利用调相机提升送端双馈风机高电压穿越能力的协调控制

提出了一种利用同步调相机提升送端双馈风电场高电压穿越能力的无功协调控制策略,以避免风电场大规模脱网。大容量同步调相机由于其动态无功支撑和短时过载能力强,现已广泛应用于直流输电系统中,然而由于同步调相机的响应时间有限,其故障时无功出力会出现滞后。在分析了双馈风机和调相机的无功出力特性后,提出了一种无功协调控制策略。在部署同步调相机的同时,通过在故障暂态期间控制风电场参与无功调节,可以优化电网电压骤升期间的无功补偿。并在故障后稳态期间控制风电场退出无功调节,使得故障恢复后风电场能更快进入正常运行。在系统发生直流闭锁、小无功扰动或连续换相失败等故障下的仿真结果表明,协调控制方法可以在故障期间有效降低风机峰值端电压,加快系统电压恢复。     

基于调相机与SVC协调的抑制高压直流送端风机脱网的控制策略

在大规模风电接入的高压直流送端电网中,针对发生直流故障后送端交流电压大幅波动导致的风机连锁脱网问题,探讨了直流故障导致风机连锁脱网的内在机理,分析了调相机和静止无功补偿器(SVC)在换相失败和闭锁过程中的动态无功响应特性;在此基础上,提出一种基于换流站侧调相机与风电场侧SVC协调的抑制高压直流送端风机脱网的控制策略:在换相失败和直流闭锁的不同时期,根据送端电压变化特点,分时发挥调相机自发无功响应能力、励磁控制能力和SVC无功调节能力,以抑制暂态压降或暂态压升的幅度超过风机脱网的保护阈值.最后,通过对测试系统和实际电网的仿真,验证了所提控制策略可有效抑制直流故障后送端暂态电压变化,降低风机连锁脱网的风险.     

不同动态无功补偿装置对直流系统故障引发送端暂态过电压的抑制效果对比

直流输电系统在发生换相失败、直流闭锁等故障时,会引发送端暂态过电压。本文分别在基于电磁暂态的两区域直流系统算例和基于机电暂态仿真的大电网算例中分析比较了在直流换相失败及闭锁故障时,3种动态无功补偿装置的抑制能力。仿真结果表明,基于电磁暂态的两区域直流算例和基于机电暂态的大电网算例得到的结论基本一致,相互印证,即同步调相机具有更好的暂态过电压抑制能力。最后,通过优化调相机的直轴暂态电抗和直轴暂态时间常数等关键性能参数,能够更好地抑制直流故障导致的送端交流母线的暂态压升。     

大规模高压直流输电系统闭锁故障下送端风电场高电压穿越的控制策略

大规模风电经高压直流输电系统(high voltage direct current,HVDC)外送时,如果发生送端整流站直流闭锁故障,将导致送端电网电压骤升,致使风电场面临严重的高电压穿越(high voltage ride through,HVRT)的问题。为确保故障期间风电场能够安全并且不脱网运行,首先从双馈异步风力发电机组(doubly fed induction generator,DFIG)的网侧变流器(grid side converter,GSC)约束条件出发,探讨在不同电压骤升程度下网侧变流器的功率适配原则及其可控区,根据不同设备(模块)的响应时间协调发电机控制模块、投入静止无功补偿器(static var compensator,SVC)与切除送端母线交流滤波器的先后顺序,继而提出一种有效的HVRT协调控制方案。仿真结果表明,所提方案既能保证直流闭锁故障情况下双馈风电机组不脱网运行,又能对送端电网进行无功支持从而加速送端网络故障的恢复。     

直流系统中链式STATCOM暂态控制研究

交流侧暂态故障是导致高压直流输电系统换相失败的主要原因,为避免或减少换相失败,换流站中装设大容量H桥链式STATCOM迅速输出无功加快电压恢复。分析了换相失败下直流输电无功需求特性,解析H桥链式STATCOM在系统暂态时稳定控制机理,针对基于瞬时无功理论的解耦控制在不对称系统中的局限性,提出采用去零序瞬时电流跟踪控制方法,将正序、负序电压和电流统一控制,避免装置直流侧支撑电容过电压闭锁跳闸。通过RTDS平台搭建一次系统模型,接入真实的控制器和阀触发系统完成试验验证。当交流侧发生对称或不对称故障时,链式STATCOM迅速响应输出额定无功,加速交流电压恢复并维持系统潮流稳定。试验结果证明了该方法的正确性和可行性。     

抑制直流单极闭锁引起大规模风电机组脱网的直流控制策略

直流单极闭锁故障下交流系统暂态过电压会导致直流近区域新能源机组脱网.针对这一问题,详细分析了单极闭锁对暂态过电压的影响机理并进行验证,发现交流系统大量无功盈余是引起暂态过电压骤升的根本原因;然后基于对单极闭锁故障下健全极整流器功率特性的剖析,以稳态下整流侧换流母线处无功的平衡状态为目标,推导建立了健全极直流电流指令值表达式,提出抑制暂态过电压的直流控制策略.当暂态过电压无法被完全抑制时,为避免风机脱网,提出投入合理容量的调相机进一步抑制暂态过电压的协调抑制策略.最后,基于DIgSILENT仿真平台搭建改进的CIGRE双极标准测试模型与天中直流外送系统模型进行验证.结果 表明,该策略能有效阻断暂态过电压的传递,避免风机大规模脱网.     

混合直流系统中直流侧故障暂态电流的解析表达与故障特性的研究

由基于线性换流器高压直流输电系统(LCC-HVDC)和基于电压源换流器高压直流输电系统(VSC-HVDC)共同构成的混合直流输电系统,其故障特性与传统直流输电系统不同。针对此问题,对混合直流输电系统中直流侧故障暂态电流特性进行了研究。首先建立了送端电网采用LCC型换流站、受端电网采用VSC型换流站的两端混合直流输电系统,利用拉普拉斯变换定理推导了直流侧故障时的等效电路,解析了LCC侧和VSC侧直流故障电流简易表达式。其次,在简易表达式的基础上,充分考虑送端LCC侧换流站的触发角动态变化过程和受端VSC侧换流站交流电流的馈入,进一步解析了两侧精确的故障电流表达式。然后,从故障电流幅值、谐波等方面对比分析了三种高压直流系统中直流侧故障电流的变化特征。最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提故障电流解析表达式的正确性。     

风电直流外送系统风机高压脱网的风险评估北大核心CSCD

风电集中接入的直流外送系统发生线路故障、换相失败及直流闭锁等问题时,可能引起风机大规模高压脱网,对其风险进行评估意义重大。在风机高压脱网原因分析的基础上,文中建立了衡量故障发生可能性的概率模型,对不同故障严重程度下的脱网容量、电压越限等量化指标进行计算,进而提出了系统直流侧故障引起风机高压脱网的风险评估方法。在上述工作基础上,文中基于PSCAD/EMTDC软件搭建了典型风电直流外送系统的电磁暂态仿真模型,获得了不同故障下系统暂态特性及各故障的后果严重程度,利用所提方法量化评估了系统不同运行条件下的风机高压脱网风险。结果表明,距离送端换流站电气距离越近的风电场受到直流侧故障影响的程度越高,风机出力水平越高其高压脱网的风险越大,交流侧火电支撑和动态无功补偿可有效降低风机高压脱网风险。研究结果对风电直流外送系统的安全运行具有指导意义。     

连接弱交流系统的高压直流换流站无功补偿协调控制策略

在馈入端交流系统强度较弱、直流传输功率频繁波动的高压直流系统中,换流站无功补偿设备的协调控制对改善换流母线电压的稳定性具有重要意义。提出了一种基于静态同步补偿器(STATCOM)和电容器组相互协调的多模式协调控制策略,主要包括换流母线电压无静差跟踪额定电压的稳态调压模式、换流站参与近区交流系统电压调节的自动电压控制(AVC)模式,以及换流母线发生短路故障时抑制电压波动与换相失败的暂态控制模式。基于实际工程参数,在电磁暂态仿真软件(PSCAD)建立了±800kV酒泉—湖南特高压直流输电系统仿真模型,并在直流功率波动、AVC中心下发指令电压和馈入交流系统短路故障等多种工况下对该多模式控制策略的性能进行了仿真验证。仿真结果论证了所提出的换流站无功补偿设备协调控制策略的合理性和有效性。     

高压直流换流站无功补偿装置及其特性分析

高压直流换流站无功补偿是高压直流输电工程设计的重要内容,从换流站无功补偿装置和换流站无功调节与控制两个方面介绍高压直流输电换流站无功配置的方法,并从稳态和动态的角度分析了各种无功配置方法的性能。总结了并联型无功补偿装置及串联型无功补偿装置的原理、特点和应用,简述了利用交流系统无功支持能力和变压器抽头调节及触发角调节无功。确定了换流站无功补偿应选择合理的无功补偿装置并充分利用交流系统的无功支持能力和高压直流系统调节综合控制换流站无功。     

应对多馈入直流换相失败的同步调相机布点方法

特高压直流输电网受端交流故障诱发的直流换相失败会造成系统短时大量功率短缺,对系统安全稳定性带来巨大威胁。同步调相机因其强大的动态无功支撑能力,在应对多馈入直流换相失败及加快系统暂态恢复过程方面受到了越来越多的关注。从多馈入直流间相互作用角度出发,分析了调相机应对多馈入直流换相失败的优势,结合多馈入交互作用因子、多馈入有效短路比及相对暂态电压跌落面积指标,逐层确定最佳的动态无功补偿站点,提出一种可运用于工程实际的调相机应对多馈入直流换相失败的布点方法,并在华东电网数据典型运行方式的基础上进行了仿真验证。     

抑制多馈入直流换相失败的同步调相机优化配置方法

多馈入直流系统中交流侧短路故障发生后,导致交流系统电压持续降低进而引起多条甚至全部直流同时发生换相失败,使电网安全稳定性受到严重破坏。同步调相机具备过载能力,且其无功输出受系统电压影响小,在面对交流故障带来的电压跌落可以提供较强的无功支撑,从而抑制直流换相失败的发生。为了抑制直流换相失败,提出了一种抑制多馈入直流换相失败的同步调相机优化配置方法,对其安装地点及容量这两个方面同时进行了优化配置。首先从直流换相失败持续时间出发,且考虑各直流间相互作用,提出了一种抑制换相失败效果指标;然后根据电气距离确定了安装待选区域,由无功补偿响应指标筛选出同步调相机最佳补偿地点;随后建立了同步调相机配置优化模型,对最佳配置方案进行二阶段的求解,获得最终配置方案;最后在实际大电网仿真结果表明,所得最终解能够考虑经济性的同时有效抑制交流故障引起的多馈入直流换相失败。     

电网谐波电压对同步调相机转子损耗的影响

高压直流输电系统单极大地回线运行会使得附近变压器产生直流偏磁现象,增加变压器副边电压的谐波含量。当变压器与为换流站提供无功支撑的同步调相机连接时,谐波电压会影响同步调相机的转子损耗。本文针对不同谐波电压下,同步调相机转子损耗的变化展开研究。采用时步有限元法计算了同步调相机空载、进相以及迟相运行条件下,谐波电压对转子铁心和槽楔损耗的影响,对比分析了转子各部分损耗大小随电压谐波次数的变化规律。研究结果为同步调相机的安全可靠运行提供了理论基础。     

加装同步调相机对多直流馈入受端电网的影响分析

随着直流的大规模馈入,受端电网运行特性发生显著变化,大量本地机组关停,导致动态无功储备和电压支撑不足问题凸显,电网承受扰动能力下降,因此迫切要求配置同步调相机等动态无功补偿装置。通过仿真软件对电网加装调相机前后的电压稳定裕度、引起直流换相失败的交流故障范围及短路电流水平进行仿真计算和比较分析,全面评估了多直流馈入受端电网中时加装调相机后对系统运行的影响。该研究为同步调相机布点配置和参数选取提供有效参考和依据,有助于推进多直流馈入大受端电网时同步调相机配置工作的开展。     

混合型多电平变流器桥臂电容电压平衡的原理与控制

混合式多电平变流器(HMC)能够实现有功无功独立控制,在直流侧发生故障时,交流侧电流仍然可控,这对于构成直流电网有重要意义。文中研究了HMC的电压合成方法以及在静止同步补偿器(STATCOM)模式下和高压直流(HVDC)模式下的能量平衡原理。基于能量平衡的原理,提出了STATCOM模式下和HVDC模式下桥臂电容稳压控制方法,并提出了HVDC模式下桥臂电容稳压的具体实现方法。为了验证所提出的能量平衡原理及控制策略,根据仿真算例所提供的参数,搭建了端对端直流输电的PSCAD仿真模型,对HMC的启动充电、解锁、有功渐变和直流故障过程进行了仿真。仿真结果显示,HMC能够实现有功无功独立控制,能够隔离直流侧故障,所提出的能量平衡原理与控制方法能够实现桥臂电容的稳压控制。     

高压直流输电系统动态恢复特性的仿真研究

为改善高压直流输电(HVDC)系统故障下的动态恢复特性,运用PSCAD/EMTDC仿真工具,研究了HVDC系统逆变站分别采用固定电容器(FC)、静止无功补偿器(SVC)、静止同步补偿器(STATCOM)3种无功补偿设备时的故障恢复特性,其中故障有直流闭锁、换流母线三相接地、单相接地、远端三相接地等。结果表明,交流系统较弱时,SVC会降低交流系统强度,而导致HVDC系统故障及故障恢复时发生连续换相失败,而STATCOM在电压保持、功率恢复等方面都较其他补偿设备有着明显的优点,能够显著改善HVDC系统的动态特性。     

高压直流定无功功率交流故障恢复方法

高压直流系统无功功率动态特性与直流控制强相关,对受端交流系统故障电压恢复特性具有显著影响。为此,研究了直流控制与无功功率动态特性的相互作用关系及其对故障恢复的影响。首先,分析受端交流系统故障时直流系统固有的无功功率动态特性,在此基础上,研究直流电流指令值、交流母线电压与无功功率交换量之间的动态相关性,提出低压限流功能的替代方案。接着,针对交流母线电压的不同故障水平,进一步研究了交流系统与换流站在不同交流电压水平下的无功功率交换能力。最后,仿真验证了在对称故障下所提替代方案能够提升交流故障支撑能力,改善系统的故障恢复性能,降低系统恢复过程中发生换相失败的概率。     

含同步调相机的直流换流站稳态无功协调控制策略

网源稳态调压方式会对系统动态无功支撑能力产生直接影响。针对特高压弱受端电网电压稳定性下降的问题,提出了一种直流换流站内滤波电容欠补偿、同步调相机迟相运行的稳态无功协调控制策略。同步调相机自动电压控制(AVC)子站作为控制中枢,与直流控保系统进行运行信息、动作指令信息和动作报文信息通信,以交直流系统无功交换量为控制目标,通过同步调相机与滤波电容无功置换,达到减少滤波电容投入组数、增加同步调相机稳态无功出力的目的,从源头上减少交流电压跌落导致的直流换流站无功补偿缺额。基于雅中—江西特高压直流投运后的江西电网规划数据,在PSASP仿真平台上开展潮流计算与暂态稳定分析。不同工况下的仿真结果表明,所提协调控制策略可以有效降低弱受端电网电压失稳的风险,提升直流功率的消纳能力。     

抽蓄机组调相运行对宾金直流无功电压支撑的仿真研究

特高压直流馈入电网的无功电压支撑能力对降低直流换相失败及闭锁概率、提升直流运行的稳定可靠性有重要作用。在论证抽水蓄能机组调相运行模式的关键技术和可行性的基础上,提出采用临近抽蓄机组调相运行为特高压直流提供无功电压支撑的运行方式。以浙江电网宾金直流和邻近的抽蓄机组为例,仿真分析了抽蓄机组采用调相运行方式后在交流系统短路等典型故障下对宾金直流的支撑作用,验证了特定工况下可以采用抽蓄机组调相运行来提升直流运行的可靠性进而提升多馈入直流的浙江电网安全、可靠运行水平。