计及新能源幅相特性的新型多馈入短路比指标

为了合理评估高比例新能源并网的多馈入高压直流输电(multi-infeed HVDC,MIDC)系统电压支撑能力,该文首先分析MIDC系统结构特点,随后基于多馈入短路比(multi-infeed short circuit ratio,MISCR)指标,并结合新能源短路电流幅值和相位随机端电压变化的特性(以下简称“幅相特性”),提出多馈入暂态短路比(multi-infeed transient short circuit ratio,MITSCR)指标;其次,根据国家标准的要求分析以双馈风机(doubly-fed induction generator,DFIG)为代表的新能源在不同控制模式下的幅相特性,并通过MITSCR指标分析DFIG接入对MIDC系统节点电压支撑能力影响;最后,利用PSACD/EMTDC软件进行时域仿真分析,结果表明,MITSCR指标能有效表征节点的电压支撑能力,验证了该指标的有效性与优越性。

广义短路比在新能源多馈入配电系统中的适用性研究

广义短路比指标计算简单且物理意义清晰,在主网下多馈入系统的小干扰稳定性评估中得到广泛的应用,但在多馈入配电系统中的适用性尚不明晰。为此,考虑了实际配电网与输电网的差异性,基于单馈入配电系统的特征方程探究了短路比与小干扰稳定性之间的影响规律。构造了等效同构系统,并基于矩阵摄动理论严格证明了多馈入配电系统的主导特征函数与等效同构系统的主导特征函数满足一阶近似相等关系,从而实现了多馈入配电系统的简化与解耦。提出了适用于新能源多馈入配电系统的广义短路比指标,用以量化系统的小干扰稳定裕度,将广义短路比理论的应用范围拓展至配电系统。时域和频域仿真结果验证了所提分析方法的有效性。

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。

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。

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。

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。

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。

多馈入短路比指标的适用范围及其与直流最大传输功率的关系探讨

针对多馈入直流短路比指标对交流电网电压支撑能力的指示性和阈值关系尚不明确的问题开展研究,提出了指标与多馈入直流最大传输功率的对应关系,并通过直流准稳态模型下的功率曲线计算进行验证。基于网络方程对多馈入短路比指标与直流最大传输功率的关系给出了理论解析。最后通过EMTDC平台上的电网故障仿真检验了多馈入短路比指标的有效性和适用范围。文章旨在为电网规划设计中应用多馈入直流短路比来衡量交流电网直流接纳能力提供理论指导。

适用于多馈入直流系统静态电压稳定分析的综合短路比强度指标

针对过往多馈入直流(multi-infeed line commutated converter based high voltage direct current,MIDC)系统强度指标不能准确反映静态电压稳定的问题,该文研究计及MIDC系统静态电压稳定的强度指标定义方法。首先,在推导MIDC系统潮流分析模型的基础上,定义基于多馈入交互作用因子的等值耦合导纳的概念,等值耦合导纳可定量反映MIDC系统中其余直流子系统对被研究直流子系统的影响;并建立基于等值耦合导纳的MIDC系统单端口等值模型。其次,基于建立的MIDC系统单端口等值模型,提出一种能够准确衡量MIDC系统静态电压稳定的多馈入综合短路比(multi-infeed integrated short circuit ratio,MISCR)强度指标。最后,在不同直流功率增长场景和控制方式组合下的算例分析结果表明,所提MISCR指标比过往强度指标更能准确地衡量MIDC系统的静态电压稳定性。

多馈入交直流系统短路比影响因素分析

随着我国电网的发展,我国南方电网和华东电网出现了多馈入交直流系统。多馈入短路比能够同时反映交流系统的强弱以及直流系统间的相互作用,是构建多馈入直流系统的重要参考指标。通过理论分析深入研究了影响多馈入短路比变化的因素,分析了直流落点间的电气距离(互阻抗)、网络结构,包括网络拓扑、线路阻抗、电源分布等对多馈入短路比的影响,给出了多馈入短路比的变化规律,并通过两馈入直流系统验证了结论。

电力电子多馈入电力系统的广义短路比

随着新能源、无功补偿等电力电子设备的大量接入,交流系统相对变弱,分析电力电子多馈入电力系统潜在的失稳、精确度量交流系统电压支撑能力十分重要。文中首先推导了单馈入系统短路比与小干扰稳定性特征方程的显示关系式,建立了单馈入系统短路比与其小干扰稳定间的联系。其次,在一定假设条件下,证明了n馈入系统的动态可由n个独立的单馈入系统表征,从而实现多馈入系统稳定性向单馈入系统稳定性的解耦和简化。最后,提出可用于度量交流系统的强度的广义短路比概念(generalized short circuit ratio,g SCR)。所提出的广义短路比是一个与系统振荡频率无关的静态变量,但反应的是多馈入系统的小干扰稳定裕度,并且在单馈入和多馈入系统下可实现物理意义和数学形式的统一。仿真算例表明了g SCR定义的合理性和有效性。

多馈入直流输电系统短路比指标的有效性分析

从多馈入直流系统功率稳定性角度出发,基于两馈入直流输电系统简化模型,研究了多馈入直流系统功率稳定性与多馈入有效短路比之间的定量关系。分析结果表明:多馈入有效短路比不能完全反映直流系统的功率稳定性,两者之间难以建立明确的定量关系;当受端电网直流馈入数较多时,各回直流系统的临界多馈入有效短路比将可能远小于1.5。

考虑直流输电系统外特性影响的多直流馈入短路比实用计算方法

根据多馈入短路比(multi-infeed short circuit ratio,MISCR)和多直流相互作用因子(multi-infeed interaction factor,MIIF)定义,考虑电力系统元件外特性影响,建立了仅包含换流母线电压变量的直流外特性模型。在此基础上,推导出考虑直流系统影响的交直流系统潮流雅可比矩阵修改元素解析函数。研究了直流系统外特性与电压扰动之间的关系,针对传统MISCR工程计算中面临实际问题,提出考虑直流系统外特性的MISCR实用计算方法,克服了传统计算方法难以适用于复杂大电网、并同时考虑电力系统元件特性影响的困难。研究算例比较表明,直流系统外特性对MISCR计算结果影响明显。

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。

多馈入电力系统广义短路比:多样化新能源场景

新能源经电力电子设备接入电网的规模需要适应电网强度,否则存在振荡风险,但新能源设备动态差异性以及新能源设备间的强相互作用导致准确度量电网强度存在挑战。该文从系统小干扰稳定的角度探索利用广义短路比指标度量电网强度的方法。首先,建立了多馈入电力系统的线性化模型,给出了其闭环系统特征方程。其次,基于特征值摄动理论,证明了多样化新能源馈入系统(异构系统)的主导特征轨迹可由等效同构多馈入系统的主导特征轨迹来近似这一结论。最后,将同构系统中定义的广义短路比推广到异构系统,并给出了广义短路比的两种等价定义和广义短路比临界值的计算方法。研究表明,广义短路比在同构和异构多馈入系统中的定义是一致的,其临界值可以通过构造等效的单馈入系统解析计算或者通过半实物仿真实验得到。算例验证了所提分析方法的有效性。

基于广义短路比的电力电子多馈入系统小干扰概率稳定评估

广义短路比是一种反映多电力电子设备互联和交流电网强度对系统振荡影响的静态指标,可用于量化系统的小干扰稳定裕度。新能源发电功率的随机性导致多馈入系统的小干扰稳定裕度呈现出不确定性,为此,提出一种基于广义短路比的电力电子多馈入系统小干扰概率稳定裕度评估方法。首先,将额定运行条件下的广义短路比推广到适用于一般运行条件的广义运行短路比,从而能够量度电力电子设备任意输出功率时的系统小干扰稳定裕度;其次,由于广义运行短路比在数学上对应拓展导纳矩阵的最小特征值,而拓展导纳矩阵元素中包含不确定的输出功率,因此采用矩阵概率D稳定描述系统小干扰概率稳定评估问题;同时为克服在工程实践中获取输出功率准确概率分布的困难,采用期望和方差等部分概率信息来描述系统随机性,在此基础上结合广义矩理论将矩阵概率D稳定转化为易于求解的半定规划问题。最后,通过算例说明所提评估方法的有效性。

多馈入交直流系统有效短路比的影响因素分析

交直流输电已经成为了我国电网发展的必要手段,由于多馈入交直流系统的强复杂性使得评估交直流系统间的相互作用变得非常困难。多馈入有效短路比不仅能够评估交流系统的强弱,而且还能反映直流系统间的相互作用,是多碛入直流系统规划中的一种重要参考指标。分析了直流功率、直流落点间的联络阻抗、线路阻抗、交流滤波器和无功补偿器的等值导纳等因素对多馈入有效短路比的影响及变化规律,通过两馈入交直流系统的分析结果验证了各个因素对多馈入有效短路比影响及变化规律的正确性。

基于伴随网络的受端电网多馈入短路比约束线性化建模

网架拓扑调整作为多直流馈入受端电网规划、运行与控制中常见的优化措施,可能对多馈入短路比(MISCR)产生明显影响,但目前基于线性规划的电网拓扑优化模型无法有效考虑MISCR约束。基于此,提出一种MISCR约束的线性化解析建模方法,以节点阻抗元素的物理意义为切入点,通过构建与原网架拓扑相似、支路开断状态随动的伴随网络,建立了MISCR与网架拓扑决策变量间映射的线性化表达式。基于所提方法,分别建立计及MISCR约束的受端电网主动解列和最优线路开断问题的混合整数线性规划模型。以修改后的IEEE 39节点系统和IEEE 118节点系统为算例进行测试,结果验证了所提方法的有效性。

多馈入交直流系统广义短路比的影响因素分析

多馈入交直流系统已经在我国南方电网和华东电网中普遍形成,多馈入广义短路比作为一种新型的指标能有效的评估多馈入交直流系统受端的强弱,是多馈入直流系统规划中的一种重要的参考指标,研究基于多馈入广义短路比的定义分析了直流落点间的联络阻抗、受端交流系统的等值自阻抗、直流功率等因素对多馈入广义短路比的影响及变化规律,所得的结论对于多馈入交流系统的规划及运行具有理论的指导意义,最后通过以在CIGRE标准测试系统的基础上扩展得到的两馈入系统为例,验证了理论推导所得结论的正确性。