大规模新能源接入弱同步支撑柔直系统的送端自适应VSG控制策略

新能源汇集经柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)技术送出是促进新能源消纳的有效方式。但新能源渗透率的持续增加导致电网强度不断下降,采用传统跟网型(grid-following,GFL)换流技术已无法满足系统稳定运行需求。为提高系统弱电网适应性,满足大规模新能源接入弱同步支撑柔直系统应用场景需求,提出在柔直系统送端换流站采用VSG控制策略。首先,建立整流侧控制小信号数学模型,利用根轨迹法深入研究虚拟阻抗对系统稳定性的影响。其次,提出利用交流电压变化率及电压差值等电气量构建虚拟电抗自适应调整项的改进VSG控制算法,在保证系统等效阻抗呈感性的同时,可提高送端交流系统的等效短路比,达到改善系统整体性能的效果。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证所提控制策略的有效性。

弱并网条件下VSC的自适应型虚拟并网点规划与控制策略

电压源换流器(VSC)接入薄弱交流电网时存在系统小扰动稳定性问题,传统控制策略下VSC不得不降低输出功率以维持稳定运行。为提升弱并网VSC的小扰动稳定性,首先基于交流电压外环建立了弱并网VSC稳定性机理的通用分析模型,分析了锁相环(PLL)与VSC外环控制间的耦合特性,及其对系统小扰动稳定性的影响机理。在此基础上,提出了一种参数自适应型虚拟并网点控制策略。在PSCAD/EMTDC环境下搭建的弱并网VSC详细开关模型验证了所提控制方法的有效性。

联接弱交流电网MMC-HVDC系统的直流功率传输能力提升方法

模块化多电平换流器高压直流输电(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)由于具备自换相能力,尤其适用于向弱交流电网供电。交流系统强度降低时,会制约系统的直流功率传输能力,甚至导致系统失稳。针对联接弱交流电网时MMC-HVDC系统功率传输受限的问题,建立了状态空间与直流阻抗模型,从时域、频域两方面研究了交流系统强度对直流功率传输能力的影响,明确了弱交流电网工况下功率传输受限的原因。基于参与因子定位结果,提出了在定直流电压控制环节引入直流电流反馈的功率传输能力提升方法,从时域、频域两方面对控制策略的提升作用进行了机理分析,并定量得出了控制参数的可行域及功率传输能力的最大提升水平。该方法在避免稳态误差的前提下,有效提升了MMC-HVDC系统的直流功率传输能力。

短路故障清除时刻直驱风电机组机端暂态过电压研究

大规模风电汇集地区的配套火电机组少,属于交流弱电网,故障后暂态过电压问题严重。2011年至今,中国西北、东北、华北等多个区域电网已经发生了数十起风电暂态过电压脱网事件,且事故中,故障恢复过电压引发脱网的风力机占比很高,其过电压程度直接影响风电场的开机容量。针对该问题,该文基于典型低电压穿越策略建立永磁直驱风电机组(PMSG)并网模型,研究弱电网条件下送出线路短路故障清除时刻PMSG机端暂态过电压的影响因素。结果表明,PMSG暂态过电压与风电机组容量、电压跌落程度及锁相环动态特性等因素有关,根据某实际直驱风场搭建仿真系统模型验证了该结论。

基于自抗扰控制的直驱风电场次同步振荡抑制策略

近年来,我国西部地区频繁出现直驱风电场与弱交流电网之间相互作用引发的次同步振荡(SSO)问题。为解决该问题,首先从SSO发生机理出发,提出了基于自抗扰控制(ADRC)理论的直驱风电场SSO抑制策略。该策略针对直驱风机网侧换流器设计了ADRC控制器替换电流内环PI控制器抑制策略。然后,从数学形式上推导得ADRC控制器抑制机理是ADRC控制器通过实时估计与补偿直驱风电场接入弱交流电网产生的影响,阻断直驱风电场与弱交流电网之间的相互作用,从而达到抑制SSO的目的。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件,建立基于PI控制器和ADRC控制器的直驱风电场接入弱交流电网的电磁暂态仿真模型,对比分析PI控制器与ADRC控制器对SSO的抑制效果。仿真结果表明,ADRC控制器不仅对SSO具有较好的抑制效果,且具有较强的鲁棒性与适应性。这也从侧面证明了直驱风电场接入弱交流电网引发的次同步振荡主导因素是直驱风机网侧换流器电流内环PI控制器。

跨区多条直流连续多次、同时换相失败冲击及抑制措施

为适应跨区特高压互联大电网的发展,深度理解特高压复奉、锦苏、宾金直流对华北-华中-西南链式交流同步电网的影响,从跨区多条直流连续多次、同时换相失败的机理入手,研究导致特高压复奉、锦苏、宾金直流连续多次、同时换相失败的华东电网故障,以及对华北-华中-西南链式交流同步电网产生的冲击,并找出了减小影响的有效措施:延长华东线路重合闸间隔时间、配置安控切机措施、及根据四川南部、重庆开机容量,合理规定华北-华中-西南链式交流同步电网跨区联络线的稳定限额。

基于移相变压器的直驱风机次同步振荡抑制

针对直驱风机接入弱交流电网引发严重的次同步振荡问题,建立了并网系统的小信号模型。首先,利用特征值分析法得出系统的次同步振荡模态,通过参与因子分析揭示了直驱风机接入弱交流电网的次同步振荡机理;然后,在分析移相变压器应用原理的基础上,提出了基于移相变压器可实现直驱风机并网系统负电阻补偿的次同步振荡抑制方法;最后,在Matlab/Simulink上搭建了基于移相变压器的直驱风机并网系统仿真模型,通过改变系统运行参数验证了次同步振荡抑制方法的适应性。

弱交流电网下不同位置的直驱风机对次同步振荡特性影响的比较分析

针对直驱风电场并入弱交流电网的次同步振荡(Sub-Synchronous Oscillation,SSO)问题,现有研究多将整个风电场等值为单机模型进行研究。但实际风电场呈空间分布,且相距较远,而单机模型无法反映这一特性。针对这一问题,将整个风电场分为两个子风电场,分别等效成一台直驱风机,建立双机并入弱交流电网的小信号数学模型,并在PSCAD/EMTDC中建立仿真模型。通过特征值分析和时域仿真,分析每台风机的风速、输出功率和输电线路电抗对系统SSO特性的影响。特征值分析和时域仿真结果表明:当风速相同时,不同位置的风机对系统SSO特性影响程度不同,汇流母线近端的风机对系统稳定性的影响大于远端风机;当整个风电场的开机数为定值,远端子风电场开机数越大,系统稳定性越好;短路比越大系统越稳定,并网距离近的等值子风电场对系统SSO特性影响更大,且当风电场外部电网阻抗和内部线路阻抗之比达到一定值时,可忽略内部线路阻抗对系统的影响。

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。

连接弱交流电网的VSC-HVDC失稳机理及判据研究

为分析连接弱交流电网的柔性直流输电(VSC-HVDC)系统矢量控制环节与弱交流电网交互作用对系统稳定性的影响,分别建立了电压源换流器(VSC)不同运行方式下连接弱交流电网的VSC-HVDC系统线性化传递函数模型。通过研究线性化传递函数模型开/闭环传递函数的零极点分布,提出了系统失稳的解析判据。同时研究了VSC输出有功功率、无功功率和端电压幅值与注入电网的dq轴电流间的关系,揭示了连接弱交流电网的VSC-HVDC系统失稳机理,得出了失稳判据的物理意义。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了连接弱交流电网的VSC-HVDC系统仿真模型,对理论研究进行了仿真验证。

基于一阶LADRC控制的直驱风机次同步振荡抑制策略

针对直驱式风电机组接入弱交流电网诱发次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)问题,提出一阶线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)策略抑制该现象,从而提高系统稳定性。首先,建立直驱式风电机组的并网数学模型,分析次同步振荡频率扰动分量的传播机理;然后,进行一阶LADRC电流内环控制器设计以及参数优化整定,分析表明:控制器对于次同步频率扰动分量有较强的抑制作用。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件,建立传统PI和一阶LADRC控制的直驱式风电机组电磁暂态仿真模型。结果表明:所提方法能够阻断次同步频率扰动分量传播,有效抑制SSO。

联接弱交流电网的VSC-HVDC系统功率耦合特性及解耦策略

针对联接弱交流电网的柔性直流输电系统的功率耦合问题,通过研究整流站/逆变站输出有功、无功和端电压幅值与注入电网的d、q轴电流间的线性化关系,揭示了弱交流电网下柔性直流输电系统的功率耦合特性,并提出一种功率解耦算法。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了联接弱交流电网的柔性直流输电系统仿真模型,通过仿真验证了功率的耦合特性。同时,与静态前馈补偿解耦算法和传统矢量电流控制算法相比,所提出的动态前馈补偿解耦算法具有更好的解耦效果。

柔直联于弱交流系统分析和仿真试验研究

首先对柔性直流输电工程接入交流弱系统的控制性能进行了分析,然后分析了接入弱交流电网的柔直系统在不同控制方式下的性能。依托渝鄂背靠背柔性直流工程,对渝鄂柔直北通道渝侧弱系统方式进行了系统计算分析,根据系统计算分析结果,提出了构建“接入系统强度管理装置”用于保证渝侧在接入弱系统方式下能够稳定运行,提高了设备可用率和年运行可靠性、减少直流强迫停运次数,对运行维护具有重要意义。应用RTDS实时仿真装置建立了实时仿真系统,对接入弱系统方式下柔直控制保护策略进行了验证,该策略已经在渝鄂背靠背柔性直流工程得到了应用,保证了渝鄂柔直在弱系统方式下稳定运行。

特高压交直流电网输电技术及运行特性综述

特高压电网的建设解决了我国一次能源与需求呈逆向分布的矛盾,能够满足各类大型能源基地的发展与大规模新能源接入。介绍了交直流输电技术的发展现状及其特点,阐明了我国特高压电网"强直弱交"特性突出,探讨了交直流电网之间的相互作用及影响,最后根据现存问题提出了应对措施,主要目的在于使特高压交直流混联电网适应当下大电网运行模式,从而保障电网运行安全稳定。

强直弱交区域互联大电网运行控制技术与分析

结合华中西南电网运行实际,提出在特高压工程建设过渡期系统强直弱交背景下,区域互联大电网的主要运行风险和控制措施。首先阐述了华中西南电网的强直弱交、直流送受并重的结构特征,分析了华中西南强直弱交区域互联大电网的主要安全风险,包括特高压交流联络线功率波动、特高压直流故障、直流受端交流系统故障和送端500 k V交流系统故障,对比了交直流故障影响。最后,针对当前的运行风险,提出防控措施,主要包括运行方式预控、配置和优化安全控制措施、优化电网第三道防线等。

区域互联大电网运行控制技术研究

在特高压工程建设过渡期,中国电网仍将呈现强直弱交过渡期特点,交直流耦合愈加紧密,连锁故障影响范围不断扩大。以华中西南电网为背景,针对交直流互联造成的运行风险,结合实际运行数据和典型事件,提出区域互联大电网运行方式预控技术,包括:优化安控措施、送端电网第三道防线优化方案、受端电网相关线路重合闸时间调整等运行控制技术,并成功应用于实际电网,对"强直弱交"型区域大电网的运行控制起到一定的指导意义。

大规模新能源接入弱同步支撑直流送端电网的运行控制技术综述

随着我国科学技术水平的不断发展与进步,开辟新能源成为当前需要关注的重点问题。本文主要从频率调节、无功电压控制及次同步振荡机理与抑制技术这三个方面对运行控制技术进行综述,并针对新能源大规模发展过程中的一些盲点提出亟待研究的内容,对新能源大规模发展的前景进行展望。

弱受端交流电网下VSC-HVDC系统的功率解耦控制设计

针对弱受端交流电网下,采用矢量控制的VSC-HVDC系统功率耦合效应明显的问题,揭示弱受端交流电网引起功率耦合的原因,提出相应的改进解耦控制策略。首先,推导得出VSC输出功率与d、q轴电流间的线性化关系。然后,分析得出弱受端交流电网下有功与q轴电流、无功与d轴电流之间的耦合关系,从而揭示矢量控制下的功率耦合机理。同时,基于前馈补偿的思想,对矢量控制策略进行改进,实现更有效的功率解耦。理论分析和时域仿真结果表明,弱受端交流电网下功率强耦合的主要原因是有功功率与q轴电流强耦合、无功功率与d轴电流强耦合。此外,所提出的改进矢量控制能够改善系统的解耦性能、故障响应特性和稳定性。

多光伏发电单元并入弱交流电网系统的站内/站网次同步振荡特性分析

针对多光伏发电单元并入弱交流电网系统的次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)问题,建立了3个光伏发电单元并入弱交流电网系统的小信号模型。通过特征值法分析,得出系统中存在的SSO模式,并计算各SSO模式的参与因子。结果表明,系统中存在2个站内SSO模式和1个站网SSO模式。站内SSO模式由光伏电站内部3个发电单元之间交互作用产生,主导因素为直流侧电容、逆变器电流内环控制器参数;站网SSO模式由3个发电单元与交流电网交互作用产生,主导因素为直流侧电容、逆变器电流内环控制器参数和交流电网。同时,通过分析主导因素对站内/站网SSO模式的阻尼耦合特性,得出光伏发电单元的发电容量、直流侧电容、电流内环控制器参数变化对2种SSO模式阻尼的影响趋同。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建时域仿真模型,验证了理论分析结果的正确性。