基于暂态稳定裕度灵敏度的多直流送出能力提升控制方法

多直流送端系统内某一直流线路发生闭锁故障后,可以通过对其他非故障直流进行紧急功率支援(emergency DC power support,EDCPS)控制来提升系统受扰后的稳定性。如何有效量化EDCPS对系统稳定性的改善效果,从而提高安稳控制的效率,目前缺少相应的指标;现有研究也尚未解决如何利用EDCPS最大程度提升多直流综合送出能力的问题。应用扩展等面积法(extended equal area criterion,EEAC)定量分析了EDCPS提升多直流送端系统暂态稳定性的机理;以两送出直流系统为例,推导了基于EEAC的暂态稳定裕度η对EDCPS的灵敏度公式;在此基础上,提出一种在不增加相关设备投入的前提下利用系统中现有稳控措施并结合暂态稳定裕度灵敏度的多直流送出能力提升控制方法,通过计算备选直流的暂态稳定裕度灵敏度,可以完整反映系统在遭受大扰动后的动态特性以及定量评估EDCPS对系统受扰后稳定性的改善效果,避免过去仅凭运行人员经验选取支援直流的问题,提高计算效率;最后,选取西北电网实际算例对所提出的多直流送出能力提升控制方法有效性进行仿真验证,以期为从事交直流混联电力系统稳定性分析与控制的学者和工程师们提供有益的参考。

海上风电经柔性直流送出系统高频振荡分析及抑制策略

近年来,柔性直流输电已经是风电深远海开发的有效方案,随着大量用于远海风电并网的柔性直流输电系统不断投运,高频振荡现象在实际工程中频繁出现。然而,现有研究大多聚焦于新能源交流并网系统或异步分区电网交互所产生的高频振荡现象,针对海上风电经柔性直流送出系统的高频振荡研究尚不充分。并且现有模块化多电平换流器(MMC)高频段阻抗模型通常忽略换流器中、低频段特性,使得投入高频振荡抑制策略对中、低频阻抗特性的影响无法被准确揭示。为此,本文首先考虑系统链路延时的影响,基于谐波状态空间建立MMC全频段阻抗模型。在此基础上,分析海上风电经柔性直流送出系统高频振荡机理,并设计控制参数优化策略。最后,基于Matlab/Simulink搭建海上风电经柔性直流送出系统电磁暂态仿真模型,并验证本文所建阻抗模型的精确性以及高频振荡抑制策略的有效性。

计及安全稳定约束的多直流送出电网新能源极限渗透率估计方法

基于电网换相换流器的高压直流系统是大型能源基地电力外送的重要技术手段,然而新能源渗透率的提高会降低送端电网的安全稳定性.为保证多直流送出电网的安全稳定运行,提出一种计及安全稳定约束的多直流送出电网可承受新能源极限渗透率估计方法.推导各类安全稳定约束的表达式,包括短路电流约束、多直流短路比约束以及频率稳定约束;在考虑安全稳定约束的情况下建立多直流送出电网优化调度模型;给出优化调度模型分段线性求解方法,并基于该方法提出新能源极限渗透率估计方法.修改的IEEE 39节点系统仿真结果验证了所提方法的有效性.

风电直流送出系统换相失败特性分析及其抑制措施

该文从风电场经直流送出系统模型出发,分析了换相失败下电网和风电场暂态电压特性及连续换相失败机理,并提出从无功补偿的角度来抑制换相失败后的暂态电压现象。最后,以某省风电场直流送出系统为例进行了仿真分析,特别针对连续换相失败场景下风电场的影响特性、送端系统暂态电压及抑制措施进行了仿真分析,并进行了理论验证。

海上风电直流送出与并网技术综述

随着深远海风电开发利用的快速发展,风电直流送出与并网成为技术热点。针对风电交流汇集直流送出、低成本直流送出、多端直流送出和多电压等级直流送出技术,全面论述了海上风电直流送出技术在系统拓扑、装备、控制与保护方面的现状和存在的问题,以及研究热点和发展趋势,指出海上风电场集群共享直流集中送出是近期的主流方案,系统的宽频振荡是亟待解决的问题,使整体系统体现主导电源特征是关注的热点。为降低成本,基于二极管整流送出的技术路线具有良好的预期,但纯二极管整流送出需要风电机组的改进。海上风电多端直流并网系统的成熟依赖于低成本直流断路器和暂态控制保护技术的进步,而海上风电多电压等级直流并网系统尚缺乏直流变压器等关键装备的支撑。

异步联网下多直流送出系统的功率稳定性分析及评价标准

异步联网后的云南电网属于典型的多直流送出系统。由于直流彼此之间存在相互作用,因此如何评估多直流送出系统的稳定性成为了亟待解决的问题。基于两直流送出系统的准稳态模型,研究了多直流送出系统的最大功率传输曲线,基于该功率曲线给出了多直流送出系统功率稳定裕度的评估指标。进一步地,研究了多直流送出系统的功率稳定性与多直流有效短路比的定量关系,揭示了多直流送出系统功率稳定性与直流相互作用因子的关系,最后给出了多直流送出系统稳定运行的评价标准。分析结果表明,多直流有效短路比<1.2时,多直流送出系统难以稳定运行;多直流有效短路比>2.0时,直流系统通常可以保持较高的功率稳定裕度,相关结论为多直流送出系统的规划运行提供了一定的参考价值。

基于单向电流型AAMC的海上风电直流送出方案

经济高效的海上风电输电系统是推进海上风电开发的关键因素。据此,提出一种海上换流站采用单向电流型桥臂交替导通多电平换流器(UC-AAMC)的海上风电直流送出方案。首先,对UC-AAMC的拓扑结构和运行原理进行说明。然后,提出了适用于海上换流站UC-AAMC的无源网络控制策略。与常规柔性直流输电方案相比,所提方案能够减少海上换流站的投资成本,提升工程经济性。与基于二极管不控整流单元的直流输电方案相比,所提方案无须改变风电机组控制策略,并且可以实现由陆上电网向海上风电场的功率反送。最后,通过PSCAD/EMTDC中的仿真验证了所提方案的有效性。

多直流送出交流电网故障特性仿真研究

建立了送端交流系统故障下送出直流的等值分析模型,考虑了送出直流的故障响应特性,分析了单直流送出交流电网故障等值特性,并基于CIGRE HVDC标准模型建立了三直流送出交流电网,对多直流送出交流电网各回直流的等值特性进行了仿真分析。结果表明送出直流等值特性与纯交流系统存在一定的差异,而多直流送出电网各回直流等值特性与单直流送出时一致,但受电气联接紧密程度的影响,各直流间的等值特性存在一定的差异。

海上风电柔性直流送出一体化监控系统方案设计

针对海上风电柔性直流送出系统的组成,整合了海上风电场、海上升压站、海上换流站、陆上换流站、交直流海缆的监控信息,提出了全面的海上风电柔性直流送出一体化监控系统方案。分析了该方案的总体架构、功能要求、通信方式以及安全分区,以实现海上场站无人值守、一体化监控系统和陆上换流站共建的运维管理模式。该方案有效地整合了柔性直流控制保护系统、升压站监控、风功率预测、风机监控、故障录波、保护及故障信息管理、电能量计量、设备状态在线监测、视频及环境监控、海缆监测等多个子系统。对海上风电柔性直流送出系统内各主要电气设备提供了完备的监控功能,可实现实时监视与控制、辅助监控及预警、生产运行管理等三大方面应用。所提方案有效降低了海上风电柔性直流送出系统运营成本,达到技术先进、功能完备、性能可靠的智能化运维要求。

基于故障分量时频突变特征的海上风电直流升压送出线路纵联保护

直流汇集送出系统具有效率高、体积小和无需无功补偿等优点,是未来远海风电场汇集送出的发展趋势。然而,相较于陆上架空线,送出海缆分布电容明显,区外故障时,长海缆分布电容电流使得线路两侧电流具有较大的差异,从而易导致基于暂态量的传统纵联保护误动作。针对该问题,提出基于故障分量时频突变特征的纵联保护原理。通过分析直流送出线路、换流器的暂态电流频率特征,考虑区内外故障时两侧暂态故障电流的频段差异,选择合适的保护应用频段。利用小波变换对故障电流进行时频变换,通过Wasserstein距离构造区内外故障识别判据,解决了区外金属或低阻故障时基于暂态时域量的纵联保护误动作问题。在半实物仿真平台(real-time digital simulation, RTDS)中搭建海上风电直流汇集送出系统模型,对所提保护方案进行仿真验证。仿真结果表明,所提保护方法能够可靠识别区内外故障,保护动作时间小于5 ms,耐受过渡电阻达300Ω,抗噪声能力达20 dB。

海上风电全直流汇集送出系统自适应振荡抑制策略

海上风电全直流汇集送出系统中各DC/DC变换器以串并联形式组网,其控制之间相互耦合,极易诱发直流母线电压振荡。为抑制海上风电全直流汇集送出系统的直流母线电压振荡,提出一种基于直流镇定器的自适应振荡抑制策略。建立系统中各DC/DC变换器的阻抗模型。在风机机端升压端口处并联直流镇定器,通过提取直流电压的振荡频率,自适应地控制输出电流跟踪其参考值,实现输出电流与直流母线的振荡电压分量同频同相,重塑了风机机端升压端口对应谐振频率附近的阻抗。基于所提方法的振荡抑制机理,设计了期望输出导纳系数的取值界限并进行了直流镇定器的容量配置。通过阻抗稳定性分析和PLECS仿真,验证了所提方法抑制系统直流母线电压振荡的有效性。

基于主动电压抬升的光伏全直流汇集与送出系统网侧故障穿越策略

光伏(PV)全直流汇集与送出系统中,高压直流(HVDC)侧发生短路故障导致功率消纳能力下降,光伏无法及时感知故障而功率不变,导致系统过压停运。为解决此问题,提出了一种基于主动电压抬升的故障穿越策略,当高压直流变压器高压侧子模块电压上升到某一水平时,增加中压侧投入的子模块总数以提升中压直流电压,配合具有故障态P-V下垂特性的最大功率点跟踪(MPPT)装置,实现子模块未过压情况下最大功率点跟踪进入限功率模式,实现高压直流变压器端口功率平衡,达到降低子模块过压、完成故障穿越的效果。对所提策略下HVDC变压器子模块过压进行了分析,并仿真验证了策略的有效性和必要性。

远海风电直流汇集送出系统直流线路继电保护技术现状与展望

为适应远距离、大容量的输电场景,远海风电直流汇集送出系统应时而生,其发展呈现出新特征、新趋势,给其直流线路继电保护带来严峻挑战。为此,首先明确了远海风电直流汇集送出系统的组网方式,并阐述了新型系统中直流线路继电保护的特殊性。其次,针对故障分析方法、故障识别原理、故障隔离策略等关键问题,对研究成果进行归纳与总结,厘清现有方法在新型系统中的适用范围。最后,展望了上述关键问题的技术发展趋势,为远海风电直流汇集送出系统的直流线路继电保护技术研究提供支撑与参考。

一种适用于远海风电直流汇集送出换流阀的拓扑及其技术经济性分析

高压直流送出技术是大规模、远距离海上风电开发的重要手段,送出换流阀是其核心装备。基于模块化多电平换流器(MMC)的交流汇集送出换流阀存在成本高、体积和重量大等问题,海上平台工程建设成本高,而基于直流变压器(DCT)的直流汇集送出换流阀有望解决这一问题。首先,通过分析直流汇集送出换流阀的技术特征和可行的拓扑结构,明确了采用容性能量转移型直流变压器(CET-DCT)构成直流汇集送出换流阀,具有成本低、体积和重量小、效率高等特点。然后,进一步将CET-DCT拓扑改进为适用于工程应用的双极拓扑,介绍了所提拓扑的基本工作原理,并搭建了仿真模型和实验平台,仿真结果和实验结果充分验证了拓扑的可行性。最后,与基于MMC的交流汇集送出换流阀拓扑综合对比表明,基于CETDCT的直流汇集送出换流阀技术经济性更好。

特高压交流对四川电网多送出直流输电系统影响评估

雅安—荆门1000kV特高压交流投运后,四川电网将形成全世界独有的特高压交直流混联输电系统。为评估特高压交流投运对四川电网多送出直流输电系统的影响,针对四川电网2012年丰大运行方式,利用多馈入交互作用因子、多馈入运行短路比等评估指标,通过小干扰稳定性分析和仿真分析,对雅安—荆门1000kV特高压交流投运和未投运两种运行方式进行对比。结果均表明特高压投运后能有效提高四川电网三条直流系统的送端交流系统强度,减小送端换流站之间的交互作用,提高系统小干扰稳定性,提高短路电流水平和降低暂态过电压水平。

新疆电网多送出直流输电系统运行特性分析

针对新疆电网±1 100 kV和±800 kV特高压多回直流外送输电系统交互影响的复杂性,基于2015年冬季大负荷运行方式,利用多馈入影响因子(MIIF)、多送出运行短路比(MOSCR)等指标定性分析交直流以及多直流系统之间的影响;在此基础上,利用BPA仿真平台进一步仿真并量化分析了直流故障下系统的稳定性及多直流系统之间相互作用、支援的特性。结果表明:在直流单极闭锁等典型故障下,新疆电网交直流、多送出直流系统之间的交互影响在合理范围内,但双极闭锁等严重工况下存在功角及电压失稳的风险;配套电源支撑是影响电网安全性的关键因素之一;利用多直流的紧急功率支援可提高送端系统稳定性。

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。

基于电流-温度动态映射的新能源直流汇集送出系统串联电弧故障检测

新能源直流汇集送出系统中,汇集支路上的串联电弧故障受电弧自身特性及换流器控制策略约束,无明显电气量特征,传统保护难以动作。为此,该文提出了一种基于电流-温度动态映射关系的直流串联电弧故障检测方法。解析了串联电弧故障的热特性,建立了故障前后线路电流与电缆表皮温度的映射关系曲线,判断故障映射相比正常映射的偏移程度来检测故障。所提判据能够根据新能源出力自适应调整检测阈值,可靠判别串联电弧故障的同时提升检测速度,为串联电弧检测提供新的可选思路。

直流系统紧急功率支援的限制因素分析

为了保证直流系统在紧急功率支援时能有效提升实际输送功率,有必要分析直流系统实际输送功率受直流换流站交流母线电压波动的影响情况。在理论分析时直流系统采用了准稳态模型,然后根据直流系统Ud-Id特性曲线分析得到直流系统的各种可能的运行模式受两端换流站交流母线电压的影响情况,最后针对每种模式计算得到此时直流系统的实际输送功率。仿真结果表明,理论分析得到的直流系统实际输送功率受两端换流站交流母线电压的制约情况与PSCAD/EMTDC中直流系统详细模型的仿真结果一致。研究结果表明,只有两端换流站交流母线电压维持在一定电压水平,才能使直流系统实际输送功率达到紧急功率支援指令值。

风电交直流通道互联电力系统暂态稳定线性变参数鲁棒反馈控制

针对交直流系统中影响暂态稳定电磁转矩和机械转矩平衡控制问题变参数特性,结合大规模风电功率的不确定性,提出了将直流通道功率控制与互联系统内机械功率作为控制目标的互联系统暂态稳定的线性变参数鲁棒反馈控制方法,以提高经交直流风电通道互联的系统的暂态稳定性。针对互联系统暂态过程的强非线性特性,建立了线性变参数模型;根据暂态过程系统出现的功率差额和风电出力不确定度,将系统暂态过程设计为变参数的线性化模型。对线性变参数模型设计H∞鲁棒输出反馈控制器及其在线求解算法。根据线性变参数设计点和鲁棒控制器,提出了互联系统暂态稳定控制策略拓扑及传递函数。应用交直流联络线互联形成的4个等值电网互联系统进行数字仿真,结果表明,文章所提出线性变参数鲁棒反馈控制模型,具有较好的响应特性和暂态稳定控制效果。