考虑惯性响应的特高压直流频率协调控制

针对特高压直流送端电网大规模新能源接入带来的频率稳定问题,在直流频率下垂控制的基础上,进一步引入直流虚拟惯量控制,实现了特高压直流惯性响应和一次调频的协调控制。同时,基于直流并网系统的频率响应简化模型,分析了特高压直流参与系统频率控制的机理及对受端系统频率特性的影响;类比传统同步发电机组的惯性响应和一次调频原理,提出了特高压直流频率协调控制的参数整定方法;基于系统的根轨迹,分析了直流频率协调控制参数对送端系统稳定性的影响;基于特高压直流系统的频率控制原理,分析了特高压直流参与系统频率控制的限制因素。然后,基于包含实际特高压直流控制保护系统的RTDS闭环实时仿真系统,对特高压直流在不同频率控制策略、不同控制参数及不同工况下的频率特性进行验证分析。仿真结果表明,相比传统的直流频率下垂控制,特高压直流频率协调控制有效增加了送端交流系统的惯性,改善了系统频率的变化速率和变化幅度,提高了直流系统的频率调节能力。该研究结果为直流频率协调控制在实际特高压直流工程的应用提供了参考和指导。     

适应风电接入的异步联网高压直流输电系统自适应调频控制策略

大规模风电接入高压直流送端系统将导致系统惯量降低,送端系统调频能力不足。为充分挖掘直流和风电协同调频的潜力,提高含风电高压直流送端系统的调频性能,提出一种基于频率轨迹规划的异步联网高压直流输电系统自适应调频控制策略。分析了含风电高压直流送端系统的频率控制特性;综合考虑风电主动频率支撑和直流辅助频率控制,以频率偏差和频率变化率为量化指标,生成参考频率轨迹;在此基础上,对频率轨迹进行区域划分,以参考频率轨迹为基准,实现高压直流输电对送端系统频率的自适应调节。基于MATLAB/Simulink平台搭建改进的两区域4机模型进行仿真分析,验证了所提策略的有效性和优越性。     

送端直流孤岛系统频率限制器优化控制策略

频率限制控制器（frequency limit controller,FLC）作为一种重要的直流有功功率调制手段,可提高交直流混联系统的频率稳定水平,但直流有功功率的调节会改变换流站无功功率水平,进而影响系统电压特性。针对楚穗特高压送端直流孤岛系统,分析了交流系统发生短路故障后,FLC调节有功功率对整流站电压恢复特性的影响机理。在此基础上,提出了基于无功功率变化率的FLC优化控制策略,来提高送端系统的电压稳定性。仿真结果表明,该策略在抑制频率波动的同时,可改善孤岛系统的电压恢复特性。     

金中直流调制对送受端电网稳定性影响的研究

金中直流的调制功能对云南送端电网和广西受端电网的暂态稳定、动态稳定及热稳定水平具有重要影响。主要研究了金中直流功率提升/回降和直流频率限制功能对送受端电网稳定性的影响,并以2018年南方电网丰大极限方式作为基础数据,分析了金中直流功率提升/回降对系统暂态稳定和频率稳定的影响,及金中直流整流和逆变侧频率限制控制器对电网频率稳定的影响,并通过仿真分析验证了直流功率回降在解决受端系统热稳定问题中的作用。仿真和分析结论为金中直流工程控制保护试验中的调制功能测试和相关调制功能的定值整定提供了理论计算依据。     

风电接入VSC-HVDC系统的附加频率控制

为了使风电场系统和电网系统能相互提供惯性支撑和进行频率响应,提出了一种换流站级的附加频率控制策略。该附加控制策略在风电场侧换流站(WFVSC)的定频率控制和电网侧换流站(GSVSC)的定直流电压控制中分别引入了频率-直流电压(f-Udc)下垂特性,人为的耦合两侧交流电网系统频率的关系,在不需要通信的条件下,实现了在事故期间可以灵活相互支援的目的,从而缓解了事故端系统调频的负担。最后在仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建了风电场并网直流外送的模型,仿真结果表明所提附加频率控制策略增强了系统的惯性支撑水平和频率控制储量。     

高比例水电多直流送端电网频率稳定协调控制技术及实践

针对异步联网运行后,高水电占比多直流外送西南电网面临的超低频振荡和频率失稳风险,构建了高比例水电多直流送端电网频率稳定控制框架。在传统控制措施基础上引入直流频率控制和紧急调整功能,提高送端电网频率稳定防御能力。基于直流频率控制器对送端电网频率响应特性的影响分析,提出了直流频率控制器与一次调频的配合关系以及考虑直流功率偏差的二次调频方法。提出了兼顾频率稳定和故障后潮流控制的多直流协调紧急功率调制方案。并通过实际故障后交直流协调控制系统实际动作情况,论述了频率稳定协调控制技术的有效性。     

基于风电机组频率主动支撑的多时间尺度调频控制策略

针对大规模风电经特高压直流外送系统送端惯量降低、调频能力下降等问题,提出了一种双馈风电机组与同步机组共同支撑送端系统频率的多时间尺度协调控制策略,有效提升了系统频率稳定性。根据同步机组调频备用容量与扰动功率分析了不同场景下送端系统的频率调节需求,提出了计及调频死区的双馈风电机组频率主动支撑多时间尺度协调控制策略,通过限幅环节及切换逻辑的合理设计实现了变速控制与桨距角控制的协调配合。基于同步机组备用容量设计了双馈风电机组的调频死区值,使其能够针对不同场景自适应切换惯量支撑和一次调频作用,实现调频资源的优化利用。然后分析了双馈风电机组与同步机共同参与频率调节的动态响应过程,进一步证明其优越性。最后,基于RTLAB实时数字仿真平台搭建了大规模风电经特高压直流外送系统仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。     

用于VSC-HVDC互联系统的附加频率控制策略

为使柔性直流输电(VSC-HVDC)系统两侧交流系统在发生事故时具有相互支援的能力,文中提出一种附加频率控制策略。该策略在定有功功率控制器中引入了频率—有功功率和直流电压—有功功率斜率特性,在定直流电压控制器中引入频率—直流电压斜率特性,不需要站间通信就可以实现两端交流系统通过VSC-HVDC参与彼此的频率调整,减轻事故端系统的调频负担,提高故障期间直流系统的安全稳定性。最后,通过仿真软件PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果表明所提策略充分利用了VSC-HVDC互联系统的频率调整能力,提高了VSC-HVDC互联系统的频率稳定性。     

高压直流输电送端孤岛运行附加频率控制器设计

高压直流输电系统在孤岛运行方式下,由于缺少负荷的频率调节效应,交、直流系统的扰动极易造成送端系统频率的不稳定。采用TLS-ESPRIT算法辨识出某实际电网系统的传递函数,并根据根轨迹校正原则设计了一种直流系统附加频率控制器,利用直流输电系统功率的快速可控性,来稳定送端系统频率。同时,设计了传统比例积分控制器与所提控制器进行比较。在PSCAD/EMTDC中仿真结果表明,所设计的频率附加控制器可以有效地提高孤岛系统的频率稳定性。     

水-火电机组频率控制策略研究

哈密—郑州特高压直流输电送端电网存在大量的水电机组,掌握水电与火电一次调频特性及其差异对大功率输电安全稳定性具有重要意义。以哈密—郑州特高压直流输电送端电网为研究对象,仿真分析了在较高水电负荷比例条件下不同控制参数对调频控制的影响,结果表明,提高水、火电机组的稳定性和持续性都能显著提高综合调频能力和混合电网的频率稳定性,但水电机组容量的增加会提高电网频率的动态超调。此外,水、火电机组调频指令与负荷的线性度水平都有待进一步规范。     

直流频率限制控制器参数多目标双层优化设计方法

异步联网方式下,送端电网转动惯量减小,频率问题突出,直流频率限制控制器(FLC)能有效改善送端电网频率特性。提出了一种直流FLC参数多目标双层优化设计方法。首先,分析了直流FLC参数对其频率调节特性的影响。在此基础上,考虑大功率阶跃扰动和连续小负荷扰动2种运行工况的特点,兼顾直流FLC的频率调节效果、动作特性以及对受端电网频率的影响程度多个目标,构建了直流FLC参数双层优化模型。然后,根据所建模型的特点采用进化算法分层递进求解优化问题,实现了对直流FLC参数的综合最优设计。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台中搭建了2区域4机直流异步互联电网模型。仿真结果验证了所提方法不仅能够保证直流FLC对送端电网频率的有效调节,还可改善直流FLC的动作特性,缓解直流FLC对受端电网频率造成的影响。     

异步联网后云南电网的频率特性及高频切机方案

异步联网后云南电网作为小负荷、大送出的多直流送端电网,频率稳定问题成为威胁电网安全运行的主要风险。研究了负荷模型、调速器参数对频率稳定性的影响,提出适应异步联网后多直流外送的送端电网高频切机协调配置原则,通过时域仿真对比分析了4种高频切机备选方案的适应性,提出了适应异步联网运行要求的送端电网高频切机方案。     

多直流送端电网低频问题对策研究和工程应用

随着西部电源基地的发展,越来越多的送端电网采用了多直流异步联网的方式。由于负荷相对送出规模较小,送端电网容易出现发电功率损失导致的频率降低稳定问题。分析了多直流送端电网当前面临的低频问题及相关控制系统的技术现状,阐述了利用多直流功率紧急回降措施的频率紧急协调控制系统主要设计思路,从系统总体架构、控制原则及控制策略等方面提出了详细的系统建设方案,最后介绍了该研究成果在西南电网的实际工程应用情况。     

风电调频补偿水锤效应的频率特性分析

水轮机在云南电网中占比很大,为了解决水轮机的水锤效应带来的功率反调现象,提出了一种考虑风电调频特性补偿水锤效应的分析方法。首先,建立了含风、水、网、荷的简单系统数学模型。其次,使用直流潮流法得到水轮机及其调频策略、风机及其调频策略所对应的代数微分方程和系统网络方程。并在此基础上进行线性化处理,推导出负荷扰动时水轮机和风机并网节点频率响应的频域解析式。根据解析式分析调频控制参数等对系统频率的影响。最后,通过以双机系统及实际电网的仿真分析对风机补偿水轮机水锤效应的有效性和可行性进行了验证。     

LCC-MMC型混合直流送端交流系统故障时直流电流的暂态过程解析

电网换相换流器和模块化多电平换流器(LCC-MMC)型混合直流输电解决了传统直流受端的换相失败问题,目前葛洲坝—上海直流系统正在进行受端柔性直流化改造的方案论证,而焦点在于送端交流系统故障引起直流电流快速下降的故障穿越问题。为此,首先根据送端交流系统故障时的系统等值电路得到其拉氏运算电路,基于回路电流法通过拉氏反变换求得直流电流的暂态过程,并分析了暂态电流的衰减分量及振荡分量。在PSCAD/EMTDC仿真平台上建立了葛洲坝—上海直流的电磁暂态仿真模型,仿真结果验证了分析的正确性。进一步地,忽略暂态电流的振荡分量,得到了直流电流及其过零时间的近似解析表达式。最后,利用解析表达式分析了交流电压跌落程度、平波电抗器和控制策略对直流电流过零时间的影响。所提方法可为LCC-MMC型混合直流输电的送端交流系统保护定值整定及平波电抗器参数的选取提供依据。     

改善惯性响应与一次调频的风电全直流系统协调控制策略

针对风电全直流系统并网后给交流电网带来的系统惯量降低、调频能力不足等问题,提出一种改善惯性响应与一次调频的变系数风电全直流系统协调控制策略。在惯量响应方面,网侧换流站采用惯性同步控制,直流升压站采用恒变比控制,实现直流电容对电网的惯量支撑及直流低压侧的直流电压对交流系统频率的感知,在此基础上对直流风电机组(DC wind turbine, DCWT)附加变虚拟惯性系数的虚拟惯量控制,使风电全直流系统在不同频率响应阶段具备不同的等效惯量。在一次调频方面,DCWT采用超速与变桨结合的减载运行方式,通过变下垂控制来改变它的有功出力,充分利用不同风速下的备用容量,从而使风电全直流系统更有效地参与一次调频。最后仿真算例表明,该策略改善了风电全直流系统接入后的电力系统的惯性响应及一次调频。     

LCC-FHMMC混合直流输电系统阀侧故障特性及保护策略

送端采用电网换相换流器(LCC)、受端采用半桥与全桥混合型模块化多电平换流器(FHMMC)的LCC-FHMMC混合直流输电系统,在受端发生阀侧单相接地故障时,具有与半桥或全桥型MMC不同的故障特性.分别从交流电源贡献、直流电源贡献以及高低端阀组差异3个角度对阀侧单相接地故障下子模块过电压机理进行了分析.随后,针对FHMMC混合直流输电系统直流侧无直流断路器的特点,提出了一种基于选相型单向晶闸管旁路支路的故障隔离策略,以及适用于LCC-FHMMC混合直流输电系统阀侧单相接地故障的保护策略.最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了相关模型,通过仿真验证了理论分析的正确性以及所提保护策略的有效性.     

考虑电网调频需求时的直流负载电压下垂控制方法

电解电镀、冶金化工、电动汽车等行业的直流型用电负载在电网中的占比越来越大,对电网频率稳定性的影响也因此更加明显了。以响应电网调频需求为目标,提出了在保证电网电能质量的前提下,通过电力电子接口电路实现对直流负载电压的下垂控制,使可调型直流负载能够对电网频率异常事件进行响应。此外,为了确保直流负载的正常用电,并且避免对直流负荷进行频繁切换控制,还进一步提出了分区间调频控制模式,从而满足了需求侧响应、电网友好等电网需求。提出的控制方法结构简单,容易实现,可降低直流负载接入对电网的影响,提升电网对大规模直流负载接入的适应性。最后通过Simulink仿真验证了此方案的可行性、有效性。     

糯扎渡直流频率限制控制器研究

直流孤岛系统送端容量小,抗扰动能力差,送端系统故障容易引起交直流功率不匹配,系统频率失稳,甚至导致孤岛系统崩溃。频率限制控制器能够根据交流系统频率,改变直流功率参考值,使交流系统向直流输送功率与直流功率参考值相匹配,保证系统有功平衡,维持交直流系统稳定运行。结合糯扎渡直流工程分析FLC结构和功能,对其主要参数进行整定,并通过仿真验证FLC的作用。     

纯清洁能源下水电高占比送端电网频率稳定协调控制策略研究

含大容量密集型直流的送端电网在实现纯清洁能源转型后,其转动惯量和有功调节能力将大幅下降,进一步加剧直流闭锁故障时的频率失稳风险。为保障水电高占比送端电网在纯清洁能源形态下的频率稳定性,提出一种统筹考虑虚拟惯量、需求响应、直流调制和稳控切机的多阶段协调控制策略。以规划的四川中长期目标网架为基础,分析了该电网在纯清洁能源形态下发生直流单极、双极、多极闭锁故障后的频率稳定特性,并通过BPA仿真验证了所提频率稳定协调控制措施的有效性。