同步调相机对分层接入特高压直流输电系统的暂态过电压抑制作用研究

目前已有特高压直流工程采用分层接入方式,同时随着新能源发电占比的提高,送端电网面临着暂态过电压的问题,同步调相机可以抑制过电压,有必要深入研究同步调相机对分层接入特高压直流输电系统暂态过电压的抑制效果。建立了含同步调相机的分层接入特高压直流输电系统模型,理论分析了同步调相机对暂态过电压的抑制机理,针对降功率运行、双极运行双极闭锁、双极运行单极闭锁和高低端换流器同时换相失败4种不同工况,研究了不同台数同步调相机对暂态过电压的作用效果,最后提出了基于暂态过电压的短路比增量指标,定量评估了同步调相机对暂态过电压的作用效果。结果表明所提指标可有效定量评估同步调相机抑制暂态过电压的作用效果,当分层接入特高压直流输电系统整流侧交流系统短路比在3~8变化,投入1台同步调相机后整流侧交流系统基于暂态过电压的短路比增量为0.106~0.396,投入2台同步调相机后基于暂态过电压的短路比增量为0.251~0.788,因此,投入同步调相机可等效提高交流系统短路比,有效抑制送端暂态过电压。     

基于无功功率短路比的直流闭锁暂态过电压计算方法

针对现有特高压直流闭锁引起交流系统换流母线暂态过电压计算方法在极低短路比情况下可能无实解的问题,基于直流闭锁后的谐振电路,推导建立了暂态过电压与谐振频率的关系式。参照短路比的定义,提出无功功率短路比的概念,在此基础上,提出适用范围更广的直流闭锁暂态过电压计算方法。研究发现,换流母线暂态过电压随着无功功率短路比的减小呈非线性加速上升的趋势。以DIgSILENT为平台搭建国际大电网会议(CIGRE)直流输电标准测试系统与±800 kV天中直流送端系统,仿真分析验证了所提出的暂态过电压计算方法的有效性,在极低短路比系统中仍然适用。     

特高压直流分层接入方式在多馈入直流电网的应用研究

随着我国特高压交直流技术的广泛应用,多馈入直流集中落入受端负荷中心将是未来我国电网发展所面临的重要问题。为从电网结构上有效解决多馈入直流系统的问题,提出一种特高压直流分层接入交流电网的方式。研究分层接入方式直流多馈入短路比计算方法的适用性,从理论上对比特高压直流不同接入方式下多馈入直流电网的系统特性,证明特高压直流分层接入方式有助于提高多馈入直流系统的电压支撑能力,引导潮流在1000kV与500kV层级间合理分布。结合国家电网规划,仿真验证了特高压直流分层接入方式的优势。     

特高压直流输电系统接入受端系统方式对比研究分析

详细阐述了特高压直流受端单层接入、分层接入和分极分层接入方式的拓扑结构及其特点。在单层接入和分层接入方式控制系统结构的基础上提出了分极分层接入方式的控制系统结构。从多馈入短路比、故障特性和受端交流系统的接纳能力等方面对3种不同的结构方式进行了对比研究,得出分层接入和分极分层接入能有效提高多馈入短路比和受端交流系统的接纳能力;相较于单层接入方式、分层接入方式和分极分层接入方式具有更好的故障恢复特性和更强的受端交流系统接纳能力。     

UHVDC分极分层接入方式及其运行特性

在现有分层接入方式的基础上,提出分极分层接入方式。首先对特高压直流输电接入受端电网的两种分层接入方式,从经济性、多馈入短路比指标方面进行对比分析。继而基于PSCAD/EMTDC仿真平台,对分层接入500kV/1 000kV受端电网的±800kV特高压直流输电系统搭建了两种分层接入方式的仿真系统。最后对两种分层接入方式的特高压直流输电系统的稳态、动态及暂态特性进行比较分析。研究结果表明:分极分层接入方式不仅能有效提高受端电网的多馈入短路比,增强受端电网的电压支撑能力,而且具有良好的稳态及动态响应,更重要的是能够实现两个逆变站换相失败的分层隔离,提高特高压直流输电运行的可靠性。文中针对分极分层接入方式中单极停运或双极功率不平衡时接地极电流过大的不足,提出了抑制接地极电流的措施。     

长三角地区多馈入直流输电系统交互影响特性分析

分析了传统短路比/有效短路比、多馈入直流输电短路比/有效短路比,以及多馈入相互作用因子的内在关系.对长三角多馈入直流输电系统进行等值,计算了各直流系统的传统短路比/有效短路比、多馈入短路比/有效短路比、多馈入相互作用因子,以及工频暂态过电压,并对淮南-上海特高压交流线路投产的影响进行了敏感性分析.研究表明长三角地区各直流系统之间相互作用较强,考虑多馈入因素后长三角地区受端系统仍属较强交流系统.     

异步电网直流配套电源开机优化研究

云南电网异步联网后网架强度有所下降,若云南直流送端电厂开机台数过少,直流解锁过程中有可能导致整流站交流母线电压越限,本文针对这一问题进行了仿真并得出了解决方案。文章首先分析了直流解锁过程中交流母线过电压的产生机理,并指出该过程中的暂态过电压是导致交流母线电压越限的主要因素。接着介绍了暂态过电压的计算方法以及其影响因素。根据暂态过电压与短路比的关系,采用南方电网2017年冬季小方式作为计算依据,并通过BPA进行仿真,得到了直流送端电厂的最小开机台数方案。然后与其他方式下的仿真结果做了对比,验证了仿真方法与结果的正确性。最后基于该结论,对2017年小方式实际开机方案进行了相关分析。     

阻抗角对交直流输电系统过电压影响的研究

直流系统与弱交流系统相连会出现高暂态过电压,目前大多采用短路比进行交互影响分析,其主要考虑的是交流系统等值阻抗模值的影响,并未考虑阻抗角与系统过电压的关系,具有一定的局限性。在CIGER标准模型的基础上搭建两馈入直流系统,保持短路比不变,分别研究强耦合和弱耦合情况下的交流系统本身的阻抗角以及耦合阻抗角对受端换流母线暂态过电压的影响。分析结果表明,耦合阻抗角对系统暂态过电压的影响较小,而适当减小交流系统本身阻抗角有利于减小故障后的过电压,改善故障对系统的冲击,提高系统稳定性。     

STATCOM对双馈入直流系统运行特性的影响

静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)具有对无功功率进行独立快速控制和提高电压稳定性的特点。将STATCOM接入双馈入直流系统某一逆变站交流母线,建立含STATCOM的双馈入直流系统模型,推导了整个系统稳态功率传输的数学模型。通过理论分析和PSCAD/EMTDC仿真,详细研究短路比、直流落点间的电气距离等因素对双馈入直流系统运行指标的影响。并提出利用最大传输有功功率增加量来分析STATCOM对不同短路比时最大传输有功功率的影响。研究表明:STATCOM的接入可以等效的增大直流子系统所馈入交流系统的强度,增大直流子系统的稳定运行区域,改善其换相失败免疫能力,抑制暂态过电压,从而有效改善双馈入直流系统的稳态和暂态运行特性。     

特高压直流分层接入方式下受端交流系统接纳能力分析

特高压直流分层接入交流电网方式具有引导潮流合理分布、提高电压支撑能力等优点,将在我国新建的大容量特高压直流工程中广泛应用。在新的接入方式下,大规模的电能将注入同一区域内不同电压等级的电网中,如何准确分析受端系统的接纳能力亟待深入研究。以实际特高压直流分层接入工程为研究对象,建立分层接入方式下交直流系统的等效模型;在影响因素分析的基础上完善分层接入短路比的定义,并分析其对受端电网接纳能力的影响;推导临界短路比和边界短路比的数学公式,提出分层接入方式下受端系统强弱的量化判断标准。     

特高压直流分层接入电网的落点选择研究

特高压直流分层接入交流电网不同电压等级的运行方式,为缓解大容量直流接入受端电网后的潮流疏散问题提供了有效手段。直流落点选择是一个多目标决策问题,考虑到直流分层接入电网的特点及影响,建立了直流分层接入电网的综合评价指标,在此基础上利用逼近理想解排序法(TOPSIS法)建立了对应的直流分层接入落点选择策略。以实际电网中特高压直流分层接入为例,采用所提方法评价了不同的直流分层接入方案,验证了方法的有效性,所提方法可方便地应用于对实际规划电网中直流分层接入落点方案的选择。     

适用于分层接入的特高压直流输电控制策略

随着中国特高压直流的广泛应用,多馈入直流集中落入受端负荷中心将成为未来中国电网发展所面临的重要问题。特高压直流分层接入方式有助于提高多馈入直流系统电压支撑能力,已经列入国家电网规划。分层接入的特高压直流输电在电路结构上发生了变化,在阀组电压平衡控制、阀组退出后直流功率控制、逆变侧最大触发延迟角控制和无功功率控制等方面需要研究适用于分层接入的特高压直流控制策略。在阀组电压平衡控制方面,两个阀组各运行在逆变侧最大触发延迟角控制,通过换流变压器分接头来平衡电压;在阀组退出后直流功率控制方面,研究阀组退出后限制的功率分配策略;在逆变侧最大触发延迟角控制方面,大扰动下采用实际电流计算最大触发延迟角;在无功功率控制方面,连接不同交流电网的换流器分别控制各自的无功功率。     

特高压直流分层接入下交直流系统中长期电压稳定协调控制

与传统特高压直流单层接入方式相比,分层接入方式从电网结构上改善了交流系统对多馈入直流系统的接纳能力和电压支撑能力,在潮流分布与控制上更加灵活、合理。为了充分利用分层接入直流系统快速功率调节能力,避免或减少中长期电压失稳过程中切负荷造成的经济损失,文中提出一种特高压直流分层接入下的交直流系统中长期电压稳定协调控制方法。首先,基于直流分层接入系统准稳态模型,推导了不同直流控制方式下换流母线电压对分层接入直流逆变器传输功率的灵敏度解析表达式,并建立交直流系统电压轨迹预测模型。综合考虑直流电流和高、低端逆变器熄弧角的调制,基于预测轨迹构建协调电压控制的滚动优化模型,对直流分层注入功率和交流系统各电压控制手段进行协调控制。对山东电网规划系统的仿真分析表明,所提方法能够有效协调直流传输功率在交流电网中的分配,提高了系统电压稳定性并减少了切负荷损失。     

10 000 MW特高压直流工程受端分层接入交流 电网方式下直流控制系统研究

对于受端分层接入1 000 k V和500 k V交流电网的新型电网结构方式,传统的特高压直流控制系统已经不再适用,需要重新研究设计。在对这种新型电网结构方式的特点进行了分析后,给出了与之相适应的直流控制系统整体结构和功能配置。受端同极的两个串联阀组接入不同的交流电网,引起的最大难题是阀组间电压的不平衡,为从控制功能上解决阀组间电压实时平衡的问题,提出一种利用受端串联阀组中点电压测点的双阀组电压平衡控制策略。最后通过RTDS建模试验验证了控制策略的正确性,为2015年电网公司即将实施的分层接入特高压直流工程提供了完整的控制保护解决方案。     

特高压直流分层接入方式下稳态特性研究

探讨了特高压直流分层接入方式下交流系统逆变侧换流母线间电压相互作用影响关系的求解方法,并得出相互作用因子数学表达式。通过PSCAD仿真验证了所求的相互作用因子的准确性。分析了分层接入时,2组换流器采用不同控制方式时对相互作用因子的影响。根据所求的相互作用因子,得出分层接入时系统短路比。特高压直流分层接入方式下,在保持直流输电总功率不变的同时,当分层接入不同的受端系统时,可以使总功率在1000 kV与500 kV两级电网重新分配。最后分析了潮流重新分布时,特高压直流分层接入方式对系统换流器换相失败的影响。     

±800kV特高压直流受端分层接入方式下低端阀厅金具结构设计

特高压直流输电系统受端采用分层接入方式是我国未来电网亟待研究的课题,该方式下换流站阀厅内部金具表面电场计算及结构优化对换流站的整体设计具有重要的指导意义。为此建立±800k V特高压直流输电系统分层接入方式下的仿真模型,得出受端低端阀厅典型金具的电位分布;校核计算传统±800k V阀厅金具在分层接入电压激励下的表面电场分布,并以此为基础,提出一种适用于分层接入方式的±800k V阀厅金具设计方案,即电场分布较严酷的D侧B相避雷器均压环内侧倒角半径根据其最大场强值随倒角半径变化曲线增大至合适的数值,400k V出线均压环管径增大至90mm,其他部分保持不变。计算结果可为采用分层接入方式的特高压直流工程设计和建设提供数据支撑。     

考虑非对称运行和受端分层接入的特高压直流潮流建模

特高压直流(UHVDC)系统运行方式不同,导致潮流建模中两侧约束方程和直流变量不同,需区别对待。在分层接入模式下,逆变侧连接系统参数和运行工况不同的两个交流电网,同一极高低端换流器参数需独立设定。文中建立了含UHVDC的交直流电网潮流模型。区分对称运行和非对称运行方式,基于每种运行方式下系统的对称性,确定独立直流变量,推导变流器等值功率,建立潮流约束方程。分层接入模式下,根据系统容量和两受端电网的传输功率重新划分UHVDC的运行方式,建立其潮流模型。推导不同功率转移方案下直流系统参数的变化,对比其对电网潮流的影响。通过两区域IEEE RTS-96测试系统,验证了所提模型的可行性和正确性。     

受端分层UHVDC换相失败控制和恢复策略

受端分层的特高压直流输电工程在交流系统单一电压等级发生故障时,不仅会导致本层阀组发生换相失败,而且可能引发另外一层阀组换相失败。在故障恢复过程中,层间交直流系统的相互影响还会引发连续多次换相失败。提出基于实时故障检测判定的换相失败控制和恢复策略,可准确判定故障状态、故障发生的电压层级、故障的持续时间。针对交流系统瞬时性故障,仅在发生严重故障时启动控制策略,并防止恢复过程中提前再启动,减少自动再启动次数。当单层交流系统永久性严重故障时,隔离故障层,转为双极半压运行方式。根据昌吉-古泉特高压直流输电工程搭建PSCAD/EMTDC仿真模型,设置多种故障情况,结果表明所提策略能有效降低连续换相失败次数,加快故障恢复,提高输电可靠性。     

特高压直流分层接入方式下阀组在线投入策略研究

目前,受端分层接入技术在特高压直流工程中得到广泛运用。受分层接入影响,高低端无功分层控制、核心控制器下放至阀组层。如何优化阀组投入方式,使其成熟运用于分层接入工程中亟待研究。该文详细介绍了分层接入方式下阀组在线投入的控制策略,着重指出在线投入过程中控制器切换与触发角变化的关系;通过与常规特高压直流比较,提出分层接入方式下阀组在线投入策略的新特点;通过实际建模以及试验支撑,提出阀组在线投入成功的关键步骤。现场试验结果表明,该文所叙述的控制策略适用于现有的特高压分层接入直流工程,分层接入逆变站在合理的时间区间内拉开BPS开关可以确保阀组可靠投入。