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。     

特高压直流输电多端馈入方式稳态特性研究

随着传统高压直流输电容量的不断增大,受端系统电压支撑能力限制特高压直流应用的问题变得越来越突出.在分析特高压单端馈入存在的局限性的基础上,提出多端单层馈入和多端分层馈入2种方式.根据节点阻抗矩阵推导出不同馈入方式下的受端系统短路比,并进行对比分析.以向上和德宝直流工程为算例,比较不同馈入方式下的受端系统短路比及功率传输特性曲线,验证多端馈入的优势.从直流联网、系统扩建等方面给出了各种馈入方式的优缺点.最后对未来的特高压直流输电接入方式给出合理建议.     

多馈入直流输电系统短路比指标的有效性分析

从多馈入直流系统功率稳定性角度出发,基于两馈入直流输电系统简化模型,研究了多馈入直流系统功率稳定性与多馈入有效短路比之间的定量关系.分析结果表明:多馈入有效短路比不能完全反映直流系统的功率稳定性,两者之间难以建立明确的定量关系;当受端电网直流馈入数较多时,各回直流系统的临界多馈入有效短路比将可能远小于1.5.     

考虑VSC-HVDC作用的LCC-HVDC系统短路比实用计算

准确量化LCC-HVDC（电网换相换流器型高压直流输电）及VSC-HVDC（电压源换流器型高压直流输电）多馈入系统的传输极限和电网强度是保障新型电力系统稳定运行的关键之一。通过改进传统LCCHVDC交直流系统的电网强度量化方法，提出了量化混合直流馈入系统电网强度的短路比指标，以此分析交直流系统的传输极限。首先，根据潮流方程建立混合直流馈入系统的准稳态模型；其次，通过分析雅克比矩阵奇异性与直流馈入系统功率传输极限的关系，得到用于评估混合直流馈入系统中LCC-HVDC传输极限的短路比指标，并分析指标临界值与VSC-HVDC运行方式的灵敏度关系；最后，通过PSCAD/EMTDC及MATLAB平台验证了短路比指标的有效性。分析结果表明：VSC-HVDC在受端定电压控制方式下具有更好的电压支撑能力，同时VSC-HVDC的运行方式对LCC-HVDC传输极限的影响较小，可通过所提指标进行定量分析。     

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。     

一种通用的多直流馈入系统短路比指标北大核心CSCD

多馈入有效短路比MIESCR是评价含有多回直流馈入的交流电网电压支撑能力的一种常用指标,然而其物理意义和适用范围不够明确。本文将多馈入系统等效成具有相同外特性的单馈入系统,提出了通用化的多馈入等效有效短路比MEESCR的定义,并证明了MIESCR和有效短路比ESCR是MEESCR在某些特定工况下经近似后的特例,也从理论上说明了MIESCR和ESCR的适用范围和误差来源。理论分析和电磁暂态仿真结果表明,相较于MIESCR和ESCR,MEESCR这一指标能更准确的评价多馈入系统中交流电网的电压支撑能力。     

大容量直流输电系统的受端接入模式比较

首先分析了大容量直流输电(large-capacity high voltage direct current,large-capacity HVDC)系统常规接入模式(general connection mode,GCM)、分极接入模式(separate poles mode,SPM)和分层接入模式(hierarchical connection mode,HCM)的结构特点,对比了3种接入模式对系统中其他直流系统多馈入短路比(multi-feed short-circuit ratio,M ISCR)的影响,并得到落点选择的约束条件,使受端交流系统对直流系统的电压支撑能力整体提升,较好地平衡了限制短路电流与增加多馈入短路比间的矛盾。之后,提出了基于最大功率曲线法的静态稳定接纳系数指标用于判断受端电网接纳直流功率的能力。最后,结合南方电网2020年的规划数据,从多个方面对比分析了3种接入模式的优缺点,为直流系统接入模式的规划提供决策参考和技术支撑。     

华东大受端电网直流接入能力评估

受端电网的直流接入能力是直流多馈入电网调度运行部门越来越关注的问题。文中从大规模直流接入华东电网后带来的实际问题出发,分析了限制受端电网直流接入能力的主要因素,以此为基础提出了一种考虑多约束的受端电网直流接入能力计算方法。该方法根据典型方式下备选直流落点的短路容量及各直流间的交互作用程度,快速确定新增直流接入落点,进而综合考虑直流多馈入短路比、电网低谷调峰能力、有效直流惯性常数、电压稳定、暂态稳定等多约束条件,计及电网发展变化迭代增加直流接入容量,最终给出电网直流接入能力。在IEEE 39节点系统中验证了所提方法具有可操作性,基于该方法对华东电网开展直流接入能力评估,为提高直流多馈入电网的运行管理水平提出了建议。     

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。     

多馈入直流输电系统换相失败边界条件

在多馈入直流输电系统中,交流故障引发多回直流系统同时换相失败甚至闭锁的可能性较高。因此,探究逆变侧交流节点间电压交互作用机理并揭示换相失败的边界条件具有重要意义。首先,阐述直流系统逆变侧功率特性,借助受端交流电网的稳态潮流分析推导出多馈入交互作用因子的解析表达式;然后,分析换流器极限关断角和故障后直流电流的变化情况,推导出同时换相失败交互因子,并用该因子表征同时换相失败的边界条件;最后,通过仿真证明了所提多馈入交互作用因子解析计算方法的准确性以及同时换相失败边界条件的有效性。