计及短路比提升与暂态过电压抑制的含高比例风电送端电网两阶段式调相机优化配置

随着送端电网中大规模风电机组的接入及常规同步机组的置换淘汰,电网短路比水平下降,电压支撑能力削弱,故障时易导致新能源机组暂态过电压而发生脱网事故。面向含高比例风电的送端电网,研究综合计及短路比提升和暂态过电压抑制的调相机优化配置方法。首先,利用新能源多场站短路比(multiple renewable energy stations’short-circuit ratio,MRSCR)分析了调相机接入对风电场短路比的提升作用,并基于调相机暂态快速无功响应特性揭示了其对风电机组暂态过电压的抑制机理;然后,提出一种同时计及短路比提升和暂态过电压抑制的两阶段式调相机优化配置策略,第一阶段以风电场短路比提升为核心约束优化配置调相机位置与基础容量,第二阶段以暂态过电压安全为关键约束进行调相机配置容量修正,并引入量子遗传算法(quantum genetic algorithm,QGA)进行优化求解。最终,基于PSD-BPA在含高比例风电的送端电网进行算例分析,验证了所提出的调相机优化配置方法能够显著提升风电机组多场站短路比水平并有效抑制风电机端暂态过电压。

HVDC送端系统振荡引发受端换相失败的机理分析

高压直流输电系统送、受端存在电气耦合及两端的控制配合,因此,送端振荡可通过系统控制逻辑、电气量及控制量变化等影响受端系统的运行状态,增加了受端换相失败的风险。现有工作主要研究了送端大扰动引发受端换相失败的现象与机理,通过对标准直流系统进行小信号分析,发现直流系统中存在低频频段的固有振荡频率,一旦交流系统发生相近频段的振荡,将可能诱发直流系统共振。在此基础上,首先分析共振引起系统电气量以及控制量的波动对换相失败的影响,通过HVDC的准稳态方程分析共振后直流电流上升导致关断角下降,进而引发首次换相失败的机理;然后从两端的控制系统出发,研究逆变侧控制切换引发后续换相失败的机理;最后对CIGRE直流输电标准测试系统进行验证,并结合换相失败发生机理对换相失败的抑制策略进行了初步讨论。

送端交流系统故障引发逆变侧换相失败机理分析及抑制策略

针对送端交流系统故障恢复期间引发逆变侧换相失败的问题,首先,基于交直流系统无功功率交互作用机理及关断角表达式深入剖析了逆变侧的运行特性,阐明了不同故障严重程度下直流电流上升速度与幅值变化规律,得出直流电流在轻微故障下过大的幅值及严重故障下过快的上升速度是导致换相失败的主要原因。其次,定量计算了不同故障严重程度下的整流器无功消耗量指令值,建立了整流器无功消耗量与直流电流、直流电压的数学关系,据此提出一种基于整流器无功功率控制的换相失败抑制策略。最后,基于PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了理论分析的准确性以及所提抑制策略的有效性。

多类型资源协调的“双高”送端电网频率紧急控制策略

针对大容量直流闭锁下“双高”送端电网调频资源紧缺、稳控切机量大等问题,提出了一种多类型资源协调的频率紧急控制策略。首先,分析直流闭锁后送端电网频率响应过程,整合同步电源、新能源、抽水蓄能、电化学储能、直流调制和稳控切机等事件/响应驱动资源特性,构建了“双高”送端电网频率紧急控制框架和频率响应模型。进而,以直流闭锁后紧急控制代价最低为目标,考虑多元异质资源控制量约束、功率平衡和暂态频率安全约束,建立了多类型资源协调的频率紧急控制模型。最后,基于改进的IEEE RTS-79系统开展了算例测试,仿真结果表明所提模型解算的紧急控制策略能够在满足暂态频率安全要求的同时协调各类资源,且能够有效避免直流闭锁后新能源高频脱网。

计及新能源利用率的“双高”送端电网电化学储能优化配置研究

随着以光伏、风电为代表的可再生能源占比的提升,由于新能源出力的波动性、随机性等特性产生弃风、弃光现象。提出了一种计及新能源利用率的“双高”送端电网电化学储能优化配置模型,采用新能源波动率指标进行储能选址,并采用跟踪中心轨迹内点法对储能容量进行求解。最后基于张北地区历史出力数据进行仿真,确定了不同新能源利用率及不同充放电时间所需的最小储能,最后绘制出新能源利用率与储能容量的关系图。研究表明,该优化模型可以提高含高比例新能源送端电网的新能源利用率,为大规模储能投入电力系统奠定了基础。

送端电网新能源承载能力研究

随着“碳达峰、碳中和”及构建以新能源为主体的新型电力系统战略目标的提出,国家将大力促进新能源的发展,西北部地区作为国家重要能源基地和“西电东送”重要送电端电网,“双高三低”特性明显,其新能源承载能力的研究显得尤为重要。针对送端电网,提出一种考虑多种影响因素的新能源承载能力综合评估方法,依托综合仿真试验研究系统,统筹考虑常规机组开机水平、调峰能力(旋转备用容量)、负荷水平、断面潮流及新能源消纳优先级等实际运行因素,在满足电网安全稳定约束、电力平衡约束条件下,利用时域仿真法求得新能源承载能力,实现多种影响因素的解耦分析。通过对比论证,提出制约送端电网新能源承载能力的主要影响因素及对应承载规模,并提出新能源承载能力提升措施。

HVDC送端交流系统故障引起换相失败的机理分析

通常认为高压直流输电(HVDC)的换相失败是由受端交流系统或换流阀故障引起,但工程实践中发现,送端交流故障同样可能引发逆变器的换相失败。目前,针对此类换相失败的研究较少,且大多局限于传统的母线电压幅值特征,对其机理研究不够深入。鉴于此,首先通过分析故障后的交直流系统响应,指出与一般受端故障不同,送端交流故障引发的换相失败发生在故障切除后的恢复阶段,且受端母线电压幅值大小不是其关键因素。在此基础上,对故障切除后的受端母线电压相位特性进行剖析,得出有功功率的恢复会导致受端母线电压相位前移,进而压缩关断裕度并造成触发延迟。进一步地,在不同故障程度下分析了系统换相失败过程对应的触发指令与直流电流的变化。结果表明,当送端故障相对轻微,受端保持定关断角(CEA)控制时,相位前移及突增的直流电流是导致逆变器换相失败的主要原因;而在送端故障程度加深,受端切换至定电流(CC)控制后,相位前移是换相失败的主要原因。最后,基于CIGRE标准模型,仿真验证了分析的正确性。

考虑新能源集群接入的送端电网电压频率控制优化模型

随着大规模新能源发电资源集群接入电网,送端电网受到新能源出力波动、输电线路故障、发电机组投切等大扰动所造成的电网电压、频率波动问题愈加严重。为此,文章提出一种考虑新能源集群接入的交直流送端电网电压、频率控制优化模型。首先,深入研究西北地区送端电网发生故障后的电压、频率变化特性,分别从送端电网频率响应、暂态电压稳定裕度、暂态电压恢复速率指标3个方面对含大规模新能源发电集群接入的送端电网运行特性进行研究;然后,以交直流送端电网的总调节控制成本最优为目标,并考虑送端电网潮流、暂态电压和频率等约束条件,建立交直流送端电网电压、频率控制优化模型,并采用改进差分进化算法进行求解;最后,选取西北某地区电网数据,搭建仿真模型验证该方法的有效性。

考虑功角稳定与暂态过电压的新能源送端电网储能系统优化配置模型

随着可再生能源装机容量在清洁低碳型电力系统建设背景下不断增加,为缓解可再生能源规模化给新能源送端系统带来的功角稳定与暂态过电压问题,保障交直流外送电网安全稳定运行,文章提出了一种考虑功角稳定与暂态过电压的新能源送端电网储能系统优化配置模型。首先,基于新能源送端系统的储能系统模型,研究储能系统接入含可再生能源的外送电网对功角稳定与暂态过电压的影响;然后,以储能系统综合成本最低、新能源功率波动平抑效果最好、新能源利用效率最大为目标,建立新能源送端电网储能系统优化配置模型,并进行求解;最后,通过实际电网情况进行仿真验证,结果表明,文章所提储能系统优化配置模型具有一定的合理性。

基于直流短路比的交直流系统送端暂态过电压评估指标研究

交直流系统发生直流闭锁故障与三相短路故障时,系统送端母线会产生暂态过电压。为此,提出了一种利用系统短路比推导的暂态过电压评估指标。首先,分析了送端母线过电压机理,推导出系统发生故障后送端母线暂态过电压的计算方法,结合系统短路比提出了过电压评价指标;其次,分析利用过电压评价指标,量化评估交直流系统发生故障后送端母线暂态过电压幅度。最后,利用某实际电网数据验证了所提指标的有效性,利用该指标可衡量交直流系统送端母线处暂态过电压水平。

连接孤岛风电场的混合直流系统对送端电网的频率控制方法

由于部分直流输电系统的送端交流电网容量规模较小且风电占比较高,存在频率控制能力差的问题,因此直流系统参与送端电网调频具有现实意义。文章提出了一种连接孤岛风电场的混合直流系统对送端电网的频率控制方法,使混合直流系统与风电场共同支撑送端系统频率,并针对在接入电网的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)满载运行时,混合级联直流系统因风电场参与调频而降低传输直流电流的问题,提出了混合级联直流系统在换流器重载运行下的改进频率控制,以提高在此工况下的频率调节能力。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台建立相应的仿真模型,验证了所提频率控制方法的有效性。

送端电网省份开展需求响应的现状分析及建议

送端电网省份一方面需要平衡其内部高速增长的负荷和新能源,另一方面还要满足向外输电的需求。因此,送端电网调节能力的不足使得送、受两端电网的运行经济性和稳定性都受到了挑战。电力需求响应是提高电力系统调节能力的重要手段,能够有效削峰填谷和缓解电力供应紧张。目前我国需求响应工作已经在许多电网受端地区开展,但是我国开展需求响应的送端电网省份还较少。针对上述问题从负荷高速增长、高比例新能源接入、存在电力供应紧张风险和省间电力传输及交易4个方面入手,分析送端电网省份面临的部分问题,探讨开展需求响应的意义和必要性。此外,从市场配套机制发展路径、构建需求响应方案和制定需求响应预案机制3个方面提出一些建议,为送端电网省份需求响应的开展提供借鉴和参考。

国网宁夏电力:“宁电入湘”送端站5条线路迁改完成

2023年8月9日,国网宁夏电力有限公司330 kV枣凯Ⅰ线迁改工作全面完成并正式投运,标志着“宁电入湘”工程送端站中宁换流站站址区域内5条须迁改线路全部完成迁改施工,为中宁换流站“四通一平”工程和换流站本体工程开工创造了条件。

国网宁夏电力:“宁电入湘”送端站5条线路迁改完成

2023年8月9日,国网宁夏电力有限公司330千伏枣凯Ⅰ线迁改工作全面完成并正式投运,标志着“宁电入湘”工程送端站中宁换流站站址区域内5条需迁改线路全部完成迁改施工,为中宁换流站“四通一平”工程和换流站本体工程开工创造了条件。

含高密度风电、交直流送端电网直流闭锁故障稳控方案研究

基于新疆电网2014年底网架结构，为了保障含高密度风电、交直流送端电网的稳定运行，当±800kV特高压直流输电系统发生双极闭锁故障时，提出综合考虑新疆网内火电、哈密地区风电及直流配套电源，协调优化切机不平衡量的稳控方案，分析不同稳控方案对于含高密度风电、交直流混联系统运行电压的影响。研究结果阐明在满足新疆网内安全约束下，稳控风电切机量在20％～80％及优先切网内无功出力较大的火电机组、保留直流配套电源部分机组运行有利于系统稳定。该稳控方案对提高±800kV特高压直流送端系统的稳定运行及减小高密度风电地区电压稳定性具有重要的参考价值。

含高渗透率风电的送端系统电网暂态稳定研究

对含高渗透率风电的送端电网系统暂态稳定性进行了研究。从理论上分析了变速恒频机组模型结构及其对电网暂态稳定性的影响;应用风电场短路试验的实测数据验证了仿真模型及仿真数据的准确性;仿真分析了不同运行方式、不同故障位置、火电与风电不同配比条件下对系统暂态稳定性的影响,提出了针对送端系统外送线路稳定水平的影响,风电出力的影响要小于火电机组,而针对送端电网内部火电厂出口线路的稳定水平主要取决于火电厂本身,而风电出力对其的影响还要受网架结构、运行方式等因素影响。

多回直流换相失败后送端三机群系统稳定机理及影响因素研究

在电网"强直弱交"新形势下,直流送受端交流系统之间的相互影响逐渐突显,需要开展多回直流换相失败后送端三机群交流系统的稳定机理和影响因素研究。文章推导了三机系统的转子运动方程,根据2个稳定模式固有的周期比例关系实现了解耦,采用等面积法则分析了多回直流换相失败后的送端三机群系统稳定机理,并分析了机组转动惯量、换相失败形式、换相失败范围等关键因素对送端三机群系统稳定性的影响,最后采用三机等值系统算例和"三华"实际系统算例进行了验证。研究表明,送端三机群系统2个稳定模式之间的耦合作用将使得系统的稳定性变差。文中研究将直流功率扰动后送端两机系统的稳定机理扩展到三机系统,可以为电网实际运行提供依据和参考。

向无源网络供电的MMC-HVDC送端交流故障穿越策略

向无源网络供电的模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统的送端交流系统发生故障时,功率传输的不平衡会使MMC-HVDC直流电压严重跌落直至系统崩溃。首先分析了送端交流系统发生故障时MMC电容放电的机理,然后设计了一种向无源网络供电的MMC-HVDC送端交流故障穿越策略,该策略的核心思想是在送端故障期间降低无源网络吸收的功率从而使MMC-HVDC直流侧功率尽量平衡。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了向由感应电动机和静态特性负荷组成的无源网络供电的MMC-HVDC系统,验证了送端系统故障时MMC电容放电机理。仿真结果表明,在所设计的故障穿越策略的作用下,MMC-HVDC在送端交流系统故障期间能够遏制直流电压跌落而保持稳定运行,提高了系统的故障穿越能力。

发电机励磁辅助控制功能对特高压直流送端动态无功支撑能力的影响研究

发电机励磁调节器的精确建模是分析发电机无功支撑能力的基础。针对现有研究中缺乏考虑发电机励磁辅助控制功能对直流近区发电机动态无功支撑能力的影响这一不足之处,分析了发电机过励限制、低励限制、定子电流限制、最小励磁电流限制等励磁辅助控制功能对直流近区发电机无功特性、换流站母线电压的影响。实际特高压直流送端大电网仿真计算结果表明,发电机低励限制和最小励磁电流限制考虑与否会影响特高压直流送端暂态、稳态过电压水平,发电机过励限制、定子电流限制会影响特高压直流送端长期低电压的动态过程。发电机励磁辅助控制功能的考虑与否对于特高压直流送端近区电网的电压稳定、功角稳定分析结果有重要的影响。建议在特高压直流送端稳定分析中,发电机励磁模型采用包含各个辅助控制功能的详细励磁模型。

送端弱系统对特高压直流工程调试和运行的影响

特高压直流系统输送容量大、无功消耗大、控制复杂,而弱送端系统网架和电源构成简单,直流故障或扰动给电网运行控制带来诸多问题,分析特高压直流工程弱送端系统在电网安全稳定运行、直流启动与功率升降、过电压、机网协调等方面诸多问题,给出了相应的控制策略,并结合复奉特高压直流工程系统调试情况提出了弱送端系统特高压直流工程调试项目优化、电网运行方式和稳定控制措施、电压/无功控制、直流线路保护配置等方面需注意的问题及相应控制措施,同时分析了在特高压直流工程弱送端系统运行时的一些其他现象,文中结论对特高压直流工程规划、建设和运行具有一定的指导意义。