提高新能源场站稳定性的构网型与跟网型变流器容量配比估算

大规模新能源接入使得电网短路比降低,系统电压支撑强度下降,导致静态电压稳定和次/超同步振荡等稳定问题凸显。构网型变流器具有较强的电压支撑能力,在新能源场站配置一定比例的构网型变流器可以提升系统稳定性,但由于构网型变流器容量与稳定裕度的解析关系不明,导致构网型变流器容量合理占比的理论值估算十分困难。该文针对新能源基地接入低短路比弱电网场景,从小干扰稳定视角探讨构网型与跟网型变流器容量配比的估算方法及其典型值。首先,对构网型变流器进行电压源等值,并通过广义短路比指标分析了构网型变流器配置比例对系统强度以及稳定裕度的影响规律;其次,针对改造构网型风电机组和额外加装构网型变流器两种技术方案,以行业相关标准为边界条件并结合典型升压变压器参数,估算了实际工程中容量配比的典型值;最后,利用多风电场系统案例验证了结论的有效性。

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。

提升弱电网新能源集群送出能力的调相机优化配置方法

针对提升送端弱电网系统强度及新能源消纳能力的技术需求,分析了短路比指标与新能源集群送出能力之间的关联;分析了调相机接入对短路比指标的影响;建立了兼顾弱电网系统强度和集群新能源消纳的调相机配置双层优化模型,内层模型以各新能源场站出力最大为目标,确定短路比约束下各新能源场站最大出力限值,外层模型以调相机配置容量最小为目标,计算各新能源场站实际出力与该场站最大出力限值的差值,对调相机配置容量进行校核。通过实际典型电网仿真分析表明,调相机优化配置后系统强度大幅提升,同时,98%的新能源场站最大可消纳空间达到各新能源场站理论最大可消纳空间的95%。

考虑送端影响的海上风电经柔直并网系统电压支撑强度量化分析

为弥补当前海上风电经柔直并网系统电压支撑强度评价指标的受端电压支撑因素考虑不足和忽略送端对受端影响等问题,提出考虑送端影响的海上风电经柔直馈入短路比。首先,分析海上风电经柔直并网系统结构与控制方式,明晰柔性直流输电系统中送端大容量海上风电有功出力对受端交流电网的电压稳定影响;其次,提出受端交流电网影响因子,将受端电网中各有功、无功源对并网点电压的影响进行等效量化;然后基于影响因子,提出海上风电经柔直馈入短路比,不仅能反映送端对受端的影响,还兼顾换流站对并网点电压的支撑作用,使指标具有较高适用性;最后,通过实际电网仿真验证了所提指标的有效性,并获得临界短路比以完善电压支撑强度评价指标,研究结论可用于海上风电经柔直并网系统的规划和运行。

基于滤波提取及滑窗算法的短路比在线辨识方案

随着“双高”趋势给电网带来的弱网稳定性威胁,为实现对电网强度的实时监测,需进行短路比的在线辨识。许多辨识方法均需设计复杂的谐波提取算法或采用高精度高速率的采样分析仪器,操作困难,成本较高。为降低短路比辨识难度,设计了基于滤波特性的扰动响应分量提取方法及数据检离群滑窗算法,并搭建了2.5 MW风电机组并网模型。仿真结果表明:短路比辨识误差在5%以内,辨识数据也具有较好的稳定性和准确性,验证了所提方案的可行性和工程应用潜力。

高比例新能源接入的配电网稳定薄弱环节辨识与致稳调控技术研究

高比例新能源接入电网的间歇性和波动性对系统稳定性有显著影响。因此,评估和提升含高比例可再生能源(Renewable Energy Source, RES)的配电网稳定性至关重要。文中提出了一种新的系统强度评估指标——集成短路比(Integrated Short Circuit Ratio, ISCR),该指标不仅考虑了RES之间的相互作用,还考虑了储能设备(Energy Storage Device, ESD)的影响,能更准确地辨识电网薄弱环节。另外,基于ISCR提出了通过双层优化方法调配RES和ESD的位置和容量的配电网稳定性提升方法,以增强系统强度并提高RES和ESD容量。在上层,对RES的位置和容量进行优化,确保节点处的ISCR值最大;在下层,对ESD的位置和容量进行优化,确保ISCR值高于临界短路比(Critical Short Circuit Ratio, CSCR),以保持系统强大。位置优化由节点处的ISCR值确定。容量优化采用线性规划方法求解。最后,案例研究验证了所提优化方法在保持系统强度的同时增加RES和ESD容量的有效性。

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。

新能源并网点阻抗比对临界短路比的影响分析

短路比目前是衡量交直流系统电压支撑强度的有效指标,但是短路比在一定基值选取的前提下,是一个只由系统的等值阻抗的模值表示的参数,由实际系统的方程可知,交直流电力系统的稳定性不仅仅与戴维南等值阻抗的模值有关,与阻抗相角也息息相关,分析临界短路比与阻抗比的关系对指导新能源接入工程有重要意义,本文研究了阻抗比与最大输送功率和交流系统参数的关系,推导了临界短路比与阻抗比的关系,对工程中以阻抗比作为辅助判据,判断电网强度提供了指导。

计及运行广义短路比的多时间尺度新能源并网调度计划模型

为了保障大规模新能源并网时电网系统的稳定运行,减少弃风、弃光,首先分析了平抑新能源并网功率波动的手段,引入了新能源以任意功率并网后能够评估交流系统电网强度的运行广义短路比。其次,给出了基于日前、日内、实时3个时间尺度新能源并网调度计划策略,建立了以运行调度成本最小、运行广义短路比最大、联合输出功率波动最低为目标函数的多时间尺度新能源并网调度计划模型。最后,以火电机组、新能源场站、储能电站和高载能负荷等所构成系统为例,仿真验证了所给策略和模型的有效性。

基于中频段无源性指数的电网强度分析方法

大规模新能源设备接入电网后形成多馈入系统,其稳定性可以从电网强度视角进行量化。该文从广义奈奎斯特曲线几何角度深入分析广义短路比在强异构多馈入系统中锁相环主导振荡问题中的影响机理,提出基于新能源设备中频段无源性指数的电网强度分析方法。研究结果表明:针对锁相环主导的振荡问题,当多馈入系统的广义短路比大于系统内新能源设备扫频在中频段的无源性指数时,便可保证系统稳定。仿真结果表明所提判据有效,此外,所提判据仅使用开环系统数据以及系统广义短路比,可由新能源场站与电网侧分散实施,具有良好的实用性。

基于广义短路比的多馈入系统强度量化原理与方法:回顾、探讨与展望

随着直流和新能源等电力电子设备的大量接入,电力电子多馈入系统(简称多馈入系统)成为现代电力系统的一种典型形态。多馈入系统的安全稳定运行能力与其受扰后的电压响应性能密切相关,工业界常用系统电压支撑强度(简称系统强度)的概念描述由电网和设备动态构成的闭环系统的电压响应性能,用电网强度概念描述不考虑这些设备动态的等效交流电网的特性。现有研究一般认为电网强度与系统强度之间存在正相关性,并认为短路比能够描述电网强度,却并未揭示电网强度、短路比和系统强度之间的内在联系。为此,该文聚焦小扰动下的系统强度问题,从抗扰性、同步稳定性以及静态电压稳定性3个角度描述系统强度特性,回顾将多馈入系统动态解耦为多个单馈入系统动态的系统强度量化原理,阐明广义短路比指标与系统强度之间的解析关系,并揭示系统强度–电网强度–设备临界短路比三者之间的内在联系。研究表明,广义短路比反映了电网的多端口电压与电流的最大灵敏度,与短路电流无必然联系;电网广义短路比与设备临界短路比的相对值可一定程度反映多馈入系统的安全稳定裕度。进一步,给出用于量化系统强度的广义短路比集中判据和单母线视角下的分散判据,并阐明传统CIGRE多馈入短路比与广义短路比的联系和区别。最后,利用算例验证量化原理与方法的有效性。

基于短路比约束的受端电网新能源并网出力优化方法研究

在大规模分布式新能源发电资源接入受端电网的情况下,如何能够在保证受端电网并网点处暂态电压稳定性的同时,优化受端电网新能源发电机组的出力,是须要解决的关键问题。文章研究一种基于短路比约束的受端电网新能源并网出力优化方法。首先,通过构建受端电网等效模型,分析分布式新能源发电机组接入后,受端电网暂态电压稳定性的影响因素;其次,结合短路比的物理含义,建立新能源电网并网短路比模型,并将其作为研究受端电网并网点暂态电压稳定性的关键指标;再次,以受端电网新能源弃电成本、火电机组运行成本最小为优化目标,考虑短路比等其他约束条件,建立受端电网新能源出力优化模型,并进行求解;最后,仿真验证所建立的模型,结果表明,优化模型可在一定程度上提高受端电网中新能源的出力水平。

计及并网强度最大化的新能源集群出力优化研究

随着柔性负荷接入电网的比例不断增多和新能源逐渐向集群化并网发展,如何在柔性负荷剧烈波动和保障电网强度的条件下优化调度新能源集群并网出力,已成为迫切需要解决的问题。文章首先从系统架构、集群化并网特点和短路容量计算方面对新能源集群并网进行了分析,在此基础上给出了新能源集群并网点短路比、广义短路比、运行广义短路比的计算方法;其次分析了近年来激增的柔性负荷分类及特点,研究了柔性负荷接入下的运行广义短路比;最后研究了柔性负荷波动下,以运行广义短路比最大为目标的新能源集群并网出力优化调度方案,并通过算例与传统等比例原则调度方案进行了对比。结果表明,所给方案能够在满足电网功率波动的情况下,保障新能源集群并网强度,实现新能源出力优化分配。

构网型风电-串补输电系统的次同步振荡特性分析

针对构网型直驱风电–串补系统的次同步振荡特性,在Simulink仿真软件中建立了风电–串补输电系统的等值模型。利用阻抗分析法,具体分析了次同步振荡风险在不同电网强度下与风机并网数量以及关键控制参数的关系。研究表明,串补度增大,次同步振荡风险增加。无串补时,系统在各种工况下稳定性良好;有串补时,构网型直驱风电机组并网系统在电网强度较弱时无谐振风险,在强电网接入条件下的次同步谐振风险增加;随着并网风机数量的增多,系统次同步谐振风险先增大后减小;风速增大会导致次同步谐振风险增加,直流电压和输出转速的比值增大也会导致次同步谐振风险增加。

LCL型逆变器并网适应性主动提升控制系统

为提升LCL型逆变器在不同电网短路比下的并网适应性,通过阻抗分析方法,揭示了LCL型逆变器系统在低电网短路比工况下的不稳定机理。提出了一种基于并网电流反馈的虚拟阻抗控制策略,有效改善了LCL型逆变器输出阻抗在面对不同电网短路比下的阻抗稳定裕度。所提出的控制策略在实现方法上仅需引入一个高通滤波器,具有实现简单、抗噪声能力强等特点。最后基于所搭建的5 kW单相LCL型并网逆变器样机,充分验证了所提控制系统对于提升LCL型逆变器并网适应性的正确性和有效性。

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。

多直流馈入华东受端电网暂态电压稳定性分析

基于2015年"三华"特高压规划电网的丰大运行方式,利用短路比和多馈入短路比指标分析了华东受端电网的强度,并讨论了受端系统网架调整和直流系统落点位置对短路比/多馈入短路比的影响。采用PSD-BPA暂态稳定程序,分析了华东受端电网在各种故障下的暂态电压稳定性。结果表明:直流系统落点位置对华东受端电网强度的影响较大;交直流系统单一故障、受端特高压交流通道和逆变站换流母线附近线路发生三相永久性短路跳双回故障,大部分直流系统双极闭锁均不会导致华东受端电网暂态电压失稳;锦屏—同里、锡盟—金坛、复龙—奉贤和溪洛渡—浙西特高压直流发生双极闭锁故障后,送端电网需采取切机措施才能保持系统稳定。

基于伴随网络的受端电网多馈入短路比约束线性化建模

网架拓扑调整作为多直流馈入受端电网规划、运行与控制中常见的优化措施,可能对多馈入短路比(MISCR)产生明显影响,但目前基于线性规划的电网拓扑优化模型无法有效考虑MISCR约束。基于此,提出一种MISCR约束的线性化解析建模方法,以节点阻抗元素的物理意义为切入点,通过构建与原网架拓扑相似、支路开断状态随动的伴随网络,建立了MISCR与网架拓扑决策变量间映射的线性化表达式。基于所提方法,分别建立计及MISCR约束的受端电网主动解列和最优线路开断问题的混合整数线性规划模型。以修改后的IEEE 39节点系统和IEEE 118节点系统为算例进行测试,结果验证了所提方法的有效性。

多馈入交直流系统短路比影响因素分析

随着我国电网的发展,我国南方电网和华东电网出现了多馈入交直流系统。多馈入短路比能够同时反映交流系统的强弱以及直流系统间的相互作用,是构建多馈入直流系统的重要参考指标。通过理论分析深入研究了影响多馈入短路比变化的因素,分析了直流落点间的电气距离(互阻抗)、网络结构,包括网络拓扑、线路阻抗、电源分布等对多馈入短路比的影响,给出了多馈入短路比的变化规律,并通过两馈入直流系统验证了结论。

新型电力系统背景下电网强度的合理定义及其计算方法

该文研究新型电力系统背景下电网强度的定义及其计算方法,重点探讨非同步机电源对电压支撑强度和频率支撑强度的作用。通过将非同步机电源分成4种类型,分别导出其在正常态和故障态下的等效电路;基于电网的戴维南等效阻抗和入网设备的等效阻抗给出了电压支撑强度的定义和计算方法,并讨论了单馈入短路比与多馈入短路比在新型电力系统背景下的新涵义。基于最大预想有功扰动下电网任意节点的初始频率变化率和稳态频率偏差,分别定义了等效惯量提升因子和稳态频率偏差下降因子,用于描述非同步机电源对电网频率支撑强度的贡献,并给出了等效惯量提升因子和稳态频率偏差下降因子的计算方法。