基于灵敏度协同的多馈入新能源集群最大容量优化分配方法

随着新能源接入比例的不断提高,并网系统逐渐演变为多馈入系统且电网强度逐渐变弱,谐振问题将成为限制新能源渗透率提升的关键因素之一。为此,提出一种谐振约束下用于提升多馈入新能源集群最大接入容量的优化分配方法。首先,建立含工作点的并网逆变器阻抗模型,基于电网络理论获得了广义多馈入系统的聚合模型。然后,构建相角裕度关于集群容量的极值函数,并应用拉格朗日乘数法获得了一定容量下稳定裕度最大时集群阻抗灵敏度需保持一致的极值条件。在此基础上,面向谐振约束下区域电网新能源最大支撑需求,提出基于灵敏度协同的集群容量阈值求解及分配优化方法,并对所提方法复杂度进行分析。所提方法简单高效,在容量规划时算力需求量小。最后,通过IEEE 9节点和IEEE 33节点区域微网实时数字仿真系统(RTDS)硬件在环算例,验证了上述理论分析和所提方法的可行性。

一种多地DFIG联动控制的多馈入受端系统连续换相失败抑制策略

我国沿海负荷中心呈现直流多馈入的结构特征,海上风电的大规模开发使得系统在非正常工况下容易诱发次同步振荡,电压的快速波动可能会造成连续换相。针对该现象进行机理分析,通过优化双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)的控制方法,有效抑制了次同步振荡。同时,针对不同区域风电场调节能力差异,通过关联各直流落点的多馈入交互作用因子(multi-infeed interaction factor,MIIF),充分调动不同区域风电场的补偿能力抬升系统电压。该方法有效地抑制直流多馈入系统的异地连续换相失败。最后,通过PSCAD仿真对比验证所提策略的有效性。

基于贝叶斯网络多馈入直流系统相继换相失败概率推断

大规模多馈入高压直流各回路之间紧密复杂的耦合可能恶化高压直流换相条件,增加了多馈入高压直流系统发生相继换相失败的风险。该文基于贝叶斯网络理论,以换流母线电压降、直流电流变化率和谐波畸变率这三大影响因素作为相继换相失败的证据指标,分别建立3个证据指标的证据概率函数和相继换相失败免疫因子,根据这些证据建立多馈入直流系统相继换相失败的贝叶斯网络,推断多馈入直流输电系统相继换相失败的概率。依据该文所提出的多馈入直流系统相继换相失败的概率推断方法和相关性的风险分析,可预警多馈入直流系统相继换相失败风险,也可提出多馈入直流相继换相失败的抑制措施。

阻抗模裕度指标在新能源多馈入系统静态电压稳定评估的适应性分析

集中送出的新能源场站大多位于电网末端,随着其有功出力的增加,易出现静态电压失稳。该文将传统的阻抗模指标的应用对象由负荷推广至新能源场站,丰富了该指标在静态电压稳定评估方面的适用性场景,包括含无功补偿的新能源系统、新能源集群馈入系统、以及新能源多机多馈入系统。具体地,首先,分析新能源单馈入系统的临界静态电压稳定条件,并据此给出用于评估新能源场站静态电压稳定性的阻抗模裕度指标及稳定判据;其次,通过将无功补偿设备并入系统阻抗,分析无功补偿对于指标的影响;再次,证明在新能源的集群馈入系统中,公共耦合点(point of common coupling,PCC)的电压失稳将发生在单个新能源场站之前,并据此确定PCC点作为指标的计算节点;之后,为考虑多机多馈入系统中不同新能源场站间的影响,在指标的计算过程中,保留待评估的关键新能源场站,将其他新能源场站等值为阻抗,并入节点阻抗矩阵中,实现方法在多机多馈入系统中的扩展应用。最后,基于PSD-BPA中建立的单机单馈入系统、多机多馈入系统、以及某省实际大电网算例验证指标的有效性。

计及并联电容器补偿的多馈入交直流系统改进有效短路比指标

多馈入有效短路比能够同时反映交流系统强弱和直流系统间相互作用,是进行多馈入交直流系统分析和评估的重要指标,但是在实际工程应用中仍出现了指标计算结果与系统实际电压稳定不相符的情况。在推导并联电容器补偿对短路电流影响的数学关系的基础上,分析得出现有的多馈入有效短路比指标由于未考虑并联电容器补偿时存在不足而具有局限性。针对这个问题,提出一种能够计及并联电容器补偿的改进多馈入有效短路比指标,该指标通过将系统并联电容器容量折算到直流落点处来进一步计及其给系统电压稳定带来的影响,并给出所提改进短路比指标的计算公式。以修改的新英格兰39节点系统为例,研究了并联电容器补偿对系统电压稳定性的影响,分析了现有多馈入短路比和所提改进指标与并联电容器补偿的容量和补偿位置的关系,研究结果表明,所提改进有效短路比指标比现有多馈入有效短路指标更能够准确地反映交流系统的强弱程度。最后通过浙江电网仿真验证了所提改进有效短路比在描述多馈入交直流系统强度的准确性和适用性。

直流多馈入系统电压稳定主导模式定性分析

从矩阵消元的视角系统阐述在交直流系统电压稳定分析中雅克比矩阵的推导方法.利用交流侧雅克比矩阵主导模态灵敏度的符号分布性质,定性分析直流不同控制方式对系统电压稳定裕度的影响规律.将多种LCC-HVDC控制方式下的雅克比矩阵推导过程统一表示为对四阶雅克比矩阵的矩阵消元过程,从矩阵分析的角度统一LCC-HVDC电压稳定建模过程.将交流戴维南等值电路雅克比矩阵主导模态的灵敏度具有符号分布性质的证明补充完整,据此定性分析不同控制方式的直流系统接入受端交流网络后系统稳定裕度的变化趋势.通过Cigre标准系统算例验证所提方法的有效性.

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。

采用多馈入交互作用因子判断高压直流系统换相失败的方法

目前对多馈入交直流受端系统的交流故障是否会导致多回直流同时换相失败的问题主要是借助于仿真工具进行分析,这种方法计算量大,并且耗时长。为此提出了一种利用多馈入交互作用因子快速判断直流系统换相失败的方法。基于节点阻抗矩阵对多馈入交互作用因子进行定义,通过最小熄弧角判断标准推导出临界多馈入交互作用因子的通用表达式,提出了基于临界多馈入交互作用因子的换相失败判断方法:某一回直流逆变侧换流母线发生三相短路故障时,如果另一回直流与该直流间的多馈入交互作用因子大于临界多馈入交互作用因子,则认为另一回直流系统也会同时发生换相失败。小算例系统和实际电网的研究结果证明了该指标和方法的准确性和有效性。

多馈入直流系统交互作用因子的影响因素分析

多馈入交互作用因子(multi-feed interaction factor,MIIF)是一种能有效衡量多馈入交直流系统中直流系统间相互作用大小的指标。理论分析了直流落点间电气距离、受端交流系统等值阻抗对MIIF的影响,详细研究了MIIF与受端交流系统强弱评估指标—多馈入短路比(multi-infeed shortcircuit ratio,MISCR)的关系。研究结果表明,MIIF随直流落点间电气距离的减小而增大;其他回直流对某一回直流的MIIF随该回直流逆变侧交流系统等值阻抗的增大而增大;保持直流落点距离不变,MIIF与MISCR成反比关系;保持交流系统等值阻抗不变,直流i、j间的MIIF与第i回直流的MISCR成反比关系,与第j回直流的MISCR成正比关系。两馈入交直流算例系统的分析结果验证了所得结论的正确性。

多馈入交直流混联系统小干扰稳定研究综述

我国电源与负荷的分布特点使多直流馈入交流系统成为我国电网发展的显著特征。多回大容量直流输电增强了电网传输能力,也使小干扰稳定问题具有新特点。随着电网复杂程度提高,多馈入交直流电力系统面临的小干扰稳定问题更加严峻,亟待进行具体的理论分析。介绍了多馈入交直流系统的典型结构和特点,回顾了多直流馈入交流系统动态交互作用机理及其小干扰下的稳定问题,总结了这一领域的研究方法及成果。最后,对多馈入交直流系统未来发展趋势及所面临的挑战进行了讨论,结果可为相关研究工作提供参考。

多馈入直流系统的量化分析指标及其应用

在MIIF和MIESCR指标的基础上,对MIIF的概念进行了推广,使针对多馈入直流系统的量化分析指标能够适用于交直流系统不同运行方式分析的需要。解决了长期以来对多馈入直流系统中各直流落点间电气距离、交流系统相对强弱缺乏量化指标和分析方法问题,并结合南方电网2008年丰大运行方式,介绍了MIIF和MIESCR指标的计算和应用分析方法。

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。

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.

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。

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。

CIGRE多馈入直流短路比指标影响因素及机理

多馈入直流系统强非线性、强耦合特征使评估交直流系统之间相对强弱关系变得异常复杂。基于2008年CIGRE直流工作组提出的多馈入直流短路比(MISCR)定义,分析了MISCR构成元素及影响其大小的因素和内在机理,详细论证了直流落点间联络阻抗、系统等值阻抗、直流功率等元素之间相互关系对MISCR的影响及其变化特征,给出了临界条件和拐点解析解;并进一步研究了含有直流系统的两区域联网对MISCR的影响,推导得出联网前后SCR到MISCR的变化规律;最后,指出了MISCR后续改进研究应考虑的问题。所得结论可用于指导MISCR概念的应用,以及交直流电网规划和运行。

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。

多馈入交直流系统无功补偿器变论域模糊PI控制算法

电网中无功功率是保证供电质量的重要因素,无功补偿器作为无功功率的补偿装置,需始终保持良好的动态性能,研究多馈入交直流系统无功补偿器变论域模糊PI控制算法。分析多馈入交直流系统无功特性,构建无功补偿器导纳矩阵,以功率平衡为前提,选取电网稳定裕度指标,通过变论域解耦形式,设计模糊PI控制算法,实现无功补偿器的补偿控制。实验结果表明:在本文方法下对无功补偿器进行控制,能够对感性负载和容性负载侧的电压和电流进行有效补偿,且可以在感性与容性负载转换时,快速地完成动态响应,保证电网的平稳运行。

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。