河北张北柔性直流电网试验示范工程获得国家核准

<正>近日,国家发展和改革委员会正式印发《关于张北柔性直流电网试验示范工程核准的批复》,核准建设张北柔性直流电网试验示范工程。该工程建成后,将成为世界上电压等级最高、输送容量最大的柔性直流电网工程。张北柔性直流电网试验示范工程新建张北、康保两个送端,丰宁调节端和北京受端共4座±500kV柔直换流站,新增换流容量900万kW;新建张北—康保—丰宁—北京—张北四端柔直环网     

"双碳"赢得绿色未来

“用张北的风点亮北京的灯”,在张北柔性直流电网试验示范工程现场,诗意的口号格外醒目。该工程是世界首个输送大规模风能、太阳能、抽水蓄能等多种形态能源的四端柔性直流电网。经由它,张北无限“风光”顺利进京。绿电点亮一座座奥运场馆,也走进北京的千家万户。     

张北柔性直流电网盈余功率问题的耗能方法EI北大核心CSCD

张北柔性直流电网工程是世界首个直流电网工程。新能源电场孤岛方式接入直流电网时,由于直流电网故障后电压、电流发展速度和通过交流安控装置切除新能源机组时间匹配困难,特别是在新能源孤岛满功率接入条件下,任何扰动都可能引起直流电网的盈余功率,进而引发直流电网的大面积瘫痪。针对新能源电场孤岛方式接入直流电网的2类盈余功率问题,归纳了6种备选耗能方法。以直流可控耗能电阻、交流耗能避雷器、交流可控耗能电阻为例,对耗能方法展开理论分析,通过张北柔性直流电网工程的电磁暂态仿真验证了理论分析的正确性。结果表明,交流可控耗能电阻方法可较好地解决第1类和第2类盈余功率问题,是张北柔性直流电网工程盈余功率问题较优的解决方案。     

张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程开工

正2月28日,张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程开工动员大会在京召开。该工程是世界上首个具有网络特性的直流电网工程,也是世界上电压等级最高、输送容量最大的柔性直流工程,将创造12项世界第一,在我国乃至世界电网科技史上都具有重要的里程碑意义。国家电网公司董事长、党组书记舒印彪出席会议并宣布工程开工。国家能源局党组成员、副局长刘宝华,北京市     

世界首个柔性直流电网开工建设

正2018年2月28,世界首个柔性直流电网——张北柔性直流工程开工建设。该工程连接河北北部与北京,总投资125亿元。工程建成后,将有效促进河北新能源外送消纳,为京津冀地区提供稳定可靠的清洁电力。据介绍,该工程额定电压±500 kV,总换流容量900万kW,也是世界上电压等级最高、输送容量最大的柔性直流项目。工程将建设666 km直流输电线路,新建张北、康保、丰宁和北京4座换流站,确保2020年上半年全部建成投运。     

中国西电研制成功500千伏高压直流断路器

正近日,中国西电自主研制的500千伏高压直流断路器样机通过了型式试验。2013年以来,中国西电依托国家863和973计划重大科技项目,先后研制了10千伏、160千伏直流断路器的原理样机。在此基础上,中国西电以目前世界上电压等级最高、输送容量最大的张北可再生能源柔性直流电网示范工程     

张北柔性直流电网盈余功率问题的机理分析及控制方法

张北柔性直流电网工程是世界首个直流电网工程。新能源电场孤岛方式接入柔性直流电网时,由于直流电网故障后电压、电流发展速度和通过交流安控装置切除新能源机组时间匹配困难,特别是在新能源孤岛满功率接入条件下,任何扰动都可能引起柔性直流电网的盈余功率,进而引发柔性直流电网的大面积瘫痪。首先分析了新能源电场孤岛接入的柔性直流电网的2类盈余功率问题的机理,进一步研究了通过控制方法解决盈余功率的方案,包括:通过附加换流站的控制策略限制流入直流电网的盈余功率、通过换流站和新能源机组协调配合速降新能源机组出力、通过交流母线分列运行防止故障极影响健全极、控制直流电网正常方式传输功率、切除可能导致系统失稳的换流器以及换流站与交流系统联网运行。通过张北柔性直流电网工程的电磁暂态仿真,对解决方案的理论分析进行测试,验证了理论分析的正确性。     

±500kV张北柔性直流电网工程系统设计

张北柔性直流电网工程是世界首个直流电网工程。与前期工程相比,张北工程系统设计的主要难点在于:工程故障穿越要求高、故障发展速度快而核心设备的暂态应力水平受限;新能源孤岛接入双极直流电网存在双极协调控制困难、宽频振荡风险高以及暂时性盈余功率问题严重等问题。针对张北工程系统设计的主要难点,提出新型三次谐波注入策略、直流电网电抗器最优化配置方法、基于接地电阻的续流快速衰减方法、子模块动态平均工作电压策略、新型阀控不平衡快速保护策略、阀本体过压保护的动态定值策略等一系列方案,有效提高了核心设备的电流和电压应力水平对直流电网的适应性;提出了双极V/f下垂控制、大规模新能源场站宽频阻抗特性获取方法、基于交流耗能装置的盈余功率解决方案等,解决了大规模新能源孤岛接入直流电网的双极协调控制问题、宽频振荡问题和暂时性盈余功率问题。通过张北柔性直流电网工程实践,验证了上述策略的正确性和有效性。     

张北柔性直流电网示范工程控制系统架构及协调控制策略研究

张北柔性直流电网示范工程(简称张北工程)将建成世界上首个柔性输电直流电网。不同于以往的多端直流工程,张北工程采用直流断路器对线路故障进行隔离。四端口字型网架结构为潮流提供迂回和备用通道,极大地提高了工程运行的灵活性和可靠性,形成了真正意义上的直流电网。根据张北工程各个换流站所连接交流系统的特点,研究并提出了针对该工程的控制系统架构和协调控制的相关功能,以及有无站间通信方式下具体的控制策略。通过闭环RTDS实时仿真验证了该策略的可行性和合理性。     

柔性直流输电阀基控制设备硬件在环测试方法

张北柔性直流电网工程是世界首个柔性直流电网工程,对阀基控制设备的可靠性提出了更高的要求。为了更全面测试柔性直流输电阀基控制设备,提出了高压大容量柔性直流输电阀基控制设备全规模接入实时仿真系统实现硬件在环测试的方法。通过研制接口机箱,搭建了基于RT-LAB的北京站阀基控制设备全规模接入测试平台,提出了全面的阀基控制设备测试项目及测试方法。对该平台的几个典型工况试验波形的研究表明,所搭建测试平台在阀基控制设备测试方面的全面性和准确性;该测试平台已在张北柔性直流电网工程阀基控制设备的出厂测试中得到应用,可为其他柔性直流输电工程阀基控制设备的测试提供借鉴。     

谐波注入法在柔性直流电网工程中的应用

柔性直流电网技术的应用将是应对全球清洁能源大规模开发的有效技术手段。针对高压大容量柔性直流电网工程受制于电力电子器件自身的通流或关断能力导致电流安全裕度较小的问题,将谐波注入法应用于柔性直流电网工程。通过在正弦波调制的基础上注入3次谐波的方法,提高直流电压利用率,降低同等容量下电力电子器件的电流应力。本文基于张北四端柔性直流电网示范工程搭建RT-LAB实时数模混合仿真系统进行实验,结果表明所提方法具备工程应用推广价值,有利于推动高压大容量柔性直流电网的工程应用。     

高压直流断路器

正高压直流断路器利用电力电子器件开断直流回路,快速清除直流故障,对柔性直流输电系统的稳定、经济运行具有重要作用。桥式整流型混合式高压直流断路器由主通流支路、分断支路和耗能支路组成,利用IGBT分合控制,配合耗能组件实现大电流切除。2020年6月投运的张北柔性直流电网工程采用了世界上电压等级最高(±535 kV)、     

混合式直流断路器快速机械开关特性研究及应用

国家大型风电、光伏等“绿色、低碳”新型清洁能源的并网消纳,迫切需要柔性直流输电新技术及新设备的开发研究。依托张北柔性直流电网试验示范工程,系统研究了混合式直流断路器的核心设备——快速机械开关。基于混合式直流断路器的工作原理及快速机械开关的性能要求,提出了多断口真空开关串联均压的高电压大电流快速机械开关实现方案;通过对快速机械开关分闸动态特性的有限元仿真计算,表明快速机械开关能够在2 ms内运动到耐受暂态开断电压绝缘距离;并通过电气性能试验对仿真计算结果进行了验证。研制成功的高电压大电流快速机械开关已投入张北柔性直流电网试验示范工程实际应用。     

混合式直流断路器快速机械开关特性研究及应用

国家大型风电、光伏等“绿色、低碳”新型清洁能源的并网消纳,迫切需要柔性直流输电新技术及新设备的开发研究。依托张北柔性直流电网试验示范工程,系统研究了混合式直流断路器的核心设备——快速机械开关。基于混合式直流断路器的工作原理及快速机械开关的性能要求,提出了多断口真空开关串联均压的高电压大电流快速机械开关实现方案;通过对快速机械开关分闸动态特性的有限元仿真计算,表明快速机械开关能够在2 ms内运动到耐受暂态开断电压绝缘距离;并通过电气性能试验对仿真计算结果进行了验证。研制成功的高电压大电流快速机械开关已投入张北柔性直流电网试验示范工程实际应用。     

多端柔性直流输电系统

<正>柔性直流输电是指基于电压源型换流器(VSC)的直流输电技术。多端柔性直流输电系统是由3个或3个以上柔性换流站及相互之间输电线路组成的输电系统。其运行灵活,可靠性高,经济性好,并可提高电能质量,改善系统稳定性,可应用于分布式发电接入、新能源发电接入、孤岛供电、城市供电等领域。张北柔性直流电网示范工程首次建设±500 kV四端柔性直流环形电网,预计2020年全面投运。工程建设张北、康保2个送端,丰宁调节端和北京受端共4座柔直换流站,为世界首个     

基于直流断路器的柔性直流电网架空线路故障隔离策略研究

柔性直流输电技术未来将向大规模柔性直流电网发展,从经济性和通用性来看使用架空线路的柔性直流电网最具发展前景,然而架空线路故障率较高,如何实现直流线路故障的快速隔离和系统恢复成为制约柔性直流电网发展的关键因素。针对该问题,文中基于张北柔性直流电网示范工程,以半桥结构的模块化多电平换流器进行了研究,提出了适用于工程应用的直流架空线路故障隔离措施和线路故障恢复策略,并基于RT-LAB实时仿真平台搭建了张北工程四端直流电网系统,对相应的隔离方法及故障恢复策略进行了仿真验证,结果表明,可降低直流线路故障对交流系统的影响,降低直流限流切除对系统稳定性和安全性的影响,为柔直电网工程的实际应用提供了依据。     

张北柔性直流电网工程新能源与抽蓄电站配置方案运行经济性评估

为解决张家口地区大规模新能源的可靠送出和消纳、支撑绿色低碳冬奥,国家电网有限公司拟建设张北?500kV四端柔性直流电网示范工程。评估张北柔性直流电网工程在不同新能源和抽蓄电站配置方案下的运行经济性,对工程建设决策有着重要的意义。为满足计算精度及工程实用性的需要,提出一种基于时序生产模拟仿真的多端柔性直流电网运行经济性评估方法。以新能源最大化消纳为目标,考虑柔性直流电网传输安全、下网功率调峰需求、线路N-1安全运行、新能源与抽蓄电站互补运行、新能源限电率等约束条件,建立基于直流潮流的新能源与多端柔性直流电网混合运行优化模型。以张家口地区全年的新能源出力时间序列为输入,通过运行优化求解,得到张北柔性直流电网全年逐时段的上网和下网功率,核算在不同新能源和抽蓄电站配置方案下电网的运行成本和收益。采用工程经济学中常用的折现现金流的方式,开展方案的经济性评估,案例测试结果验证了所提方法的有效性。     

柔性直流电网单极接地短路电流计算方法

在柔性直流电网工程设计与直流断路器选型中，电网的短路电流是重要的参考依据。针对以架空线作为金属回线网络的真双极柔性直流电网，文章提出了一种单极接地短路电流计算方法。该方法的基本原理是通过建立单极接地故障时电网的状态方程求解柔性直流电网中的短路电流。以张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程为例，通过对比理论计算与系统仿真结果，证明了该方法的正确性与高效性。文中利用该方法分析了限流电抗器电感值等参数对短路电流的影响规律，为工程设计提供了一定参考。文章提出的计算方法可以广泛地适用于不同端数的基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter， MMC）的柔性直流电网工程，为柔性直流电网工程的参数设计与直流断路器的选型提供支撑。     

柔性直流电网站间协调控制功能及稳控配合研究

张北柔直电网工程是世界首个柔性直流电网试验示范工程,由于电力电子设备过载能力相对较弱,且单站容量可达直流电网容量的三分之一,为了保证直流电网的安全稳定运行,在张北柔直电网工程中配置了站间协调控制主机以实现四站之间的相互配合,确保在各种扰动情况下直流电网潮流和电压处于可控的工作状态,同时在站间协调控制主机中实现柔性直流电...     

利用直流断路器实现柔直换流器直流侧在线并网

高压大容量柔性直流电网中换流器的快速可靠在线并网是目前工程中亟须解决的问题之一。由于孤岛换流站不具备交流侧启动能力,需要通过直流侧启动实现换流器并网。为了限制直流侧充电电流,可利用直流断路器对换流器进行预充电。研究通过直流断路器分级合闸实现孤岛换流站在线并网的可行性,提出分级合闸过程中直流断路器电流应力以及避雷器能量的计算方法,并通过该计算方法对张北工程直流断路器的电气应力进行计算。在PSCAD/EMTDC仿真环境中建立了张北柔性直流电网模型并进行了仿真测试,验证了其在直流电网中的适用性,通过仿真结果证明了计算方法的准确性。