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。     

交直流混联受端电网频率紧急协调控制技术及应用

交直流混联受端电网大频差事故下的频率稳定控制是个难题,之前主要依靠电源侧的一次调频响应以及负荷侧的低频减载措施。随着直流功率紧急支援、抽蓄切泵和大规模可中断负荷控制等新型可控资源以及相应新控制技术的出现,全面提升和拓展频率紧急控制技术成为可能。系统性地分析了实现频率紧急全过程控制需要攻克的关键技术,重点阐述了频率紧急协调控制技术中的故障可靠识别、功率损失量准确计算、多防线协同、多措施分类协调、系统监视与管理等核心技术。基于上述关键和核心技术构建了华东电网频率紧急协调控制系统,保障了华东电网的安全稳定运行,提升了新能源的消纳能力。     

改善系统频率稳定性的多直流功率紧急支援协调控制策略

直流功率紧急支援能够有效改善多直流馈入电网在大功率缺额故障扰动后的系统频率稳定性。文中分析了直流功率紧急支援的原理,提出了一种综合考虑直流过负荷能力、直流运行工况和交流输电能力的单回直流实时可提升功率的估算方法。基于交流电网的安全稳定约束,提出了区域电网最大可支援能力的计算方法和“同送出同馈入”的多回直流实际支援量的协调优化算法。在此基础上,提出了改善系统频率稳定性的多直流功率紧急支援的协调控制方案,并在华东多直流馈入电网中进行了仿真验证。     

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。     

综合多类型措施的频率紧急协调优化控制研究

随着电网精益化运行要求的提高,直流紧急功率支援、发电出力快速升降、负荷控制等连续调节型控制技术在当今电网运行控制中得到越来越多的关注。针对我国新能源及跨区特高压直流规模不断扩大形势下电网面临的频率突出问题,分析了故障后暂态频率安全特性及控制需求,计及各类控制措施响应特性、控制代价及暂态频率安全裕度量化指标,制定了多类型控制措施的协调配合原则和思路,提出了一种综合多类型措施的频率紧急协调优化控制决策方法。在保证电网频率安全的前提下,通过协调连续和离散控制措施,降低电网故障后频率控制代价,适应了现代电网精益化频率稳定控制要求。基于实际规划特高压直流送端电网,仿真验证了所提方法的可行性。     

抑制直流连续换相失败的调相机紧急控制

多直流馈入受端电网的换相失败是威胁系统安全的重要问题,为增强系统的动态无功支撑能力,降低直流换相失败概率,国家电网有限公司将在全网部分直流换流站内配置一定数量的调相机。文中首先分析了调相机投运对电网直流换相失败特性的影响,针对常规调相机控制方式在抑制直流连续换相失败方面的不足,分析了调相机紧急控制对抑制直流连续换相失败的效果。根据实际电网中直流连续换相失败特点及控制要求,设计了预防直流连续换相失败的调相机紧急控制系统架构,并提出了调相机紧急控制的实现方法,基于实际电网仿真验证了所提控制架构和方法的有效性。     

新疆电网多送出直流输电系统运行特性分析

针对新疆电网±1 100 kV和±800 kV特高压多回直流外送输电系统交互影响的复杂性,基于2015年冬季大负荷运行方式,利用多馈入影响因子（MIIF）、多送出运行短路比（MOSCR）等指标定性分析交直流以及多直流系统之间的影响;在此基础上,利用BPA仿真平台进一步仿真并量化分析了直流故障下系统的稳定性及多直流系统之间相互作用、支援的特性.结果表明;在直流单极闭锁等典型故障下,新疆电网交直流、多送出直流系统之间的交互影响在合理范围内,但双极闭锁等严重工况下存在功角及电压失稳的风险;配套电源支撑是影响电网安全性的关键因素之一;利用多直流的紧急功率支援可提高送端系统稳定性.     

多直流馈入受端电网两段式频率安全紧急控制策略研究

直流输电容量的不断提高,在一定程度上增大了多直流馈入受端电网频率安全风险。分析故障后动态频率变化典型特征,结合频率安全控制目标,提出两段式频率安全紧急控制策略。第一阶段以故障后动态过程最低频率满足要求作为目标制定控制策略,第二阶段以故障后稳态频率满足要求作为目标制定控制策略。结合多直流馈入受端电网中频率安全紧急控制资源的特点,研究分析两段式频率安全紧急控制策略制定问题,提出制定控制策略的基本原则、步骤和需要的关键信息。用实际电网数据,仿真分析两段式紧急控制策略的效果。研究结果表明,两段式紧急控制策略能够实现故障后全过程频率紧急控制控制目标的协同。     

柔性直流与常规直流协调的紧急功率支援策略研究

柔性直流(VSC-HVDC)具有响应速度快、有功无功解耦、可向交流系统提供无功支撑等运行特性。将柔性直流纳入电网紧急控制系统,可在提升交直流电网暂态稳定性基础上降低常规切机切负荷控制的代价。基于扩展等面积法则(EEAC),研究直流紧急功率支援提高故障后系统暂态安全稳定性的机理;通过对不同类型直流功率调制的对比研究,指出柔性直流与常规直流(LCC-HVDC)的紧急功率支援在改善故障后系统功角恢复方面存在差异,紧急控制应考虑不同类型直流的控制优先级;提出为保障故障后电网暂态稳定所需直流紧急支援功率计算方法,并结合不同故障情况下直流功率支援的优先级制定相应的紧急协调控制策略。     

多直流协调控制系统测试方法的研究与应用

多直流协调控制系统是安全稳定控制系统的重要组成部分,鉴于现有的试验设备不能有效测试多直流协调控制系统,而搭建实际测试环境的成本又较高,对此提出了一种基于仿真测试平台实现测试多直流协调控制系统的方法。介绍了多直流协调控制系统的结构,利用仿真测试平台搭建了测试环境,列举了主要测试项目及测试方法。最终验证,通过仿真测试平台实现测试多直流协调控制系统的方法可行。     

多端直流输电系统中的直流功率调制技术

与常规的双端直流输电系统相比，基于直流功率调制技术的多端直流输电系统能更灵活地向所连接的交流系统提供快速的紧急功率支持，改善交流系统的稳定性。文章对其中一端为弱交流系统的4端直流输电系统运用PSCAD/ EMTDC仿真软件研究了多端直流输电系统的功率调制技术，提出了该系统的仿真模型及其复合控制策略。仿真结果表明，所连接交流系统的强度、各换流站的控制策略和直流系统电流平衡原则的选取会极大地影响直流功率调制的性能，多端直流输电系统比常规的双端直流输电系统能更灵活地运用直流功率调制技术，进而有效地提高所连接交流系统的稳定性。     

基于直流电压—有功功率特性的VSC-MTDC协调控制策略

提出了一种用于大规模海上风电并网时电压源换流器型多端直流(VSC-MTDC)输电系统的协调控制策略。以典型的五端直流输电系统为例,提出了基于本地控制器的换流站间协调控制策略,基于直流电压-有功功率调节特性给出了辅助换流站的改进下降控制策略以及定有功功率控制(APC)换流站的改进控制策略,分析了两换流站的工作模式,根据直流网络的潮流分布和最大最小运行方式给出了辅助换流站和APC换流站参数选择的依据。最后,PSCAD/EMTDC仿真验证了在正常、主导换流站故障和辅助换流站故障工况下协调控制策略的有效性;仿真结果表明,该协调控制策略能够实现多端直流输电系统换流站间的有功功率分配,控制效果良好。     

并联换流器高压直流输电系统控制策略

随着中国高压直流输电技术的发展,在直流工程分期建设和融冰方式运行方面,并联换流器结构受到越来越多的关注。文中详细分析了并联结构的四端直流输电系统特点,提出了整流站定直流电流控制、逆变站定直流电压控制且附加直流电流平衡控制功能的多端直流系统协调配合方式。该方式不仅最大程度地保持了双并联直流系统的相对独立性,简化了多端直流系统控制策略的设计,而且可以实现并联换流器间功率的灵活分配。由于换流器的并联和解并联是系统运行的关键技术,文中提出了详细的第二换流器解锁及第一换流器闭锁控制策略,并基于PSCAD/EMTDC搭建了四端并联直流系统的详细控制策略模型,验证了所提控制策略的有效性。     

含海上风电场的VSC-MTDC系统参与电网调频的顺序控制方法

在含海上风电场的基于电压源换流器的多端直流(VSC-MTDC)输电系统中,为提高陆上电网的频率响应能力,传统附加频率控制策略会同时启动系统中的电压源换流器(VSC)来参与频率调节,这导致频繁的小扰动下,海上风电场中的风机总是偏离其最大功率点跟踪状态。为此,文中提出了一种无需通信的场网联合顺序控制方法。该方法可通过直流电压和频率阈值的判断,按照陆上电网电源到网侧VSC再到场侧VSC的顺序逐次启动系统中的调频设备,仅当扰动较大使直流电压超过阈值时,风机才参与陆上电网频率调节。与"同时"控制相比,该控制方法可显著降低频率调节对风机运行状态的影响。最后,通过一个含海上风电场的四端VSC-MTDC系统验证了所提控制方法的有效性。     

协调经济性及电压稳定性的受端系统紧急负荷控制优化方法

特高压直流逆变站闭锁后,应在确保受端系统安全稳定的前提下尽量减小紧急控制的经济代价,同时,为了使逆变器尽快恢复正常运行,控制后的系统还需要提供足够的无功支撑,为此提出了一种协调经济性及电压稳定性的受端系统紧急负荷控制优化方法。首先,讨论了事故发生后受端系统的动态响应,提出根据电压薄弱性指标识别受端系统的若干电压薄弱节点,将其电压跌落量的平方和作为电压稳定性指标;然后,计算控制方案对应的负荷损失及事故罚款,将两者之和作为经济指标。为克服分段优化问题的求解困难,首先将分段的事故罚款曲线进行了近似光滑处理;然后,在考虑频率、电压及潮流等约束条件的基础上,以经济性、电压稳定性指标的加权和最小为目标,构建紧急负荷控制优化问题的数学模型,并应用原对偶内点法快速求解;最后,以含高压直流输电的IEEE 10机39节点系统为例,对算法进行了验证。结果表明,协调经济性及电压稳定性的优化控制可在不增加经济代价的前提下,改善控制后系统的电压稳定性,有助于逆变站恢复运行。     

基于模块化多电平变流器的轻型直流输电系统

对一种新型的模块化多电平变流器(MMC)在轻型直流输电系统(VSC-HVDC)中的应用进行了研究.首先建立了MMC系统的数学模型,提出了适用于MMC系统的快速脉宽调制控制方法、模块电容电压平衡控制策略以及降低器件开关频率的方法.对于系统级控制,提出了基于MMC的VSC-HVDC输电系统非线性控制器,包括有功功率和无功功率解耦控制器,以及直流侧电压控制器.通过PSCAD/EMTDC仿真软件对所提出的模型和控制方法进行了验证,证实了其可行性和有效性.     

适用于混合多端直流输电系统的非线性下垂控制策略

针对混合多端直流输电系统功率协调控制问题,提出了一种非线性下垂控制策略。该策略考虑了各换流站的电流裕度,由多个换流站共同维持直流电压的稳定,使电流裕度大的换流站承担较大的功率变化量,电流裕度小的换流站承担较小的功率变化量,避免出现部分换流站满载而失去对功率变化响应能力的情况。该控制策略可以协调分配各换流站有功功率,有效降低各换流站直流电压的静态偏差,且提高了系统的响应速度。用根轨迹法对所提控制策略进行了稳定性分析。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

直流大地运行时交流系统直流电流分布的预测方法

直流输电线路在系统调试或发生故障情况下,会处于单极大地回路电流运行方式。当直流输电系统的大地回流很大时,可能造成部分交流输电系统中的变压器处于偏磁状态。该文提出了分析直流大地运行时交流系统直流电流分布的数值方法。该方法使用矩量法分析复杂大地结构中由直流接地极、交流变电站接地网及其它埋地金属管道构成的多接地系统所产生的地中电流场。同时将电路理论与矩量法相结合,从而将多接地系统与地上交流输电网络联系起来。分析了贵广直流输电线路以大地为回路运行时,直流电流在广东春城变电站周围220kV及以上电网的分布,并与现场测试结果作了比较。     

参与电网调频的多端柔性直流输电系统自适应下垂控制策略

针对连接大型海上风电场的多端柔性直流(VSC-MTDC)输电系统,推导了传统直流电压下垂控制的功率分配机理,并分析了该控制策略对受端电网频率可能产生的不利影响。利用VSCMTDC系统的直流电容储能,将受端电网频率和VSC-MTDC系统直流电压耦合,提出了可参与交流电网频率调整的自适应下垂控制方法。该方法根据交流系统的频率偏差,实时调整直流电压下垂系数,使各换流站在无需站间通信的前提下,快速调整各自的输出功率,保证交流系统频率稳定在合理范围内。最后,基于DIgSILENT/PowerFactory仿真软件搭建了五端VSC-MTDC系统,通过3个算例验证了所提方法的有效性。     

适用于MMC多端高压直流系统的精确电压裕度控制

当多端高压直流输电系统用于远距离输电时,直流线路的电压降落以及线路功率损耗会对电压裕度控制的精度带来较大影响,使直流电压不能稳定控制于一点,为此提出一种适用于多端柔性直流输电系统的精确电压裕度控制方法。推导了多端柔性直流输电系统的dq坐标数学模型,基于直流系统潮流计算的思想,充分考虑线路压降和损耗对控制参考值的影响,对电压裕度的取值进行计算,并在控制器中实现裕度修正。在PSCAD/EMTDC环境中建立了基于模块化多电平换流器的三端直流系统仿真模型,仿真结果验证了所提出的控制方法的正确性和有效性,该方法能够有效避免因电压裕度取值不当造成的控制特性偏移,并在系统受到较大功率扰动时可以有效、迅速地转换控制方式,提升系统稳定性。