基于直流功率支援因子的紧急直流功率支援策略研究

交直流混合输电系统中功率外送通道发生故障时,功率过剩会导致送端系统大幅波动,利用直流过负荷能力能有效提高送端系统稳定性,而如何对各紧急直流功率支援的效果进行评估,选取最优的支援策略尚待研究。基于多馈入相互作用因子和多馈入有效短路比的概念定义了直流功率支援因子,以四川电网不同功率外送通道故障为例,利用直流功率支援因子对各紧急直流功率支援的效果进行排序,选取最优的支援策略。仿真计算验证了直流功率支援因子的分析结果,表明直流功率支援因子能有效评估紧急直流功率支援的效果。

负荷特性对特高压紧急直流功率支援的影响

采用互补群能量壁垒/扩展等面积准则分析多机系统中特高压直流紧急直流功率支援(EDCPS)提高暂态稳定性的机理,研究了大扰动下恒阻抗—恒电流—恒功率(ZIP)静态负荷模型、感应电动机(IM)负荷模型对特高压EDCPS效果的影响,深入分析了送、受端网区ZIP静态负荷模型中不同比例的恒功率有功负荷、恒电流有功负荷、恒阻抗有功负荷及其不同比例感应电动机动态负荷对特高压EDCPS策略的影响。研究表明,大扰动下IM比ZIP负荷吸收更多有功。送、受端IM负荷对大扰动后EDCPS下的功角稳定性影响是相反的,送端改善其支援效果而受端则恶化其效果;至于全网采用综合模型后相对于ZIP模型对功角的影响,要衡量送、受端网区负荷量的大小,若送端负荷小于受端负荷则恶化支援下的功角稳定性,需适当增大直流提升量或适时提前投入功率支援。

特高压紧急直流功率支援策略研究

采用扩展等面积法(EEAC)分析了多机系统中特高压(UHV)紧急直流功率支援(EDCPS)提高系统暂态稳定性的机理,深入研究了UHVDC在大扰动下的EDCPS策略,包括支援起始时刻、支援速率、支援数量和支援持续时间等对功角稳定和电压稳定的影响。研究结果表明EDCPS能改善故障后系统的暂态稳定性,但直流提升量要适当,较大的提升量能够改善功角稳定性,但也加大换流站的无功需求,对正在恢复中的节点电压产生不利影响;紧急功率支援投入要适时,过早将加大换流站的无功需求,过迟则将不能有效地增加等效加速面积;提升速率不能太快,否则也将加大无功需求,削弱换相电压的稳定;在等效单机无穷大系统(OMIB)功角的回摆过程中适当回降直流功率能更好地改善系统的暂态稳定性。最后,研究负荷特性、静止无功补偿器(SVC)和低压限流单元(VDCOL)特性对EDCPS策略及效果的影响。

SVC对特高压紧急直流功率支援的影响

在分析紧急直流功率支援提高系统暂态稳定性机理、静止无功补偿器(SVC)原理及参数设置的基础上,仿真研究了大扰动下SVC对特高压紧急直流功率支援的影响。结果表明:SVC能为换流站交流母线提供无功支持,使其电压在故障后快速恢复,有利于特高压直流功率的快速紧急提升,能更有效地弥补故障后送、受端网区的功率缺额,改善故障后的稳定裕度;安装SVC虽能提高故障后的电压水平却可能会减小熄弧角。故障后500 kV主网形成孤岛情况下,加装SVC能一定程度上改善电压和支援效果,整流侧能减少切机量。

基于广域测量信息和直流功率支援的低频振荡抑制方法

利用直流系统输送功率快速可控的特点,可以通过直流功率调制来改变交流联络线的潮流,起到抑制低频振荡的作用。文中分别从直流线路选择、功率支援时机、支援量三方面研究了直流功率支援抑制低频振荡的关键技术。采用广域动态信息识别主导振荡模式,采用广域稳态信息计算主导发电机输出功率转移分布因子、直流功率传输转移分布因子和直流控制敏感因子,根据该敏感因子的大小来选择实施功率支援的直流线路,以南方电网为例验证了该方法的正确性和有效性。通过理论分析和时域仿真,得出功率支援的最佳时机是在功角正向摆动的起始时刻,功率支援量较少时对低频振荡的抑制作用不明显,而支援量较大时则会引起反相振荡。最后提出定功率控制模式和定电流控制模式对于功率提升抑制低频振荡效果影响不大。

基于时间最优和自抗扰跟踪的广域紧急直流功率支援控制

基于广域测量全局信号、根据时间最优控制理论和自抗扰跟踪控制理论设计了交直流互联电网紧急直流功率支援控制策略,利用时间最优控制驱赶系统状态迅速趋近故障后OMIB新平衡点并对其进行镇定控制。自抗扰控制器通过控制直流功率来实现对虚拟控制量的跟踪;新平衡点基于IEEAC思想通过利用最优布点的PMU实时信号在线不断预测逼近得到。通过6机3区域2直流系统验证表明:该控制策略能最大限度地发挥HVDC联络线的快速调制和短时过载能力,在联络线发生大扰动时,实现紧急控制和对功率缺额网区进行功率支援,其综合控制效果优于传统的线性DCM调制;自抗扰跟踪控制对扰动和模型的不确定性具有强适应性和强鲁棒性;以新平衡点为控制目标的直流调制效果明显优于以初始平衡点为控制目标的调制效果。

基于BPA的大电网紧急直流功率支援策略研究

针对特高压交直流混联大电网的结构特点,研究了紧急直流功率支援策略对实际电网安全稳定运行的影响。基于PSD-BPA仿真平台,分析了直流功率提升策略对系统稳定性的作用,得到合适的功率支援开始时刻、支援量和持续时间,通过在系统回摆过程中采取功率回降策略改善紧急功率支援的效果。针对直流有功功率大方式调制,提出了直流调制附加控制器输入信号的选取原则,并与功率提升/回降方式比较,对比分析了两种方式下紧急功率支援的有效性。仿真结果表明,相比于功率提升/回降方式,有功功率调制改善了后续摆的稳定裕度及阻尼,紧急功率支援效果较为理想,为实际电网附加稳定控制策略的制定提供参考。

基于EEAC的紧急直流功率支援优化策略

分析了紧急直流功率支援提高多机系统暂态稳定性的机理.通过在合适时刻投入紧急直流功率支援,在单机无穷大系统功角的前2次正摆过程中提升直流功率,在回摆过程中回降直流功率,以提高暂态稳定裕度,同时采用遗传禁忌优化算法对各调制参数进行优化.最终,在给定的具体运行方式下,根据事先设定的电网关键线路潮流或来自能量管理系统EMS的实时潮流数据和预想故障集,实现某些严重预想事故集的暂稳控制量的离线或在线计算.算例表明:所提出的紧急直流功率支援策略能有效地改善系统暂态稳定性.

计及紧急直流功率支援的扰动后稳态频率预测算法

提出了一种计及紧急直流功率支援情况下,能同时考虑直流两侧电网频率响应的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、直流输电系统传输功率方程和系统网络方程进行了线性化处理,同时考虑紧急直流功率支援,推导了两区域交直流系统扰动后稳态频率预测方程,可以直接快速地计算出扰动后各区域的稳态频率和使其中一个区域稳态频率恢复到设定值时的直流功率支援量。对一个典型的两区域交直流并联系统进行了仿真分析,仿真结果表明所提算法具有较高的精度和较快的计算速度,证明了算法的适用性和有效性,具有与紧急频率控制相配合并在线应用的前景。

基于正交小波神经网络的广域紧急直流功率支援在线预测

鉴于BP神经网络较易陷入局部极小点且收敛速度慢、RBF神经网络因其激励函数是冗余的非正交基故其逼近函数的表达式并不唯一等缺点,构造以Harr正交小波尺度函数为激励函数的神经网络并提出其相应的权值训练新方法,将该正交小波神经网络应用于实现对云广特高压直流和贵广Ⅱ直流的在线紧急直流功率支援在线协调预测控制。仿真结果表明:正交小波神经网络采用正交尺度函数作为激励函数,能保证网络逼近的唯一性,且训练算法简单、收敛迅速;正交小波神经网络能映射聚合成的特征输入数据,准确给出紧急直流功率支援控制量,具有较高的可靠性和准确性。

基于多分辨率分析正交小波神经网络的紧急直流功率支援预测

紧急直流功率支援能在交直流系统受到大扰动后快速调制HVDC的直流功率,利用HVDC短时过载能力提高电网的暂态稳定性,因此如何利用广域信号实现紧急直流功率支援的在线预测意义重大。文中构造了一种基于多分辨率分析理论的新结构正交小波神经网络,并将其应用于云广特高压直流的紧急直流功率支援在线预测。该多分辨率正交小波神经网络采用正交尺度函数作为激励函数,能保证逼近函数表达式的唯一,收敛迅速。实验结果表明:该多分辨率分析正交小波神经网络能依据主成分降维后的输入数据准确并可靠地给出紧急直流功率支援控制量。

紧急直流功率支援时的无功功率配合研究

紧急直流功率支援能够提高单回直流双极闭锁后系统的稳定性,而换流站无功功率容量的不足往往会导致直流功率无法提升至指定功率值,大大减弱紧急直流功率支援的效果。为此,对直流换流器无功功率消耗进行分析,提出3种紧急直流功率支援期间的无功功率补偿方式,即:分段切除故障直流换流站内滤波器;加装静止无功补偿器;改进直流整流站附近的发电机励磁控制。仿真结果表明这3种措施均能在直流暂时过负荷期间弥补直流输送功率的缺额,提高系统的稳定性。分段切除故障直流换流站内的滤波器仅对故障直流换流站附近的其他直流线路功率有一定影响,且容易导致故障直流换流站过电压;静止无功补偿器及整流站附近发电机励磁控制均可减少紧急直流功率支援后的切机量,但发电机励磁控制效果更佳。

基于曲线拟合的多送端高压直流功率支援策略

为研究多送端交直流混联系统中直流闭锁故障后的紧急功率支援策略,探讨了关键机组有功功率对直流功率调整的响应规律,进而通过曲线拟合的预测算法,定量分析了不同的直流功率支援投入时刻和支援量对系统暂态稳定的支援效果,结合关键机组的加速能量指标优化整定直流功率支援的参数,从而最大程度降低送端的稳控切机量。我国某实际电网的仿真验证了本文算法的有效性。

德宝工程紧急直流功率支援策略研究

以直流输电线路异步联接的两个交流系统为模型,分析了紧急直流功率支援的机理。通过将其等效为一个单机无穷大系统,利用扩展等面积法则推理可知,系统正摆时提升直流功率,回摆时回降直流功率可分别达到吸收和补偿交流系统中有功过剩和缺额的目的,提高系统的暂态性能。在此结论上,针对德宝直流异步联接的四川—西北电网2010年丰大方式,在BPA仿真平台上研究了四川电网交流线路短路故障、无故障切机、无故障甩负荷情况下的德宝紧急直流功率支援策略。研究表明,对于交流线路短路故障,宜采用大方式调制策略;而对于无故障切机和无故障甩负荷故障,则应采用功率回降(或提升)结合大方式调制的策略。

UHVDC故障下紧急直流功率支援方案研究

采用EEAC法分析了特高压直流输电系统在大扰动下进行紧急直流功率支援的机理,紧急直流功率支援可以有效改善系统的暂态稳定性。借助PSD-BPA详细直流模型,针对云广特高压直流输电工程大扰动情况下进行仿真,得到合适的功率支援开始时刻,适当提升速率、适当支援量,同时能够掌握回降的时间及速率,将极大提高直流功率支援的效果。

直流紧急功率支援用于第三道防线的研究

直流系统参与安全稳定控制的研究与应用仍局限于属于第一道防线的预防控制和属于第二道防线的紧急控制,挖掘应用直流系统的运行特性和调控能力是提高交直流电网安全稳定水平的重要技术途径。提出将直流系统具有的紧急功率支援能力作为第三道防线候选控制手段的理念,与常用的低频减载/高频切机等措施协调配合,防止系统崩溃;在监测到电网发生频率低/高异常变化时启动利用直流紧急功率支援功能,从而减少切负荷/机组的控制量。从整定计算和控制装置两个方面,阐述实现直流紧急功率支援参与第三道防线中频率异常控制的初步方案。用实际电网的数据仿真分析直流紧急功率支援参与第三道防线取得的有益效果。联系第三道防线发挥作用的时机特点和直流系统运行控制特性,讨论将直流紧急功率支援作为第三道防线措施应注意的问题,对于构筑技术手段更为丰富的电网安全稳定第三道防线,具有重要参考价值。

一种计及紧急功率支援的直流互联异步电网动态频率分析方法

针对于直流互联异步电网,提出了一种可在计及直流紧急功率支援情况下,同时考虑直流两侧电网频率响应的扰动后动态频率分析方法。该方法对直流两侧电网的交流系统网络方程、综合负荷的静态模型、发电机原动机-调速器系统模型以及HVDC输电系统准稳态模型进行线性化处理,基于广域量测数据建立了直流互联异步电网扰动后的系统状态方程,可以同时求解出计及直流紧急功率支援的两侧电网频率动态响应。在此基础上利用二分法思想调整功率支援量,还可以获取某侧电网扰动后的频率极值或稳态值恢复到期望值所需的直流紧急功率支援量。对一个典型的两区域直流互联异步电网进行了仿真分析,验证了所提方法具有很高的精确性和适用性。

含柔性直流电网紧急频率协调控制策略

基于常规直流功率提升的紧急频率控制需消耗大量无功功率,导致电网电压稳定性下降。柔性直流输电具有有功、无功解耦、可动态提供无功支撑等优势,在此基础上分析了提升直流输电功率实现电网发生功率缺额时频率控制原理。提出一种基于柔性直流输电技术与常规直流输电技术的紧急频率协调控制策略,以频率控制对系统电压稳定性负面影响最小为目标,计及近区电网交流断面潮流安全约束,建立线性优化模型求解得到系统有功缺额下各直流功率紧急提升量。对华东电网某实际算例进行仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。

改善系统频率稳定性的多直流功率紧急支援协调控制策略

直流功率紧急支援能够有效改善多直流馈入电网在大功率缺额故障扰动后的系统频率稳定性。文中分析了直流功率紧急支援的原理,提出了一种综合考虑直流过负荷能力、直流运行工况和交流输电能力的单回直流实时可提升功率的估算方法。基于交流电网的安全稳定约束,提出了区域电网最大可支援能力的计算方法和"同送出同馈入"的多回直流实际支援量的协调优化算法。在此基础上,提出了改善系统频率稳定性的多直流功率紧急支援的协调控制方案,并在华东多直流馈入电网中进行了仿真验证。

系统保护中跨区直流频率调制与紧急功率支援的协调控制

为了保障中国特高压交直流混联电网的安全稳定运行,国家电网有限公司积极开展电网系统保护的构建,以提升电网的综合安全防控能力。但随着跨区直流作为灵活控制资源在系统保护中的应用,必须考虑直流功率快速变化会同时对送受端电网造成影响。在梳理中国电网系统保护建设的基础上,系统分析了基于频率响应的直流频率调制对大区电网系统保护的影响,进而从保障电网安全稳定运行和提高跨区控制资源利用效率的角度,提出了综合电网就地和远方信息的直流频率调制与紧急功率支援的协调控制方案,实现大区电网系统保护间的协调动作。最后,基于实际电网仿真算例验证了所提控制方案的有效性。