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。     

湖北电网规划特高压落点初探

根据国家电网公司《国家电网总体规划设计》（2008年版）规划,结合湖北电网实际,对湖北即将建设的武汉、宜昌南、黄石3个1000kV交流特高压站以及2个特高压直流换流站落点位置及接入系统方案进行了研究,并提出结合特高压落点,优化湖北电网结构的相关建议。     

分层接入特高压直流系统换相失败预测控制策略研究

特高压直流系统分层接入后,受端电压等级不等的两电网存在耦合关系,对换相失败预测提出更高要求,常规直流系统配置的换相失败预测功能难以满足要求。在详细介绍常规特高压直流换相失败预测控制策略的基础上,以昭沂直流受端沂南站为例,提出换相失败预测控制模块改进策略,并通过仿真验证所提换相失败改进控制策略的有效性。     

特高压直流分层接入方式下稳态特性研究

探讨了特高压直流分层接入方式下交流系统逆变侧换流母线间电压相互作用影响关系的求解方法,并得出相互作用因子数学表达式。通过PSCAD仿真验证了所求的相互作用因子的准确性。分析了分层接入时,2组换流器采用不同控制方式时对相互作用因子的影响。根据所求的相互作用因子,得出分层接入时系统短路比。特高压直流分层接入方式下,在保持直流输电总功率不变的同时,当分层接入不同的受端系统时,可以使总功率在1000 kV与500 kV两级电网重新分配。最后分析了潮流重新分布时,特高压直流分层接入方式对系统换流器换相失败的影响。     

特高压直流分层接入方式下阀组在线投入策略研究

目前,受端分层接入技术在特高压直流工程中得到广泛运用。受分层接入影响,高低端无功分层控制、核心控制器下放至阀组层。如何优化阀组投入方式,使其成熟运用于分层接入工程中亟待研究。该文详细介绍了分层接入方式下阀组在线投入的控制策略,着重指出在线投入过程中控制器切换与触发角变化的关系;通过与常规特高压直流比较,提出分层接入方式下阀组在线投入策略的新特点;通过实际建模以及试验支撑,提出阀组在线投入成功的关键步骤。现场试验结果表明,该文所叙述的控制策略适用于现有的特高压分层接入直流工程,分层接入逆变站在合理的时间区间内拉开BPS开关可以确保阀组可靠投入。     

适用于分层接入的特高压直流输电控制策略

随着中国特高压直流的广泛应用,多馈入直流集中落入受端负荷中心将成为未来中国电网发展所面临的重要问题。特高压直流分层接入方式有助于提高多馈入直流系统电压支撑能力,已经列入国家电网规划。分层接入的特高压直流输电在电路结构上发生了变化,在阀组电压平衡控制、阀组退出后直流功率控制、逆变侧最大触发延迟角控制和无功功率控制等方面需要研究适用于分层接入的特高压直流控制策略。在阀组电压平衡控制方面,两个阀组各运行在逆变侧最大触发延迟角控制,通过换流变压器分接头来平衡电压;在阀组退出后直流功率控制方面,研究阀组退出后限制的功率分配策略;在逆变侧最大触发延迟角控制方面,大扰动下采用实际电流计算最大触发延迟角;在无功功率控制方面,连接不同交流电网的换流器分别控制各自的无功功率。     

基于直流电流控制的特高压直流分层接入系统协调控制策略

为解决特高压直流分层接入系统中传统换相失败预防方法的失效问题,提出一种基于直流电流控制的协调控制策略。该策略在深入分析换相失败发生的主次要因素的基础上,通过检测交流系统故障,根据故障层换相失败预防控制的输出,提前触发非故障层换相失败预防控制。同时根据交流母线电压的跌落程度自适应地降低故障初期的直流电流,增大非故障层的换相失败免疫能力,改善故障层的后续换相失败。在PSCAD/EMTDC中搭建特高压直流分层接入系统。仿真结果表明,该策略能够有效抑制非故障层的换相失败和缓解故障层的后续换相失败,大幅度提升故障时期直流功率的传输,有利于电力系统安全稳定运行。     

10 000 MW特高压直流工程受端分层接入交流 电网方式下直流控制系统研究

对于受端分层接入1 000 k V和500 k V交流电网的新型电网结构方式,传统的特高压直流控制系统已经不再适用,需要重新研究设计。在对这种新型电网结构方式的特点进行了分析后,给出了与之相适应的直流控制系统整体结构和功能配置。受端同极的两个串联阀组接入不同的交流电网,引起的最大难题是阀组间电压的不平衡,为从控制功能上解决阀组间电压实时平衡的问题,提出一种利用受端串联阀组中点电压测点的双阀组电压平衡控制策略。最后通过RTDS建模试验验证了控制策略的正确性,为2015年电网公司即将实施的分层接入特高压直流工程提供了完整的控制保护解决方案。     

基于双判据的特高压直流分层接入系统换相失败预防控制策略

特高压直流分层接入系统中逆变侧受端交流系统故障可能造成高低端换流器同时发生换相失败。对此,综合考虑换流器发生换相失败的电压、电流因素,提出一种基于双判据的特高压直流分层接入系统换相失败预防控制策略。该策略基于换流母线电压变化特征,动态调整关断面积控制中关断角参考值;同时基于直流电流变化特征,得到换相电流面积控制中晶闸管触发角的修正量,进而优化选取各层换流器的触发角,预防高低端换流器同时发生换相失败。在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型对不同工况下所提换相失败预防控制策略进行了验证。仿真结果表明,该策略能快速应对逆变侧交流系统故障,减小高低端换流器同时发生换相失败的风险,可预防分层接入系统高低端换流器同时发生换相失败。     

分层接入方式下锡泰特高压直流输电系统阀组电压平衡控制

锡盟—泰州±800kV特高压直流输电工程,采用分层接入的方式,在泰州换流站分别接入1 000kV和500kV交流电网。在这种新型电路结构下,如何保证单极中接入不同电压等级交流电网的两个串联阀组的直流电压均衡,对于直流输电系统的安全稳定运行是非常重要的。结合锡盟—泰州直流工程,在分析直流输电系统控制策略的基础上,对分层接入的阀组电压平衡控制进行研究,提出了电压平衡控制策略和中点分压器容错处理方法。通过RTDS建模试验验证了控制策略的正确性,并在锡盟—泰州特高压直流工程获得应用。     

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。     

同步调相机对分层接入特高压直流输电系统的暂态过电压抑制作用研究

目前已有特高压直流工程采用分层接入方式,同时随着新能源发电占比的提高,送端电网面临着暂态过电压的问题,同步调相机可以抑制过电压,有必要深入研究同步调相机对分层接入特高压直流输电系统暂态过电压的抑制效果。建立了含同步调相机的分层接入特高压直流输电系统模型,理论分析了同步调相机对暂态过电压的抑制机理,针对降功率运行、双极运行双极闭锁、双极运行单极闭锁和高低端换流器同时换相失败4种不同工况,研究了不同台数同步调相机对暂态过电压的作用效果,最后提出了基于暂态过电压的短路比增量指标,定量评估了同步调相机对暂态过电压的作用效果。结果表明所提指标可有效定量评估同步调相机抑制暂态过电压的作用效果,当分层接入特高压直流输电系统整流侧交流系统短路比在3~8变化,投入1台同步调相机后整流侧交流系统基于暂态过电压的短路比增量为0.106~0.396,投入2台同步调相机后基于暂态过电压的短路比增量为0.251~0.788,因此,投入同步调相机可等效提高交流系统短路比,有效抑制送端暂态过电压。     

考虑非对称运行和受端分层接入的特高压直流潮流建模

特高压直流(UHVDC)系统运行方式不同,导致潮流建模中两侧约束方程和直流变量不同,需区别对待。在分层接入模式下,逆变侧连接系统参数和运行工况不同的两个交流电网,同一极高低端换流器参数需独立设定。文中建立了含UHVDC的交直流电网潮流模型。区分对称运行和非对称运行方式,基于每种运行方式下系统的对称性,确定独立直流变量,推导变流器等值功率,建立潮流约束方程。分层接入模式下,根据系统容量和两受端电网的传输功率重新划分UHVDC的运行方式,建立其潮流模型。推导不同功率转移方案下直流系统参数的变化,对比其对电网潮流的影响。通过两区域IEEE RTS-96测试系统,验证了所提模型的可行性和正确性。     

特高压直流分层接入方式下层间交互影响研究

为研究特高压直流分层接入方式对电力系统带来的影响,分析了直流分层接入方式下层间交互影响因子的计算方法,对比不同计算方法之间的差异,分析其产生的原因。通过与传统接入方式的对比,研究了直流分层接入方式对层间交互影响、有效短路比以及暂态过电压的影响。结果表明直流分层接入方式下层间交互影响更小,各层有效短路比更大,暂态过电压更小。相比传统接入方式,直流分层接入方式更优。     

改善受端电网调峰裕度的特高压直流外送风火协调调度

本地消纳能力不足是导致国内"三北"等风电资源丰富地区严重弃风的主要原因之一,通过特高压直流输电通道实现风火联合外送,是大规模风电跨区消纳的有效途径。直流通道采用传统定功率运行方式,未充分考虑受端电网的负荷特性,直流外送风火电源仍有较大调峰潜力。文中在大风电场群出力特性分析的基础上,提出基于风电出力爬坡量累积曲线的最小配套火电容量的确定方法,并建立了综合考虑风电消纳和受端电网负荷变化的风火直流外送调度模型。利用CPLEX软件求解模型,并对所提方法进行仿真验证。结果表明,相对于传统调度模式,所提方法更能发挥特高压直流外送风火电源的调峰潜力,受端电网等效剩余负荷峰谷差、均方差显著减小,有效改善了受端电网的调峰裕度。     

负荷主动响应应对特高压受端电网直流闭锁故障的探讨

特高压直流输电线路因其输电容量巨大,一旦发生闭锁故障,受端电网输入功率严重缺失,将给电网运行带来巨大冲击,目前的常规调度手段可能会切除大量负荷。频率响应负荷能够在频率偏低时快速主动减少用电或退出用电;电压响应负荷可通过母线电压的主动调整来改变负荷有功大小,帮助电网快速实现功率平衡。通过对频率响应负荷和电压响应负荷调节能力的事前评估和事中统计,并与拉限电策略的在线协调优化,可以减少事故情况下的负荷切除量。发电资源和负荷资源的统一调度可提高特高压直流故障后受端电网的频率稳定水平,仿真结果表明了发电和负荷协同调度策略的有效性。     

特高压直流接入背景下的UPFC系统级控制策略

为缓解特高压直流馈入受端电网后造成的多个交流输电通道紧张的问题,提高换流站交流母线暂态电压支撑强度和稳态调压能力,首先基于电网络理论推导了统一潮流控制器(UPFC)对输电线路电流、交流母线电压的控制灵敏度,分析了利用UPFC系统级控制功能(线路有功/无功潮流控制以及并联换流器无功功率控制)实现输电线路过载控制和交流母线电压调节的可行性。在此基础上,提出了一套特高压直流接入背景下的UPFC系统级控制策略,以监控系统运行参数并自动生成满足系统安全稳定约束的UPFC系统级控制指令值。最后,以锦苏直流落点附近的苏南500 kV UPFC示范工程作为仿真算例,验证了所提出的控制灵敏度分析的有效性和UPFC系统级控制策略的可行性。