基于等效电流源的级联混合直流馈入系统强度影响分析

级联型混合直流系统受端的模块化多电平换流器高压直流系统(modular multilevel converter high voltage direct current,MMC-HVDC)和电网换相换流器高压直流系统(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)会因馈入点电气距离较近而存在强相互作用关系。为明确级联型混合直流馈入系统中MMC-HVDC对LCC-HVDC系统强度的影响,提出考虑幅值和相位的MMC等效电流源的简化等效方法,基于所提MMC等效原理将级联型混合直流馈入系统等效成单馈入LCC-HVDC系统,分析等效单馈入系统的参数计算方法,并提出等效单馈入短路比评估指标。最后通过该指标分析归纳了不同控制方式、不同电气距离下等效单馈入系统的系统强度变化情况,即为MMC-HVDC对LCC-HVDC系统强度的影响规律。机理分析和基于PSCDAD/EMTDC、MATLAB的仿真结果表明,所提等效方法具有有效性且所提指标能很好地反应MMC-HVDC对LCC-HVDC系统强度的影响。

基于相对等效短路比的新能源——柔直送出系统振荡风险评估

新能源基地并网系统面临与电压支撑强度密切相关的振荡稳定性问题,在海量运行方式下,逐一建立精细化模型的稳定性分析过程耗时较长。短路比指标可直观反映新能源并网系统的电压支撑强度和稳定裕度,但现有短路比无法适用于无同步机电源的系统。为此,将短路比概念合理扩展至全电力电子化系统,基于戴维南等效网络来度量新能源-柔直送出系统电压支撑强度,进而提出了能快速评估新能源-柔直送出系统振荡风险的相对等效短路比计算方法,并阐明相对等效短路比能够全面考虑新能源场站发电功率、交流网架结构以及新能源设备变流控制系统等多重因素对振荡稳定性的影响,最后通过算例验证了相对等效短路比评估方法的有效性。

基于暂态数据戴维南等值参数辨识的时变广义短路比计算方法

广义短路比能有效反映多馈入直流系统受端交流电网的强度,其计算通常基于直流馈入节点处受端交流电网的戴维南等值导纳矩阵,忽略了交流电网各元件动态对电网强度的影响。本文提出了一种基于暂态数据戴维南等值参数辨识的时变广义短路比计算方法,将隐含系统元件动态特性的端口节点电压与注入端口节点功率作为辨识数据,基于多端口戴维南等值模型与最小二乘法辨识受端交流电网时变导纳矩阵,进而计算出时变广义短路比,准确地反映了系统动态对受端交流电网强度的影响。最后,以单馈入直流系统算例验证了方法的精确性,以某省级电网算例验证了其实用性,分析了负荷动态特性对时变广义短路比的影响。

基于实时戴维南等值参数估计的短路比分析

针对风电接入多场站电力系统暂态稳定问题,依托短路比对系统的暂态稳定性进行判定。首先,建立新能源并网系统等效模型,运用时域仿真的戴维南等值参数法来求解系统暂态的戴维南等值参数;在此基础上,计算交流系统短路容量,推导得出新能源并网系统短路比,并构建短路比与节点电压的代数关系,得到系统短路比关于节点电压的计算式;最后,基于系统最大传输功率计算得出临界短路比,通过对比实现对系统暂态稳定的实时评估。仿真结果表明,基于时域仿真的戴维南短路比计算准确,算法的适应性强。当短路比小于临界短路比时,系统处于特性不稳定区域,反之则处于稳定区域。

构网型储能对新能源多场站短路比的影响分析

新能源多场站短路比(multiple renewable energy stations short-circuit ratio,MRSCR)是衡量电力系统支撑强度的重要指标,构网型储能对提升MRSCR具有重大意义。首先,介绍构网型储能的基本结构,对构网型储能的功率与频率电压的关系进行分析,通过理论推导和仿真结果验证了构网型储能具有虚拟同步发电机特性,可等效为传统电源向交流系统提供短路容量;然后,基于等值阻抗矩阵揭示了构网型储能对MRSCR的影响机理;最后,结合算例验证了构网型储能对MRSCR的提升作用。

适用于多馈入直流系统静态电压稳定分析的综合短路比强度指标

针对过往多馈入直流(multi-infeed line commutated converter based high voltage direct current,MIDC)系统强度指标不能准确反映静态电压稳定的问题,该文研究计及MIDC系统静态电压稳定的强度指标定义方法。首先,在推导MIDC系统潮流分析模型的基础上,定义基于多馈入交互作用因子的等值耦合导纳的概念,等值耦合导纳可定量反映MIDC系统中其余直流子系统对被研究直流子系统的影响;并建立基于等值耦合导纳的MIDC系统单端口等值模型。其次,基于建立的MIDC系统单端口等值模型,提出一种能够准确衡量MIDC系统静态电压稳定的多馈入综合短路比(multi-infeed integrated short circuit ratio,MISCR)强度指标。最后,在不同直流功率增长场景和控制方式组合下的算例分析结果表明,所提MISCR指标比过往强度指标更能准确地衡量MIDC系统的静态电压稳定性。

新能源同步机对新能源多场站短路比的提升作用

短路比作为衡量电力系统静态电压稳定的指标,被广泛应用于高压直流输电和新能源多场站系统的研究中。基于新能源多场站短路比的定义,研究新能源同步机(motor-generator pair,MGP)对新能源多场站短路比的提升作用。首先介绍了MGP系统的基本结构和独特优势,分析了新能源采用MGP并网对系统短路容量的提升作用。然后基于戴维南等值法和支路追加法分别分析了MGP对系统结构和节点阻抗矩阵的影响作用,揭示了MGP对短路比的影响机理,理论推导结果表明MGP能够提升系统的短路比。最后在PSCAD仿真软件中搭建了新能源三场站系统的仿真模型,结合算例的理论计算和仿真结果验证了MGP系统对新能源多场站短路比提升作用,并通过仿真验证了MGP对暂态低电压和暂态过电压的抑制作用。

用于风电场小干扰稳定性分析的结构保持等值方法

针对风电等新能源集中并网带来的宽频带振荡问题,需要研究具有良好精度的风电场动态等值模型,以解决详细电磁暂态建模的维数灾问题。为此,文中提出一种分析风电场小干扰稳定性的结构保持等值方法。该方法根据广义短路比(gSCR)参与因子的数值大小和所需等值精度,将场站内设备划分为保留群和等值群2组,在将保留群内所有设备动态保留的同时,将等值群内所有设备的动态用内电抗等值为电流源,具体内电抗的大小可由gSCR指标得到,而网络侧实现结构和参数的保持。该等值方法在不含摄动的场景下可以保证等值前后系统主导模态不变,在含摄动的实际场景下仍具有一定的鲁棒性。同时,保持等值前后交流网络拓扑不变可以增强方法的工程实用性。最后,基于仿真算例验证了所提等值方法的有效性和实用性。

基于改进多馈入有效短路比的受端交直流混联电网STATCOM定容方法

针对传统多馈入有效短路比无法计及STATCOM动态响应过程的缺点,文章基于戴维南动态等值方法提出了一种考虑STATCOM接入影响的改进多馈入有效短路比,该指标通过BPA动态仿真求取系统等值阻抗,能够更准确地描述受端系统的强度。此外根据所提出的改进多馈入有效短路比,文章以提升受端交直流混联电网安全稳定性为目标,从总体性和平衡性两方面量化了STATCOM的无功补偿的效果,并建立了一套完善的STATCOM定容方法。利用实际电网算例证明了所提指标和方法的有效性。

混合双馈入系统中VSC-HVDC对LCC-HVDC受端电网强度的影响

在含有LCC-HVDC和VSC-HVDC的混合双馈入系统中,LCC-HVDC受端电网电压支撑能力是影响系统稳定性的重要因素。为对电压支撑能力进行准确评估,该文借鉴单馈入LCC-HVDC系统中有效短路比和临界有效短路比的概念和计算方法,将混合双馈入系统等效为单馈入LCCHVDC系统,分析等效原则以及等效单馈入系统的参数计算方法,并提出混合双馈入系统中等效有效短路比和临界等效有效短路比的定义。机理分析和PSCAD仿真结果表明,所提指标能够准确地反应VSC-HVDC对LCC-HVDC受端电网强度的影响。

交直流系统对多馈入短路比的影响研究

多馈入短路比(MISCR)是反映含多馈入直流输电系统的受端电网强度的重要指标,但现有研究中一些文献对于多馈入短路比存在理解偏差。该文首先从多馈入短路比的定义出发,介绍两种表达方法:等值阻抗法和影响因子法,并以n回直流馈入为例对两种方法的一致性加以证明;分析直流馈入回路数增加时多馈入短路比的变化规律,剖析现有的个别文献误以为MISCR可能高于单馈入短路比的本质原因;最后对影响多馈入短路比的各种因素,如直流额定功率、戴维南等值阻抗以及联络阻抗进行了仿真分析。

主导模态保持的风电场站自适应等值方法

局部区域中风机密集并网导致模型稳定分析困难,而传统单机等值难以有效保留系统动态特性,针对这一问题,文中从小干扰稳定角度提出一种主导模态保持的风电场站自适应等值方法。首先,将机组的小干扰阻抗模型折算到外电网回路并解耦,以实现数学形式上机组动态的分离;其次,根据主导模态下设备侧特征根和单馈入系统对应特征值的大小关系,确定该模态下机组的分群与聚合;最后,计算等值参数,构建等值网络。该方法在不同频段下保留的机组数目不同,有效保持了等值前后系统主导模态不变,MATLAB/Simulink平台上的仿真结果验证了该等值方法的合理性。

一种通用的多直流馈入系统短路比指标

多馈入有效短路比MIESCR是评价含有多回直流馈入的交流电网电压支撑能力的一种常用指标,然而其物理意义和适用范围不够明确。本文将多馈入系统等效成具有相同外特性的单馈入系统,提出了通用化的多馈入等效有效短路比MEESCR的定义,并证明了MIESCR和有效短路比ESCR是MEESCR在某些特定工况下经近似后的特例,也从理论上说明了MIESCR和ESCR的适用范围和误差来源。理论分析和电磁暂态仿真结果表明,相较于MIESCR和ESCR,MEESCR这一指标能更准确的评价多馈入系统中交流电网的电压支撑能力。

混合双馈入直流系统中VSC-HVDC对LCC-HVDC受端系统强度的影响

为了准确评估混合双馈入直流系统中电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)子系统的受端系统强度,对LCC-HVDC子系统的有效短路比进行研究。第一,基于牛顿最优潮流算法,分析混合双馈入直流系统中电压源换流器高压直流输电(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)子系统采用不同的功率输送方向和控制方式时,对LCC-HVDC子系统的交流系统电压支撑强度的影响关系。第二,计算VSC-HVDC子系统的等效阻抗,提出能够有效评估混合双馈入系统中LCC-HVDC子系统有效短路比的等值有效短路比指标。利用该指标可将混合双馈入直流系统中LCC-HVDC子系统等效为受端交流系统电压支撑强度与之相同的单馈入直流输电系统。最后,基于PSCAD/EMTDC进行仿真分析,仿真结果证明了VSC-HVDC对LCC-HVDC子系统影响关系的正确性以及等值有效短路比指标的有效性。

基于等效运行短路比的多直流馈入系统静态电压稳定分析

由于现有短路比指标未考虑多直流馈入系统灵活多变的影响,导致现有短路比指标临界值不明确,难以准确评估多直流馈入系统临界电压稳定。针对上述问题,该文提出一种新的指标,等效运行短路比(equivalentoperatingshort circuitratio,EOSCR),以此评估多直流馈入系统静态电压稳定。首先,基于节点电压电流关系,将多直流馈入系统等效为等值单馈入模型。以等值单馈入模型为基础,基于扩展雅克比矩阵推导出等效节点功率灵敏因子(equivalentnodal power sensitivity factor,ENPSF)为后续理论分析奠定基础。其次,基于ENPSF提出EOSCR并且给出EOSCR的理论临界值。最后,基于PSCAD/EMTDCTM与MATLAB仿真,验证所提指标的有效性。通过与现有指标的对比,等效运行短路比能更准确的评估多直流馈入系统临界电压稳定。

多馈入直流系统短路比和有效短路比研究

传统短路比作为评价与直流输电系统相连交流系统相对强弱的重要量化指标,在单馈入直流系统中得到了广泛应用;但是这种短路比定义不适用于多馈入直流系统,所以,给出合理的多馈入短路比定义是十分必要的。目前学术界存在两种多馈入短路比计算方法,即等值阻抗法和影响因子法。在综述两种方法的基础上,证明了两种方法的一致性;同时指出了前人在理解等值阻抗法时的误区。将BPA中3机9节点系统进行改造,得到三馈入直流系统模型。在此模型中,通过计算和仿真,验证了等值阻抗法和影响因子法的统一性;另外,也得到了多馈入短路比小于单馈入短路比的结论。

State Key Laboratory of Power Grid Safety and Energy Conservation,China Electric Power Research Institute,Beijing,China

The power system is experiencing a higher penetration of renewable energy generations(REGs).The short circuit ratio(SCR)and the grid impedance ratio(GIR)are two indices to quantify the system strength of the power system with REGs.In this paper,the critical short circuit ratio(CSCR)is defined as the corresponding SCR when the system voltage is in the critical stable state.Through static voltage stability analysis,the mathematical expression of the CSCR considering the impact of GIR is derived.The maximum value of CSCR is adopted as the critical value to distinguish the weak power system.Based on the static equivalent circuit analysis,it is proved that the CSCR is still effective to evaluate critical system strength considering the interactive impact among REGs.Finally,we find that the GIR can be neglected and the SCR can be used individually to evaluate the system strength when SCR>2 or GIR>5.The correctness and rationality of the CSCR and its critical value are validated on ADPSS.