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。

基于特征匹配的暂态稳定紧急控制策略快速生成

“在线计算、实时匹配”的紧急控制模式是降低控制策略失配风险的有效途径和技术发展趋势。为进一步提高在线紧急控制策略生成的快速性,提出了一种基于特征匹配的暂态稳定紧急控制策略快速生成方法。借助扩展等面积准则对暂态稳定性以及电网故障下轨迹时变程度的量化分析能力,综合利用电网暂态稳定轨迹特征和稳态潮流关键特征量,建立运行方式特征量匹配指标,在历史方式中匹配最接近方式,实现紧急控制策略的快速生成,通过校核验证后下发装置执行。最后,基于实际电网验证了所提方法的有效性。

基于多状态量特征的电网安全稳定紧急控制策略制定方法

高比例新能源大电网的运行方式呈现强不确定性和强非线性,利用单一状态量作为方式字(如断面功率)制定的紧急控制策略失配风险愈发增加。基于扩展等面积准则量化分析理论,分析了节点功率注入空间变化引起主导模式稳定性变化及紧急控制策略失配的机理,提出了一种从海量节点功率注入空间中获取影响策略失配的主导特征挖掘方法。基于主导特征的暂态稳定参与因子,通过主导特征量的分群聚合,提出基于多状态量特征的紧急控制策略扩展方式字确定方法。通过扩展紧急控制策略方式字,降低离线紧急控制策略失配风险,提高紧急控制策略的适应性。最后,以实际电网的算例验证了所提方法的有效性。

连续换相失败对大电网功角稳定影响分析

连续换相失败对交直流大电网的安全稳定运行存在严重威胁,容易引发跨大区电网的连锁故障。采用理论分析和实际电网仿真相结合的方式研究连续换相失败对交流系统功角稳定性的影响。首先从交直流系统无功功率交换的角度,分析连续换相失败的形成原因。然后以简化的三区域交直流互联系统为例,基于等面积法则分析连续换相失败过程中交流系统同步发电机相对功角的变化情况。最后,仿真分析当绍兴换流站发生连续换相失败时,送端电网和受端电网功角变化情况。仿真结果表明,连续换相失败在短时间内对交流系统造成多次能量冲击,长时间的连续换相失败会造成交流系统功角失稳。

计及阻尼特性的构网型并网逆变器暂态同步稳定性分析

构网型并网逆变器(GFM-GCI)可以为电网提供电压和频率支撑,有利于提高电网稳定性。首先,针对GFM-GCI的暂态同步稳定问题,在考虑阻尼特性的基础上采用等面积法则,从能量角度定性分析GFM-GCI控制参数对暂态同步稳定性的影响机理。然后,采用摄动理论中的多尺度法得到功角非线性二阶微分方程的显式解析解,定量分析控制参数对GFM-GCI暂态同步稳定性的影响。接着,基于解析解和暂态同步稳定边界,给出一种面向GFM-GCI暂态同步稳定的控制参数设计方法,所提控制参数设计方法与现有传统暂态分析方法相比,保守性更低。最后,通过仿真和实验验证了理论分析、解析模型与所提控制参数设计方法的有效性。

新能源场站分布式同步调相机暂态功角失稳形态及机理

在新能源场站配置同步调相机是提升新能源送出能力的有效措施,但也给系统带来了暂态功角失稳的风险。首先,通过网络化简,建立新能源场站同步调相机暂态分析数学模型。然后,分析新能源动态影响下同步调相机的暂态功角失稳形态,基于等面积定则解释其失稳机理并提出暂态失稳判据。最后,通过实际新能源送出系统的简化模型和IEEE 39节点改进系统仿真验证了理论分析的有效性。结果表明,无论新能源低电压穿越控制深度高低,新能源场站附近部署的同步调相机均有暂态功角加速失稳的风险,需要在新能源送出系统的配置规划及运行控制中予以考虑。

面向暂态功角稳定提升的水光互补发电系统紧急切机控制

我国西南地区水电和光伏资源丰富,利用水光资源的互补特性,促进清洁能源的高效消纳,是实现“双碳”目标的有效途径之一。水电资源一般集中于偏远地区,长距离输电导致其与主网连接较弱,暂态功角稳定问题较为突出,水光互补系统中高比例光伏发电的接入进一步增加了系统暂态稳定问题的复杂性。然而当前光伏发电对互补系统暂态稳定影响机理尚不明晰,且缺乏基于定量计算的紧急切机控制方法。为此,首先建立了水光互补系统的等效功角曲线,详细分析了光伏接入前后系统的加减速面积变化情况。在此基础上,基于等面积法则提出水光协调的3种紧急切机控制方法,并根据综合评价指标选取优化切机方案。最后,基于单水单光-无穷大系统及四川省某县水光互补系统验证了所提方法的有效性。研究结果有助于推动解决新能源电力系统中新能源机组和同步机的切机量定量计算缺乏数学理论指导这一难题,能够提升水电和光伏的消纳与送出能力。

虚拟同步机孤岛并联系统暂态同步稳定性分析

针对虚拟同步机孤岛并联系统暂态失稳机理不明且传统等面积法则定量计算保守性强的问题,提出了一种考虑阻尼缩放的改进等面积法则。该方法运用等面积法则,将阻尼项抵消的不平衡功率缩放为对功角可积项,可定量计算虚拟同步机控制参数对并联供电系统极限切除角和极限切除时间的影响。研究结果表明,虚拟同步机的虚拟阻尼对暂态稳定性影响较大。虚拟阻尼与极限切除角和极限切除时间呈正相关;虚拟惯量与极限切除角呈负相关,与极限切除时间呈正相关,在系统容量充足的情况下应优先考虑提升虚拟阻尼。另外,初步探索了计及虚拟同步发电机过流保护的多机并联系统暂态同步稳定性研究思路,并分析了所提方法在多机系统中的适用性。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了理论分析和所提方法的正确性。

基于PLL同步的弱连接VSC在严重电网故障下的解析注入电流稳定域构建

针对弱连接条件下锁相环同步电压源变流器WG-VSC(weak grid connected voltage source converter)系统的暂态同步稳定问题,首先建立了适用于分析WG-VSC系统在严重电网故障期间的锁相环同步暂态稳定问题的等效转子摇摆方程模型。然后利用改进的等面积定则I-EAC(improved equal area criterion)揭示了弱连接条件下VSC并网系统在严重电网故障下的暂态同步失稳机理;在此基础上,给出了系统在严重电网故障等大扰动下的保证系统暂态稳定的注入电流暂态稳定域的解析边界,为故障期间注入电流策略的制定提供了理论依据。最后,在PSCAD/EMTDC搭建了WG-VSC系统的详细开关模型,仿真结果验证了等效转子摇摆方程模型以及注入电流稳定域的有效性。

新能源场站分布式同步调相机暂态功角稳定性影响因素分析

针对新能源场站同步调相机的暂态稳定性问题,分析其影响因素并揭示其影响机理,是研究稳定控制方案、提升稳定能力的关键。基于新能源送出通道发生单相故障后非全相运行的典型场景,采用等面积准则分析了电气距离、同步调相机惯量和新能源控制策略等关键因素对同步调相机暂态稳定性的影响,并在某新能源送出系统、含新能源和调相机的IEEE 39节点修改系统中进行了仿真验证。结果表明,新能源功率大规模、长距离输送,以及采用深度低电压穿越控制策略会对调相机的暂态功角稳定性产生不利影响;调相机惯量越大,其暂态功角稳定性越强;随着新能源有功出力恢复速率的减小,调相机功角稳定性呈现先降低后提升的趋势。此外,通过比较不同约束下新能源功率送出极限可知,增设同步调相机可以显著提升以电压安全或短路比为约束的新能源功率送出极限,但调相机功角稳定性约束也将成为限制新能源送出能力进一步提升的新瓶颈。

基于系统拓扑动态调整的短路电流抑制措施对系统暂态功角稳定性的影响研究

随着电网的发展,网架结构不断加强,交流系统短路容量逐步提高,短路电流超标问题日渐突出,需要合理控制系统的短路电流水平。基于系统拓扑动态调整的短路电流抑制措施,通过在故障期间快速动态改变系统拓扑结构达到限制短路电流的目的。该文以500kV和220kV典型接线为例,研究3/2接线与双母线接线的母线分段开关采用抑制措施后,对系统暂态功角稳定性的影响。根据理论及仿真分析得出,基于系统拓扑动态调整的短路电流抑制措施在有效减少短路电流的同时,对系统的暂态功角稳定性有一定的影响,实施中需要针对实际系统进行具体仿真分析。

电力系统暂态稳定实时紧急控制的研究

提出了一种新的实时控制紧急方案: 在相量测量系统(PMU)和光纤通信的基础上,假设发电机的功角、转速及功率能够实测且可近乎实时地传输到控制中心,利用这些信息和扩展等面积准则(EEAC)的思想快速进行暂态稳定预测和分析,并纳入广义预测控制理论的思想框架;指出暂态稳定实时控制的实质是对电力系统进行闭环的滚动控制。该方案可应用于任意复杂的故障场景和任意细节的电力系统元件模型,能够克服某些预想不到的事故造成的不匹配及带来的连锁反应。仿真结果表明该方案具有良好的应用前景。

风火打捆交直流外送系统功角暂态稳定研究

风火打捆交直流外送是未来千万千瓦级风电能源基地电力外送的重要方式之一,亟需掌握风火打捆交直流外送系统的稳定特性及其机理。文章分析了不同风电比例和不同直流控制方式下系统的暂态功角稳定特性,探讨了风电、火电和直流系统间的交互作用,并基于扩展等面积(extendedequal-area criterion,EEAC)理论分析了送受端机组惯量对系统功角暂态稳定性的影响机理。结果表明:在受端电网为无穷大系统的场景下,系统暂态功角稳定性随风电比例增加而改善;在送受端机组惯量可比场景下,存在最优风电与火电配置比例,使得系统暂态功角稳定性最好。

双馈风电机组故障行为及对电力系统暂态稳定性的影响

由于双馈风电机组具有不同于同步发电机的运行特性,且不同型号双馈风电机组在实现故障穿越时采用不同的控制策略,造成大规模风电并网的电力系统暂态稳定性发生变化。文中通过对双馈风电机组控制特点及故障行为的深入研究,指出双馈风电机组的故障行为由故障穿越运行控制策略决定,并给出其等效外特性。基于等面积定则定性分析了双馈风电机组接入单端送电系统后,其故障行为对系统暂态稳定性影响的机理。在理论分析基础上进行了时域仿真验证,仿真结果表明,故障期间减小双馈风电机组有功给定值、增加无功注入控制比例系数有利于系统的暂态功角稳定性,故障清除后有功恢复控制对系统的暂态功角稳定性影响不大,验证了所提理论分析的正确性。

基于WAMS动态轨迹的电力系统功角失稳判据

分析了广域测量系统(WAMS)实时动态轨迹应用扩展等面积法则(EEAC)方法时所遇到的一些问题;在选取合适观察断面的同时,提出了一种通过构造综合功角来进行分群的新方法。该方法计入了功角曲线的历史信息和未来走势信息,在一定程度上有助于快速准确分群。还根据P-δ轨迹穿越动态鞍点(DSP)时的斜率和功角,提出了一种综合判据以判别当轨迹遇到DSP时是否会真正失稳。仿真结果验证了该判据的有效性,它可以在系统的失稳特征尚不明显时,就及时判别出系统的稳定性,以便于尽早采取解列等控制措施。

以单机等面积稳定判据分析多机系统暂态稳定性

结合时域仿真,提出了多机系统中单机角度加速面积、减速面积与单机时间加速面积、减速面积的计算方法;由发电机转子运动微分方程求解得出的转子角速度的计算公式和对稳定系统与不稳定系统发电机转子角速度变化的观察,得出了多机系统中单机等面积稳定判据。单机加速面积、减速面积的计算中考虑了多机的相互影响,揭示了多机稳定系统中单机加速面积与其减速面积是相等的。提出了临界机组的筛选方法。系统临界机组群单机等面积稳定判据与时域仿真角度准则具有相同的精度,但具有数值积分时间短的优点。

风电比例对风火打捆外送系统功角暂态稳定性影响

目前风火打捆交直流混联外送系统作为一种新型输电方式,其稳定特性研究值得重视。文中基于扩展等面积准则(EEAC),研究了风电比例对风火打捆交直流混联外送系统的功角暂态稳定性的影响。将风电场机械功率和注入电网功率等值为临界群机械功率的增量,推导出系统功角加速度随风电比例变化时的函数,提出该函数为凸函数时应满足的条件。若余下群相对临界群等值惯量为无穷大时,两者相对功角首摆稳定性随风电比例增加而提高;反之,则随风电比例增加先提高后降低。仿真结果表明了文中分析的正确性。

基于静态和动态安全风险的输电规划 (二)计及注入功率的不确定性

与传统电力工业环境相比,市场环境下的输电规划面临的电源建设和需求变化因素更不确定。为了使未来的输电网具有更好的适应性,提出的输电规划模型不仅同时计及了系统静态和动态的安全风险,还考虑了注入功率的不确定性。对该模型给出了基于蒙特卡罗仿真和“先放松约束,再逐条扩展线路”的求解方法,仿真结果验证了其可行性。

大规模风电集中接入对电力系统暂态功角稳定性的影响(一):理论基础

该文作为2篇系列文章的第1篇,旨在从理论上分析双馈风机组成的大规模风电场集中接入对电力系统暂态功角稳定性的影响。首先,根据双馈风机的暂态特性,提出了一种适用于电力系统暂态功角稳定分析的双馈风机简化模型,并讨论了利用直流潮流计算方法研究风电接入前后系统暂态功角稳定变化趋势的合理性。其次,在双馈风机简化模型和直流潮流计算方法的基础上,利用扩展等面积定则分析了双馈风机接入两机系统后系统暂态功角稳定性的变化,提出一种判断风电接入对两机系统暂态功角稳定影响的判据。最后,在双机互联系统中进行仿真,结果表明,提出的判据具有较高的准确率。

交直流互联电网直流功率调制相关问题

研究了交直流互联电网直流功率调制相关问题,包括直流功率调制信号的选择、直流调制控制器的设计及其参数协调优化、负荷特性及低压限流单元对直流功率调制的影响等。针对大方式直流功率调制下,紧急功率支援的投、撤时间掌控问题,引入了最优时间控制理论;针对紧急功率支援的功率提升量、回降量、提升速率、回降速率、支援开始时间,引入了扩展等面积和遗传算法对以上参数进行优化,指出了有功调制有必要和无功调制相结合,最后提出了相关建议和展望。