风火打捆传统直流外送系统中控制环节对轴系-控制交互模式的影响机理研究

风火打捆直流外送系统中风电场和电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)控制系统可能会激发火电机组的轴系扭振。文章首先采用复转矩系数法和特征值分析法识别出LCC-HVDC定电流、风机直流电压外环控制是影响轴系-控制交互模式的关键控制环节。然后,通过推导系统传递函数,提取出反映LCC-HVDC定电流和风机直流电压外环控制对轴系-控制交互模式影响的多条关键控制路径,包括HVDC定电流控制路径、风机直流电压外环控制路径和两者间交互控制路径。进一步,定量计算每条作用路径在轴系-控制交互模式处的阻尼系数,并通过相位补偿在关键控制路径上分别设计附加阻尼控制来提高对应阻尼系数,从而抑制火电机组轴系扭振。最后,基于PSCAD/EMTDC的详细电磁暂态仿真,验证了理论分析的正确性及振荡抑制策略的有效性。

考虑风电场调控裕度的风火打捆直流外送系统无功电压紧急控制策略

为抑制直流送端电网暂态过电压,充分发挥风电在风火打捆直流外送系统功率调节作用,提出了一种考虑风电场调控裕度的无功电压紧急控制策略。首先,分析换相失败故障下风火打捆系统电气量变化及故障引发直流送端过电压机理;其次,在遭遇换相失败故障后通过降低直流输送功率抑制直流系统连续换相失败,减少故障恢复期间系统无功需求,分析功率速降后系统无功潮流变化;再次,针对盈余无功导致送端暂态高压提出直流送端无功电压紧急控制策略,根据超短期预测风速对风电场无功裕度进行分配,针对不同情形设计具有多种工作模式的风机控制器;仿真结果表明:所提控制方法能够较好地解决风火打捆直流外送系统直流送端暂态过电压问题。

通过特高压直流实现大型能源基地风、光、火电力大规模高效率安全外送研究

化石能源消耗引起的环境问题日益突出,风力发电作为技术最成熟的清洁能源在全球范围内得到迅速的发展和应用。近10年来,我国风电发展迅猛,风电装机已跃居全球第一。目前,风电资源富集的西北、东北和华北地区消纳风电的空间趋于饱和,光伏发电也进入大规模发展阶段,迫切需要跨区外送。文章分析我国风电运行面临的主要问题,对位于我国东北和西北地区的大型能源基地通过特高压直流工程实现风、光、火电力大规模、高效率、安全外送的可行性进行系统的分析研究。提出基于年度输电量和典型风、光发电曲线的配套电源装机容量优化计算方法和调度生产模拟方法及其安全经济运行的必要条件。并结合新疆哈密至河南郑州特高压直流工程进行分析计算,优化配套的装机容量,提出重大电网安全技术措施。研究结果表明,在保障电力系统安全稳定的基础上,通过优化风、光、火电装机容量可以最大限度地减少弃风、弃光容量,从而实现我国大型能源基地及其风电、光伏等清洁能源的集约高效开发和利用。对优化调整我国电源结构、加快治理大气污染、实现节能减排目标具有重要意义。

面向风火打捆的特高压直流输电工程弱送端强直弱交耦合特性研究

哈郑特高压直流是我国首个大容量风火打捆直流外送工程,送端电网存在多种安全稳定问题。分析了直流运行特性,提出了过渡期联网运行和孤岛运行的条件。研究了弱送端电网不平衡功率分配特性,为故障后保障重要交流通道安全稳定控制策略的制定奠定了基础。研究了特高压直流输电系统与750 k V交流电网耦合特性,指出配套火电的投运将使吐哈断面稳定问题由动态稳定转变为暂态稳定,二通道同时存在电压大幅波动和暂态稳定问题,给出了故障约束下特高压直流与二通道输电能力。分析了直流对青藏直流及藏中电网频率稳定的影响规律,研究了风火不同比例下直流故障引起的电压波动问题,为西北电网的运行控制提供了参考依据。

大规模风电直流外送方案与系统稳定控制策略

针对大规模风电集中外送,论证了风电孤岛直流外送、风火打捆孤岛直流外送、风火打捆联网直流外送3种方案,重点从频率稳定、电压稳定方面研究各方案的安全稳定问题,分析了风功率波动、送端交流线路短路等典型扰动形式对系统稳定性的影响,通过比较给出了合理的大规模风电直流外送方案。在此基础上,以酒泉风火打捆特高压直流外送规划系统为对象,研究系统安全稳定问题,提出了利用直流调制跟随风功率波动、改善系统稳定性的控制策略,通过仿真计算验证了所提出控制策略的有效性。

风火打捆外送系统暂态稳定切机控制

风火打捆能源基地的投入运行,在带来巨大经济效益的同时也引起电网安全稳定性发生变化。某些严重故障后,仅切除常规火电机组难以保证系统稳定运行或代价过大。首先分析了风电机组和火电机组暂态特性的差异性以及各自对系统暂态稳定的影响。然后指出了严重故障后导致系统失稳的2个主要原因:一是故障过程中产生了加速能量;二是由于故障后,外送通道被削弱,外送系统输电能力急剧下降。因此,提出了严重故障后火电机组和风电机组的优化切机方案。西北某电网的仿真结果表明:该优化切机方案在保证故障后系统安全稳定运行的基础上,能显著降低系统稳定恢复所需切机量,改善故障后系统恢复特性,大大提高系统运行的安全性和经济性。

一种较准确的分裂导线表面场强计算方法

对于特高压输电线路的设计而言,分裂导线表面电场强度的计算是一个主要问题。基于模拟电荷法,提出了一种计算分裂导线表面电场强度的较准确方法。它采用自适应方法确定模拟电荷的位置,并给出了求取各相导线最大场强的计算公式,可直接计算任意导线表面和空间任意点的最大场强。该方法所用的模拟电荷数较少,计算简单,计算准确度较高。实例计算结果验证了该方法的正确性和准确性。

风火联运源端系统有功优化运行分层协调思路

中国风资源与负荷中心逆向分布的特点客观上形成了含集群风电的多电源联运源端系统,其中最典型的是风火联运源端系统,提高其发电的控制灵活性对于促进风电消纳十分重要。针对"三北"地区风火联运源端系统特点,提出在调度中心和源端发电单元之间建立有功优化运行层,对局部分散的风电场和火电机组进行协调控制,从而提高源端电力的控制灵活性,充分利用消纳空间以提高风电利用率;其中,异特性多类型机组联运的控制复杂性问题、强刚性风火联运源端系统应对可再生能源发电波动性难题是实现源端系统有功优化运行的关键难题。文中从区域风电场群协调模式、多空间尺度分层协调模式以及多时间尺度逐级精细化策略3个方面提出了相应的解决思路;在此基础上,提出多时空尺度分层协调有功优化运行体系,并梳理相应的运行性能评价指标;最后,着重从体系中风火协调层、集群风电协调层两个角度阐述关键技术问题。

特高压输电通道风火打捆配置方案及其概率灵敏度分析

在特高压输电通道优化运行问题中,如何选择合适的输电容量和风火打捆配置方案对电网经济稳定运行尤其重要,为此文中提出一种规划方法。首先建立了考虑受端电网稳定性和经济性的静态安全指标、暂态稳定指标、电压稳定指标、经济运行指标和电力电量需求指标的指标体系,在此基础上,建立了多目标优化模型,并采用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行求解,得到满足各约束条件的非劣解集,作为风火打捆输电的备选方案;然后采用多目标决策方法对备选方案进行排序,得到最优方案;最后基于概率灵敏度分析方法,分析了评价指标体系中各指标值的不同取值及备选方案数量变化对排序结果的影响,以衡量决策过程中各种不确定因素对决策结果的影响程度。此外还对比分析了采用不同的赋权方法和决策方法时,方案排序结果变化情况以及最优方案的鲁棒性。通过某地区电网案例分析验证了所提出规划方法的有效性。

输电塔架承载变形的三维光学测量

考虑输电塔架结构复杂,需要做承载变形真型实验来检测塔架实际承载能力的问题,本文提出了一种三维全场变形光学测量方法来解决塔架真型试验中存在的大尺寸、大变形、多测点、三维变形、塔架承载形态保持时间短等测量难点。该方法基于工业近景摄影测量技术重建单个状态下塔架测点的三维结构,利用具有身份信息的人工标志点来实现不同状态测量结果的对齐。通过跟踪固定在塔架上的变形点,计算相应部位的位移来获取真型塔架在不同负载下的整体变形。精度评估实验表明,提出的方法测量精度优于0.1mm/4m;真型实验显示,测量结果能够为塔架结构力学性能分析和改进塔架设计提供有价值的参考数据。该方法具有现场工作量小、不干扰测量对象、量程弹性大等优点,能够满足各型塔架三维变形测量对效率和精度的要求。

一种将风电场和常规电厂捆绑并网的三端直流输电系统

为将大规模风力发电输送到数千km以外的负荷中心,提出一种将风电场和常规电厂捆绑并网的三端直流输电系统,设计了全系统以及各个换流站的控制器。全系统静态伏安特性的分析结果表明该系统具有较强的静态稳定性。利用PSCAD/EMTDC建立该系统的详细模型,仿真验证了该系统在启动、稳态运行、风电功率波动及故障工况下的运行特性。研究结果表明,该系统在技术上是可行的。该系统为大规模风电的远距离传输提供了一种新的选择。

交流特高压变电站1000kV导线的选择

1000kV配电装置导线是保证特高压交流输变电工程电气技术条件的重要组成部分,电晕产生的无线电干扰和可听噪声对环境的影响是特高压导线选型和分裂形式选择的最主要因素之一。文章结合我国1000kV交流特高压试验示范工程的实际情况,对1000kV变电站导线的选型和分裂形式进行优化,确定最优分裂间距及次档距,使导线在满足电气性能和机械性能的前提下,尽可能降低对环境的不良影响。

哈郑风火打捆特高压直流外送电压稳定性分析

针对新疆电网弱送端风火打捆特高压直流外送系统,利用DIg SILENT/Power Factory建立包含哈郑直流输电系统的电网模型,研究不同网源无功分配比例对风火打捆直流外送系统静态电压稳定性和暂态电压稳定性的影响。仿真计算结果表明,稳态工况下,直流配套火电机组输出较大无功功率,有助于提高发生短路故障暂态电压稳定性;交流滤波器输出较大无功功率,有助于清除短路故障后的电压恢复。若交流网与送端换流站无功交换值由原来的1 200 MVar设为8 00 MVar,则有助于提高哈郑直流外送系统的静态以及暂态电压稳定性。

覆冰特高压输电塔线耦联体系风致动力响应风洞试验

现行规范规定覆冰输电线路杆塔结构的设计需要考虑一定程度的风荷载的作用。为了研究覆冰输电塔–线风致振动的动力相互作用,以某特高压输变电工程的1000kV同塔双回输电线路为原型,进行了模拟覆冰条件下五塔四线气弹模型的大型风洞试验。试验中严格模拟了输电线路覆冰后的动力特性和气动外形,用等代塔模拟边界条件,研究了塔线耦联体系在均匀流场和紊流场的风致响应。试验测得了覆冰塔线体系的加速度和位移风振响应。相比不覆冰情况,覆冰塔线耦联体系的阻尼比明显增大。将光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)运用于风洞试验,对八分裂导线在风作用下的动应变进行了测试,探究了覆冰导线自身动力特性的变化规律及其在风荷载作用下对特高压输电塔结构的影响。研究结果表明:在覆冰工况下,需要合理考虑脉动风对覆冰塔线耦联体系的动力作用。

输电线路不停电自融冰技术仿真研究

输电线路的覆冰引起各类冰害事故严重危害了我国电力系统的安全运行,目前使用的融冰方法大多需要停电进行,这使处于冬季高峰期的用电更加紧张。针对这一问题,提出一种原理与电流互感器相近的特种融冰"变流器",基于这种融冰变流器提出一种新的不停电融冰方法,此方法可实现多分裂导线不停电御冰及融冰,在PSCAD/EMTDC中搭建其仿真模型,对仿真结果进行了分析,验证了其可行性。

计及风速和负荷特性的风火打捆发电系统规划

风火电打捆是解决能源基地电力外送的有效手段。提出一种计及风速和负荷特性的风火电打捆发电系统优化规划方法。根据送端系统风速和受端系统负荷特性,建立打捆发电系统分段波动输送功率模型。以打捆发电系统在规划期内单位发电成本为优化目标函数,计及风电场拟规划区间约束和打捆发电系统运行约束,构建了风火电打捆发电系统优化规划模型。模型采用模拟退火算法求解,并通过算例分析证明所述方法的有效性。

酒泉直流送端风火打捆研究

酒泉至湖南±800 kV特高压直流实现风电与火电打捆外送电力8 000 MW。为得到直流风火打捆的比例,通过分析直流送端风火打捆的必要性,结合甘肃实际风电出力特性对直流配套的风电一火电一直流理论输送容量进行计算,比较不同配套火电规模下火电及直流利用小时数、弃风电量以及直流送电曲线,最后给出合理的酒泉直流风火打捆比例及合适的配套火电规模范围。

功率调制在风火打捆孤岛直流外送中的应用研究

特高压直流输电是解决大规模风电外送问题的较好方案。基于DIg SILENT仿真软件,建立风火打捆特高压孤岛直流外送系统仿真模型,深入研究风功率波动情况下对送端换流站交流母线电压、频率波动的影响。提出利用直流功率调制实现特高压直流输电系统不完全跟随风功率波动的控制策略,并研究其关键参数对送端换流母线电压和频率的影响。仿真结果表明,直流功率调制为抑制风功率波动对风火打捆特高压孤岛直流外送系统的影响提供了一种有效的手段,其关键参数调制增益值越大,对电压稳定性的改善越差,对频率稳定性的改善越好。

特高压输电线路地面最大工频电场强度和导线最大弧垂特性

研究特高压输电线路几何参数与地面最大工频电场强度的关系和地面最大工频电场强度的特点，给出2种基本分裂导线排列方式的导线最小对地高度和走廊宽度。分析特高压输电导线运行温度和最大弧垂的特点。从特高压输电导线最大弧垂变化和输电运行方式两方面，讨论特高压输电导线地面最大工频电场强度限值10—12kV／m的安全与经济的合理性。最后，提出特高压2种基本杆塔结构（猫头塔和酒杯塔）的几何参数供参考。

超、特高压输电线路高频参数计算方法

通过考虑线路趋肤效应、有损大地、地线以及分裂导线的影响所建立的计算方法,可以准确地计算超、特高压输电线路高频参数。结果显示:在频率低于10kHz时线路内阻抗随频率的上升增加很快;在频率较低时土壤电阻率对导体自阻抗和内阻抗的影响程度较大;与不考虑趋肤效应相比,特高压酒杯塔在考虑趋肤效应时计算得到的0.1MHz下的无限电干扰值要小大约3dB;1.5MHz以下特高压单回输电线路对短波测向台(站)的防护间距在考虑趋肤效应计算得到的要小约300m。