仿真模型。针对4回直流落点华北电网的情况,通过仿真分析,重点研究了受端交流系统故障下直流多馈入输电系统的动态特性,研究结果可为系统规划和运行提供技术参考和依据。

2015年特高压规划电网华北和华东地区多馈入直流输电系统的换相失败分析

基于2015年"三华"特高压规划电网的丰大运行方式,采用机电暂态仿真软件PSD-BPA,对华北、华东地区多馈入直流输电系统换相失败问题进行深入研究。研究结果表明,华北、华东地区任一直流发生单/双极闭锁故障时,均不会引起其他直流发生换相失败;华北地区大部分直流逆变站换流母线附近三永故障,不会导致其他直流换相失败;华东地区重要交流通道和逆变站换流母线附近三永故障会导致多回直流同时发生换相失败,但这些换相失败持续时间较短,直流系统能快速恢复正常运行,系统能在不采取任何措施下保持稳定;采用静止无功补偿器进行无功补偿,可有效抑制华东地区直流输电系统换相失败的发生。

多直流馈入电网动态无功补偿选点实用方法

为合理选择动态无功补偿装置的安装点以提高多直流馈入电网的电压稳定性,根据多直流馈入电网存在电压凹陷区的特征以及主导节点的机理,提出基于电压灵敏度的无功补偿安装效果评估指标及其计算方法,并确定了指标中直流权重的定义及其计算方法。建立了基于时域仿真计算,对动态无功补偿安装区内站点进行无功投入效果指标循环排序,确定安装点的流程。将所提方法应用于远景江苏规划电网,计算得到动态无功补偿选点方案,通过与其它方案的安全稳定计算结果比对,结果表明,在同等容量的动态无功补偿配置下,推荐方案可以更好地提高系统电压稳定性,证明了该方法的正确性和实用性。

基于多馈入功率恢复因子的南方电网多回直流分层协调控制策略

为提升多馈入直流输电系统的暂态稳定性,设计了针对多回直流的分层协调控制策略。首先,分析了直流低压限流单元控制对系统恢复特性的影响,提出了相应的优化措施;然后,分析了影响多回直流协调恢复性能的因素,并在此基础上提出了以多馈入功率恢复因子为评价指标的多回直流协调恢复措施;最后,在南方电网的仿真模型中验证了所提出的分层协调控制策略的有效性。研究结果表明:所提控制策略能够有效提升多馈入直流输电系统的暂态稳定性。

西南水电送华东多送出多馈入直流系统稳定控制策略

定义了多送出多馈入直流系统(multi-send & multi-infeed DC,MS-MIDC),分析了此类系统的特点及问题。从MS-MIDC角度出发,研究了利用静止无功补偿器(static var compensator,SVC)和调相机提高西南水电送华东MS-MIDC系统稳定性的动态无功补偿方案。针对MS-MIDC系统中各直流系统相互支援方便的优势,提出了利用直流系统过负荷能力和频率调制功能实现直流系统间协调控制,改善了系统在严重故障下稳定水平。仿真计算结果验证了所提控制策略的有效性。

基于BPA动态潮流的多直流馈入电网多重故障集构建

研究多馈入直流电网多重故障集的机理有助于电网安全分析与控制,为此提出考虑发电机调速及负荷电压特性的基于BPA动态潮流连锁故障模式搜索法。基于多馈入有效短路比(multi-infeed effective short circuit ratio,MIESCR)来衡量直流之间的相互作用,进而来选择多重故障集的第一层故障。在第一层故障的基础上断开一条输电线路进行动态潮流计算,提出基于平均传输距离、线路功率比和节点电压变化比的加权综合脆弱度指标,用于电网重要交流线路的识别,之后把重要的交流线路作为多重故障集的第二层故障。最后考虑输电线路和发电机保护、直流换相失败甚至闭锁的后续故障,进行连锁故障大停电故障集的构建。对上海电网的仿真表明,所提重要线路的识别方法更为全面;连锁故障大停电多重故障集的构建方法具有的实用性。

含多馈入直流的广东电网EMTDC仿真建模

为研究含多馈入直流的交直流电力系统相互作用及其交流继电保护的影响,以广东电网4条直流和500kV主网架为背景,利用EMTDC仿真平台,研究了大规模交直流电力系统电磁暂态仿真需要同时解决的精度和效率问题,提出了仿真规模、模型选取、网络等值的原则和方法,尤其对接入220kV交流系统的天广直流特殊落点接入方式进行了详细分析。在稳态和暂态层面将仿真结果与实际电网数据相比对,并重现了实际故障过程,可反映大电网主网架结构及多直流接入的动态特征,从而验证了文中方法的有效性和可信性。基于该仿真平台,对当前广东电网中可引发直流换相失败和暂态功率倒向的大量故障进行了仿真研究,给出了交直流电力系统相互作用的影响范围,从而为现场开展此类研究提供了一个有效的分析手段。

多直流馈入受端电网短期频率稳定性的实时协调控制方法

近年来,直流闭锁事故频发,严重威胁受端电网的安全运行。目前,我国虽然投运了多直流馈入受端电网频率紧急协调控制系统,但仍采用离线控制方法,难以适应电网运行方式的时变性,往往增加不必要的控制成本,且存在欠控并导致电网短期频率失稳的风险。针对该问题,该文提出一种应对大容量直流故障引发的短期频率稳定性风险的实时协调控制方法,基于在线更新的频率响应模型,将电网受扰后包括紧急需求响应、直流调制和储能在内的多种频率控制手段的协调规范为一个约束优化问题,并实时求解而得到确保电网频率高于稳定阈值且成本最优的协调控制方案。算例分析表明,与离线控制方法相比,该方法更能适应电网参数的实时变化和可再生能源出力波动的场景,在保证电网短期频率动态稳定性和降低控制成本方面更具优势。

多直流馈入电网限制短路电流方案多目标优化

基于多直流馈入短路比,分析了限制短路电流措施对多馈入短路比影响,提出了能反映多直流馈入受端电压支撑能力、限制短路电流方案的经济性和控制效果的目标函数,构建了多直流馈入电网限制短路电流方案优化的数学模型。通过支路筛选策略进行决策变量降维,采用快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行多目标优化,找出Pareto最优的限制短路电流方案。通过实际电网的仿真结果表明所提出的方法具有较好的适用性,能满足电网规划要求。

影响多馈入直流系统换相失败的电网薄弱区域快速识别方法

准确而快速地识别会导致多馈入直流系统发生同时换相失败的交流电网薄弱区域,对于保证电网安稳运行具有重要意义,针对目前研究方法主要采用仿真手段且应用场合无法覆盖整个交流系统的情况,文中提出一种影响多馈入直流系统换相失败的电网薄弱区域快速识别方法。将交流线路故障点视为广义节点,基于广义节点阻抗矩阵定义电压关联因子,根据最小关断角标准推导临界电压关联因子指标的解析表达式,此指标可以作为表征直流系统抵御换相失败的能力的特征参数。从理论上推导电压关联因子的3种交流线路故障位置分布特性,并给出确定换相失败关联域的方法,通过此方法能够在电网拓扑结构图上直观地展示引起逆变侧发生换相失败的薄弱区域。南方电网多馈入直流系统算例的分析结果表明所提指标的有效性以及薄弱区域快速识别方法的实用性。

多馈入直流受端电网动态无功补偿选址研究

随着大容量直流输电的广泛应用,若动态无功功率储备不足,当发生直流闭锁等严重故障时,系统面临暂态电压失稳风险。提出综合电压涨幅指标法研究多馈入直流受端电网的动态无功补偿选址问题。通过系统电压弱区域分析和时域仿真,结合静止无功补偿器(SVC)的响应指标和容量等参数确定SVC的最优安装地点。对大规模交直流混联系统仿真结果验证了所提方法的有效性和工程实用性。

多馈入交互因子在多馈入交直流电网中的应用

以江苏电网实际多馈入交直流受端系统为例,对多馈入交互因子(MIIF)在实际电网规划和运行中的分析方法进行了推广应用研究。通过计算各直流逆变站间、直流与交流枢纽站之间的MIIF指标,分析各逆变站发生同时或相继换相失败的几率大小及可能存在的组合,对发现直流站换相失败的潜在风险及制定相应的预防措施具有一定的指导作用。

电网故障下多馈入直流输电系统相继换相失败机理与特性

在多馈入的电网换相换流器型高压直流(LCC-HVDC)输电系统中,交直流系统以及不同LCC-HVDC之间的复杂耦合作用造成换相失败形态产生变化,使得LCC-HVDC的控制保护系统面临挑战。目前,由电网故障直接引发的多回LCC-HVDC同时换相失败现象受到关注,但是换相失败过程中LCC-HVDC系统之间的相互影响却被忽视。LCC-HVDC换相失败后的状态和输出特性急剧变化,通过交流系统的耦合势必对相邻LCC-HVDC产生直接的影响。为此,文中研究了LCC-HVDC换相失败对相邻健全LCC-HVDC的影响,分析了受端弱电网故障下多馈入LCCHVDC系统中相继换相失败的产生机理和换相失败期间控制系统作用下逆变站的动态无功特性;推导了计及控制系统响应的逆变站无功功率表达式,解析了相邻LCC-HVDC无功交换特性,分析了相继换相失败的特征和影响因素。最后,通过标准模型验证了理论分析的正确性。