交直流混联电网LCC-HVDC换流器建模方法综述

交直流电网混联,大规模电力跨区输送成为我国电力系统的主要特点。电网换相换流器型直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)是我国交直流混联电网的主要组成部分,为实现交直流混联电网快速、准确仿真,该文对现有的LCC-HVDC换流器建模方法进行了分析与总结,对其优缺点进行评述,并根据作者观点,提出可进一步研究的内容:在仿真规模较大的交直流混联电网时,可用开关函数对LCC-HVDC进行建模,但模型准确度需要提升;多条LCC-HVDC输电线路的仿真可使用换流器级别模型与换流阀级别模型进行组合仿真;不同精细程度模型之间的数据接口要进行优化设计。

基于ADPSS的含背靠背MMC-HVDC系统的交直流电网机电-电磁混合仿真研究

基于模块化多电平换流器的背靠背柔性直流输电系统(back to back modular multilevel converter based high voltage directcurrent,Back-to-BackMMC-HVDC)可实现区域电网的异步互联,提高电网可靠性。为更好地研究背靠背MMCHVDC接入后的交直流系统互耦特性,需建立兼顾区域电网仿真效率与精确模拟MMC-HVDC系统动态特性的交直流混合模型。研究了MMC-HVDC运行原理与控制策略,基于电力系统全数字仿真装置(advanceddigitalpowersystem simulator,ADPSS)搭建含背靠背MMC-HVDC系统的交直流电网机电-电磁混合模型。通过仿真对比,验证了上述MMC-HVDC电磁暂态模型及其控制系统的正确性;基于混合模型进行了交直流电网机电-电磁混合仿真研究,并与对交流大电网进行等值简化后的纯电磁模型进行对比分析。结果表明,与将交流电网等效为理想电压源加等值阻抗的纯电磁暂态模型相比,混合仿真模型可更好地体现交流系统特性,更贴近实际工程,为研究交直流互联电网提供了较好的参考。

含LCC-HVDC的交直流混联电网统一谐波状态估计方法

基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)输电系统的大量应用使交直流混联电网谐波与谐振问题日益突出。谐波状态估计是电网谐波治理的前提,但是现有研究主要着眼于交流电网,即使考虑直流系统,也仅将其视为谐波电流源,不能实现计及交直流系统间谐波相互作用的统一谐波状态估计。为此,基于广域宽频同步监测系统,首先将含LCC-HVDC的交直流混联电网视为一有机整体,建立其统一谐波状态估计模型,有效地反映交直流系统间的谐波相互耦合关系;其次,提出计及经济性、冗余度和鲁棒性的宽频同步相量测量单元综合优化配置模型及其分阶段求解方法,提高了优化配置的科学性和计算效率;再次,采用抗差最小二乘法,求解含LCC-HVDC的交直流混联电网的统一谐波状态估计值;最后,基于PSCAD/EMTDC建立了交直流混联电网仿真模型,仿真结果验证了所提方法的有效性和准确性。

基于混合储能的VSC-HVDC在风电功率平衡中的研究

风能是一种间歇式的能源,大规模风电并网对电网的发展有重要意义,但对并网技术提出了更高的要求。根据柔性直流输电系统的数学模型,应用DC/DC变换器控制储能装置与电网系统功率的双向流动。送端换流站的解耦控制器实现了风电场输出功率的独立控制,受端换流站则采用储能装置充放电功率偏差值,以作为直流电压控制器附加信号的控制策略。在Matlab/Simulink平台对风电场经有源型柔性直流输电系统接入电网进行仿真分析,结果表明该方案能保持受端交流母线功率稳定。

基于模糊混合储能控制的VSC-HVDC在风电中的应用

在接入风电的两端柔性直流输电系统中,采用模糊PI控制方法对混合储能单元的充放电过程进行精确管理,使能量型和功率型储能元件的功率合理分配,平抑风电功率波动对电网稳定性的影响。最后借助柔性直流输电系统送受端换流器控制策略,将风电功率传输到电网。在Matlab/Simulink平台对风电场经有源型柔性直流输电系统接入电网进行仿真分析,结果表明该方案能保持受端交流母线功率更加稳定。

含有多馈入直流的交直流混合电网高压直流建模研究

讨论了目前研究交、直流混合电网时在直流建模方面存在的模型过度简化及模型选用不恰当问题;分析了稳定性研究中直流建模的一般方法,指出了简单模型、响应模型和详细模型的基本特征;基于NETOMAC环境,以中国南方电网为原型对改进的直流响应模型和直流详细模型进行了建模和仿真对比研究,分析了两种模型的优、缺点和适应性;对含有多馈入直流且直流落点邻近的南方电网,探讨了现有HVDC建模方法在研究大扰动下交直流相互影响及直流换相失败对邻近交直流系统的影响方面存在的明显不足。从基于动态相量法计及电压畸变的新直流相量模型研究和基于机电/电磁暂态模型的交直流混合仿真算法研究两个截然不同的角度提出了可行的直流建模研究思路。研究成果为含有多馈入直流的交直流混合电网的安全稳定分析提供了建模依据和参考,也为仿真分析多直流逆变站的连锁换相失败问题提供了新的解决思路。

直流调制抑制南方电网区域功率振荡的研究

通过分析南方电网的区域功率振荡模式以及对采用不同直流调制方式的系统进行时域仿真,设计了可以有效抑制南方电网内区域功率振荡的直流调制控制器,并将其应用于贵广直流工程中,从而提高了南方电网交直流并联系统运行的稳定性。

南方交直流混合电网区域振荡的协调控制策略

针对南方电网弱阻尼区域振荡模式的抑制问题,在分析了电力系统稳定器(PSS)、直流阻尼调制的控制机理及其控制效果的基础上,考虑到南方电网近距离直流多落点的特点,提出了一种PSS和直流阻尼调制的协调控制策略。在该策略中,结合模式可控性指标首先进行相关控制点的PSS参数优化以抑制直流调制不敏感的模式,在前一层优化的前提下再进行直流阻尼调制控制器的参数优化。这样既能保证二者的协调控制,又能有效地控制优化进程和降低计算量。最后通过仿真计算验证了协调控制策略的合理性和有效性。此工作可为研究近距离直流多落点交直流混合电网的低频振荡抑制问题提供新思路。

直流调制对南方电网交直流混联输电系统暂态稳定裕度的影响

交直流混联输电系统中,直流系统的控制及调制措施对系统的暂态稳定具有重要影响。以南方电网2005年丰大运行方式下,贵广直流单极运行、天广直流双极运行为例,当北通道交流输电系统发生扰动时,研究了直流系统在一定的控制方式下,调制增益的变化对系统暂态稳定裕度及直流系统的影响;分别取北通道功率变化率及南通道功率变化率为调制信号对系统暂态稳定裕度及直流系统的影响;考察了直流系统运行在不同控制方式下时,大方式调制和双侧频率调制等措施对混联系统暂态稳定裕度、送端电网机组及直流系统的影响,研究结果对实际电网运行中直流调制措施的制定具有一定的参考价值。

强直弱交的定义、内涵与形式及其应对措施

交直流混联电网中,交流与直流既相互支撑,同时也相互耦合交互作用,2者结构发展的均衡态势,将会深刻影响电网运行特性。当前,我国电网已基本形成特高压交直流混联新格局,电力工程界与学术界对其呈现出的新特性取得广泛共识,并高度概括为"强直弱交"特性。然而,目前尚缺乏对强直弱交的系统性论述。为此,在回顾交直流电网发展历程的基础上,提出了强直弱交的定义,剖析并阐释了其内涵,指明强直弱交的主要表现形式及其对电网安全稳定运行的威胁。在此基础上,为保障强直弱交型混联电网安全运行,从稳定标准修编完善、交直流混联电网协调发展以及构建大电网安全综合防御体系等3个方面,提出了应对措施的建议。

用于安全稳定控制的高压直流极闭锁判据

交直流并联运行电网中直流极闭锁后引起的安全稳定问题十分突出,如何正确判别直流极闭锁是安全稳定控制系统研究中的重要课题。采用数值仿真方法分析了直流极闭锁对电力系统稳定的影响,指出稳定控制装置必须正确、快速地判出不同形式的直流极闭锁。通过研究直流极闭锁的电气量特征以及直流控制保护系统的动作行为,提出了可靠的直流极闭锁综合判据,并进行了详细的阐述。通过介绍中国南方交直流混联电网安全稳定控制系统核心部分——高肇直流输电安全稳定控制系统,进一步论述了研究直流极闭锁判据及直流极闭锁后稳定控制的重要性。

高比例可再生能源接入条件下的输电骨干网架结构探索

近年来,我国可再生能源发电得到了飞速的发展,每年新增的电力装机中,新增可再生能源电力装机已经超过50%以上。同时,可再生能源电力的上网电价持续下降,已经初步实现了平价上网。在不远的将来,可再生能源电力的上网电价将会继续下降,可再生能源成为主导能源的时代即将到来。由于可再生能源具有时变性、不可调度、地理上不可平移的特点,加之广域范围内的可再生能源具有较强的时空互补性,采用合理的输电网结构是实现高比例可再生能源接入的重要手段之一。本文针对我国可再生能源资源和负荷分布特点,提出了一种新的输电骨干网架结构,可以充分利用可再生能源的时空互补性,以降低对储能和旋转备用的需求。

全数字实时仿真装置与物理仿真装置的功率连接技术

为了适应特高压交直流混合电网在规划、设计、建设、运行等各个阶段实时仿真研究的需要,充分发挥直流输电物理仿真方法真实准确及全数字实时仿真装置可模拟大规模电网且仿真模型可重复利用的特点,采用分布参数线路解耦方法实现了全数字实时仿真装置与物理直流仿真装置的功率连接技术,采用该功率连接技术搭建了简单交直流电网的数模混合仿真模型。直流启动试验和系统故障仿真试验结果均表明,该技术具有较高的仿真精度和实用性,适用于对交直流并列运行电网进行实时仿真研究。

含多回物理直流仿真装置的大电网数模混合仿真建模及研究

为了对特高压交直流复杂电网进行仿真研究,采用基于输电线贝瑞隆模型的功率连接接口技术,连接全数字实时仿真装置HYPERSIM和高压物理直流仿真装置,建立了相应的数模混合仿真系统平台。仿真试验基于2015水平年特高压规划电网,以华东直流多落点地区为研究对象,搭建了包含16回直流输电系统的模型,其中2回为物理直流仿真装置的大规模数模混合仿真试验模型。试验结果表明,华东直流多落点地区发生的交流系统短路故障,会引起多回落点华东直流发生换相失败,但不会发生连续的换相失败并进而闭锁,系统能够保持稳定。仿真结果表明物理直流仿真装置对数字侧故障响应正确,验证了数模混合仿真研究的有效性。

混联式直流电网的协调控制策略

为解决传统电网换相高压直流输电与电压源换流器高压直流输电在直流电网中的混联问题,针对一种新型的混联直流输电系统进行了研究。该系统是整流侧采用模块化多电平换流器、逆变侧采用晶闸管换流器的四端双极混联直流电网。推导了该系统稳态时的数学模型,针对其逆变侧易发生换相失败的问题,设计了新的抑制换相失败的协调控制策略。在整流侧换流站中通过低压限压和低压限功率控制的配合,抑制逆变侧故障电流的增大,从而减小换相失败发生的概率。在PSCAD/EMTDC中对该混联直流电网的稳态和暂态特性进行了仿真分析,仿真结果证明了所提控制策略的有效性。

交直流同塔多回输电线路导线布置方式与走廊宽度研究

交直流同塔线路混合电场是决定导线对地高度和走廊宽度从而进行线路优化设计的重要因素。由于其地面横向分布是交流分量和直流分量共同作用的结果,因此其分布特性与两者的叠加和分布特点有着密切的联系。以两回330 k V、750 k V交流线路分别与单回?1100 k V直流线路同塔架设为例,分析了交流线路在不同布置方式与相序排列方式下地面混合电场的分布特性与规律,并据此计算了导线对地最小高度和走廊宽度。结果表明,根据混合电场交、直分量的横向衰减特性,从走廊中心向外,地面混合电场可分为交流分量占主导的"交流区",交、直流分量比例相当的"混合过渡区"以及直流分量占主导的"直流区",为保证地面交、直流分量"错峰"布置,两回交流线路应采用垂直或倒三角排布方式,此时导线最小对地高度按照交流线路单独运行时的情况设计即可。当交流为750 kV线路时,走廊宽度主要由交流电场控制;交流为330 kV线路时,走廊宽度则由交直流电场分量共同控制。最终推荐采用垂直排布的相序6和倒三角排布的相序4两种布置方式。

舟山多端柔性直流输电示范工程典型运行方式分析

舟山多端柔性直流输电示范工程是世界范围内首个五端柔性直流输电工程,在不同条件下运行方式复杂多变。首先简要介绍了舟山交直流混联电网特点及示范工程定位;然后分析了示范工程典型运行方式和部分高级功能,如多换流站协调控制功能、联网模式与孤岛模式平滑切换等功能;最后介绍了示范工程现场试验和实际运行情况。运行实践表明,示范工程运行方式灵活,显著提高了舟山电网特别是舟山北部电网供电可靠性,经济效益和社会效益显著。

采用区域分解法与高阶单元的交直流同塔线路混合电场计算

交直流线路同塔架设运行是解决电力输送时部分地区通道紧张问题的一种有效解决方案,电磁环境是其可行性分析中的一项重要问题。基于稳态求解方式,采用区域分解法对整个区域分块求解。在导线附近的区域利用2阶三角单元计算以提高电场求解的精度,在远离导线附近的广大区域则采用1阶单元,通过D-N交替法实现各子区域的耦合计算。此外,基于导线电晕的U-I特性曲线,提出一种新的导线表面离子密度更新策略,通过电压而非电场强度修正离子密度,导线表面电场强度直接服从Kaptzov假设。仿真结果与以往结果进行了对比,验证了算法的合理性和有效性。计算结果表明,采用基于区域分解的稳态求解方式可以用于快速预测交直流同塔线路的地面混合电场直流分量。

大规模高压交直流混联电网安全监控方案探讨

讨论了大规模高压交直流混联电网安全问题的特性、电网安全三道防线的功能和相互关系以及电网的安全控制策略。根据对电网大停电事故过程的调研以及对电网故障的仿真计算结果,讨论了电网现有安全防御系统存在的问题以及大规模高压交直流混联电网对新一代电网安全防御系统的需求。在上述工作的基础上,提出了构建大规模高压交直流混联电网安全监控系统的新方案。该方案的功能涵盖了电网常态调控以及紧急状态安全控制2个方面,是一个智能化的综合性电网安全控制系统方案。

基于PWM-CSC的混合直流输电系统电网故障穿越策略

研究了一种整流侧采用传统电网换相换流器(LCC)、逆变侧采用脉宽调制型电流源换流器(PWM-CSC)的混合直流输电系统。为了降低开关频率和提高系统故障响应性能,提出了电网正常运行时采用特定谐波消除法(SHE)调制和电网故障时切换为正弦脉宽调制(SPWM)的调制策略。分析了电网故障情况下逆变侧PWM-CSC在αβ两相静止坐标系下的数学模型,提出了一种基于比例谐振控制器的控制策略并对控制器参数进行了设计,实现了负序电网电流的抑制和单位功率因数运行。此外,给出了电网故障情况下系统传输的最大有功功率的计算方法。在PSCAD/EMTDC中搭建了400 kV/1250 MW的单极混合直流输电系统仿真模型。仿真结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。