含多端柔性直流输电系统的交直流电网动态特性分析

根据半桥式模块化多电平换流器(MMC)的数学模型和控制策略,搭建出基于PSCAD/EMTDC的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)仿真模型.设计了适合于交直流耦合电网的MMC-MTDC多级控制系统,包括阀组级控制器、换流站级控制器和系统级控制器,并进行了交直流电网暂态稳定分析.在建立的仿真系统中模拟交流电网事故、直流线路故障、冲击负荷等多种苛刻运行条件,以校验MMC-MTDC接入交流电网后的动态响应特性.仿真结果表明:各级控制器间的相互配合使得所构建的MMC-MTDC在交流电网故障情况下具备送端转移的能力;系统在任意一端换流站故障退出后仍具备稳定运行的能力;在MMC-MTDC发生直流线路故障退出运行后,交流电网仍能保持稳定运行.     

基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电控制系统设计

为了设计并搭建基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电(MMC-MTDC)控制系统。首先分析了模块化多电平换流器的基本原理,并基于此基本原理设计了阀组级控制器以及采用矢量控制的换流站级控制器。接着,设计了适用于MMC-MTDC的直流偏差控制器;最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中对所设计的控制系统进行仿真分析。仿真结果表明:控制系统实现了换流站的功率控制与交流电压控制,并且使得换流站具备了孤岛供电能力;在定直流电压换流站故障退出运行后,后备定直流电压换流站能够自动实现直流电压的偏差控制;各级控制器间的相互配合使得所构建的MMC-MTDC系统稳定、可靠地运行。     

海上风电接入多端柔性直流输电系统中换流站退出运行时直流功率再分配策略

大容量海上风电场通过多端柔性直流输电系统接入主网是未来极具前景的并网方式。研究了岸上换流站故障退出运行后,基于电压源型换流器的多端直流输电系统(voltage source converter based multi-terminal HVDC,VSC-MTDC)直流功率的优化再分配策略。岸上健全换流站间的功率再分配可分为自消纳情景与无法自消纳情景。首先,针对自消纳情景,以减小潮流重分配对交流电网频率稳定影响为优化目标,合理地重新配置各受端换流站的控制器,使转移功率完全被故障端换流站所在交流电网消纳;其次,针对无法自消纳情景,保持故障端换流站所在交流电网内的其余健全换流站满发,并利用源侧风电场的桨距角控制以及虚拟惯量控制减小换流站退出功率冲击对岸上电网频率稳定影响。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建改造的39节点系统,所设计的直流功率再分配策略对系统频率稳定提升得到了验证。     

柔性直流输电系统接入交流电网的高频谐振风险运行方式辨识

柔性直流输电系统接入交流电网后存在高频谐振的风险,研究表明交流电网运行方式变化与高频谐振的产生存在内在关联。针对交直流系统中的高频谐振问题,首先构建了柔性直流输电系统直流侧和交流侧计及串补站的等效阻抗模型,分析了柔性直流输电系统接入交流电网的高频谐振机理。对柔性直流输电系统交流侧运行方式变化(特别是线路发生N-1、N-2故障)下等效阻抗的变化规律进行了理论分析和总结。此外,提出了一种柔性直流输电系统接入交流电网的高频谐振风险运行方式辨识方法,并以某地区电网局部交直流系统实际数据为例进行仿真,验证了所提辨识方法的有效性。     

多端柔性直流输电系统接入某海岛电网的研究

多端柔性直流输电系统是理想的风电场与电网的联接方式。根据规划,将在某海岛建设多端柔性直流输电工程。岛上风电场及岛上负荷将经交直流混合输电线路与陆上交流电网实现互联,电网运行特性复杂。根据建设坚强智能电网的要求,需详细分析多端柔性直流输电系统的接入对电网影响。在PSCAD/EMTDC中搭建含多端柔性直流输电系统的交直流混合输电模型,分析混合输电方式下电网运行的稳定性。仿真结果表明多端柔性直流输电系统的接入增强了风电场出口处电压的稳定性,确保了风电的可靠输出。若交流线路由于故障或检修退出运行,与其并列运行的换流站改变功率传输模式,承担整个风电场功率的传输,提高了系统运行的稳定性。     

半波长输电系统运行特性的全电磁暂态仿真研究

为了同时准确模拟半波长输电线路波传播过程及其落点电网的运行特性,建立了含特高压半波长输电工程的华东大规模交直流混联电网的全电磁暂态仿真模型,建立其稳态运行方式,研究了半波长线路稳态运行特性;通过模拟半波长输电线路区内故障和区外交直流电网发生的严重故障,分析了半波长输电系统暂态运行特性及其与交直流相互影响。研究表明,半波长线路区内故障比区外故障对电网系统的影响更加严重,线路的首端和末端发生故障时,发生换相失败的直流回数和次数较多,故障后系统均能恢复稳定运行;半波长线路安装避雷器后能够提高系统的稳定性,减少直流换相失败的回数和次数,提高线路的输送能力。     

四川多回±800kV直流外送系统直流有功功率协调控制

金沙江1期工程和特高压交流输电系统建成后,四川将形成特高压交直流混联系统。电网结构更加复杂,电网安全稳定运行的压力进一步增大。针对四川交直流混联电网的特点,选择直流功率协调控制作为提升四川电网安全稳定水平的技术措施。提出了交直流协调控制中直流附加控制器输入信号的选取原则,评估了多回特高压直流有功协调控制对2012年四川电网丰大极限方式下系统稳定性的影响。结果表明:当交流线路出现故障时,通过直流有功功率的快速调节,承担原有交流线路输送的部分或全部功率,可以提高系统抵御严重故障的能力。     

±500kV柔性直流电网控制策略研究

文中针对±500 kV柔性直流电网的控制策略加以分析研究,并使用时域仿真的手段加以验证。针对张北柔直电网换流器控制策略,其要避免接入短路比在1.3以下的弱交流电网;直流电网的系统级控制非常重要,要兼顾系统稳定与换流器过负荷两方面的要求;由于直流电网配置线路直流断路器,可以利用合直流断路器来为其他换流器充电;对于直流电网可以通过配置快速合环开关来实现换流站退出后的线路潮流快速合环。     

±660kV银东直流输电工程受山东交流电网故障的影响研究

交直流混联输电系统中的交直流相互影响问题一直备受电力设计、运行单位的关注。该文详细介绍了±660kV银东直流输电工程的控制策略,并采用一种适用于电磁暂态仿真的动态等值方法对受端山东交流电网进行了等值建模;在此基础上,通过建立银东直流输电工程及山东交流电网的PSCAD模型,对距离银东直流系统较近、较远及很远的交流线路故障及其对银东直流系统的影响进行了仿真研究。结果表明,距离银东直流系统越远,交流电网故障对直流系统运行特性的影响越小;对于相同条件下的同一故障点,三相短路故障对直流系统的影响比单相接地故障要大得多。     

基于PSModel的江苏电网机电-电磁混合仿真

江苏电网直流输电发展迅猛,未来将通过直流输电受入大量功率。在电网运行过程中,交流电网故障将通过换流站母线对直流输电运行产生影响,可能造成直流输电发生换相失败等,而目前电力系统稳定分析所采用的机电暂态仿真手段可能无法准确反映该动态过程。文中分别采用机电仿真软件BPA和机电-电磁混合仿真软件PSModel(power system model)2种仿真工具,对比仿真分析和研究了江苏电网交流故障对直流输电运行的影响,相关结论为电网运行分析工作提供建议和参考。     

同步和异步运行电网暂态电压稳定性分析

随着直流输电快速发展,交直流混联电网暂态稳定问题越来越突出,将同步运行大电网通过直流线路实现异步互联成为一种新的思路。同步大电网异步运行后,暂态稳定问题尤其对于直流闭锁故障后引发的功角稳定问题有所好转,但异步运行后暂态电压稳定风险依然存在。本文从实际运行的大电网入手,建立了同步和异步运行2种交直流混联电网的等值模型,通过理论分析和仿真计算,揭示了直流故障和交流故障导致这2种电网暂态电压失稳的风险,并探讨了影响交直流混联电网暂态电压稳定性的因素。结果表明大电网异步运行能有效避免大面积电压失稳,但系统薄弱网架或潮流分布不均处仍可能存在局部电网功角失稳或电压失稳。     

适应换流站近区交流电网稳控装置的故障跳闸判据

当直流换流站近区交流电网线路发生短路故障时,装置安装处的电气量变化规律与传统电网差异较大。首先,基于直流换流站近区电网的实时数字仿真(real time digital simulator,RTDS)验证传统稳定控制装置(稳控装置)中故障跳闸判据的正确性,指出直流换相失败导致靠近换流站侧稳控装置拒动的原因;然后,通过分析短路故障期间电压序分量的特征,明确其与相电压的相对大小关系,进一步提出结合电压序分量和相间余弦电压的故障跳闸新判据;RTDS仿真结果证明新判据的有效性和可靠性。     

柔直电网站内单相接地故障分析及过电压抑制

柔直电网换流站内单相接地故障的电磁暂态过程复杂且易产生过电压,严重影响系统的安全稳定运行。文中将换流站内单相接地故障分成交流故障区和直流故障区,首先采用复合序网络定量分析交流侧过电压机理及零序电压特征。然后,基于换流器控制器方程推导得到故障序分量从交流侧向直流侧传播的规律,得出零序电压是导致直流侧和其他换流站过电压的主要因素。此外,为了抑制直流侧过电压,提出一种零序过电压控制方法,并给出控制器参数的选择方案。最后,基于PSCAD搭建柔直电网仿真模型,仿真结果验证了故障机理推演的正确性及过电压抑制策略的有效性,提升了站内单相接地故障后的安全稳定运行能力。     

海上多端直流输电系统协调控制研究

为了避免多端直流输电系统(multi-terminal DC,MTDC)对各换流站之间高速通信的要求,实现各换流站间的自主协调控制,基于电压源型换流器的电压?电流特性和故障时减少风功率注入的思想,提出了种应用于大规模海上风电场功率远距离外送的多端直流输电系统协调控制策略。在多端直流输电系统正常运行时,网侧换流器不仅可以控制直流电压的稳定,而且可灵活对电网进行风电功率传输。在多端直流输电系统故障运行时,风场侧换流器来保持直流电压的稳定和协调风场间各风机出力。后,搭建了Matlab/Simulink仿真模型,针对所提出控制策略的动态性能进行了仿真验证,结果表明所提控制策略能够保持直流电压在交直流故障等大扰动下相对稳定,维持系统正常运行。     

交直流交叉跨越碰线故障分析及处理策略

电网交直流系统混联运行中交流/直流线路交叉跨越现象较为常见,较容易出现交直流线路碰线故障。文中从目前国家电网和南方电网直流输电工程针对交直流碰线故障的两种不同处理方法出发,分析其中隐藏的问题。故障无法切除的情况下南网工程采用的闭锁策略出现闭锁后直流过电压;国网工程采用的闭锁再启动逻辑策略实际上不起作用。在分析交直流碰线故障特征的基础上,提出交直流碰线故障由交流线路保护系统切除故障、直流输电控制保护系统报警的处理策略建议。问题分析及所建议处理策略均采用EMTDC仿真予以佐证,还仿真了不同闭锁策略和多线路同时碰线的情形。     

三峡换流站交流侧馈线保护的配置及技术要求

由于三峡工程将把大空量的高压直流输电系统与交流电网连接起来,形成交直流混合运行的电网,这样运行的电网使得靠近换流站的交流线路保护将受到高压直流输电的强烈干扰。通过多种不同原理的保护对高压直流产生的谐波的影响情况进行了试验分析研究,对主要线路保护的影响从原理上进行了分析,提出了用于三峡工程中的交流保护匠配置原则及技术要求,对保护的选型具有重要的参考价值。     

基于实时数字仿真器的云广特高压直流系统孤岛运行仿真

云广特高压直流系统输送功率大,送端换流站远离电站而且靠近云南电网昆明负荷中心,交流系统相对较弱,特高压直流系统在失去与云南主网相连的全部500kV联络线后,系统将进入孤岛运行方式。为此,采用实时数字仿真器和特高压直流保护控制软件搭建了详细的实时闭环仿真系统模型,对云广特高压直流系统进入孤岛运行过程进行仿真分析,研究云广直流系统进入孤岛方式运行交直流系统的暂态稳定性能,并对交流系统和直流系统故障过程进行了仿真,分析系统故障后交流系统电压和频率的暂态特性以及交直流控制系统的动态性能。通过仿真验证了云广特高压直流在孤岛运行方式下,系统仍具有良好的动态性能,对实际的工程具有重要指导意义。     

交流不对称多端柔直受端换流站交互影响分析与抑制方法

对于多端柔性直流(modular multilevel converter multiterminal direct current,MMC-MTDC)输电系统,单个受端换流站交流侧不对称不仅会导致MMC阀侧交流电流失衡,而且可能引发直流线路电压、电流和传输功率出现二倍频波动,此类扰动会影响到其他换流站的稳定运行。针对此问题,首先分析了采用不同控制模式的受端换流站间二倍频扰动交互影响机理,发现较直流电压控制MMC而言,采用下垂控制的MMC受到的扰动影响程度更大。而后,为减少受端换流站间二倍频扰动交互影响程度,构建一种受端换流站通用改进控制策略,通过对MMC阀侧电流和桥臂能量的平衡优化控制,实现了平抑受端站间直流电压、电流和功率扰动的目的。最后,基于RT-LAB5600实时在线仿真平台,搭建四端MMC-MTDC系统仿真模型,验证了所提受端换流站改进控制策略的有效性。     

交流系统单相故障对高压直流的影响分析

为分析交直流混合输电系统的运行特性,提高交直流混合输电系统的运行管理水平,文章分析了天生桥地区交直流混合输电系统的运行状况和特点,从天广直流工程换流器的典型运行特性,分析交流系统单相故障对直流输电系统的运行特性影响,对故障时的交直流输电系统保护动作情况和直流系统运行特性做了初步评价,提出直流输电具有较好的稳定运行特性,提出应进一步思考换流站附近地区电网结构、交直流系统保护配合、避免交流故障对直流系统稳定影响等几个问题。     

天广交直流并联系统运行稳定性的研究

根据天广500kV直流输电工程投运初期南方电网的实行运行工况，对天广交直流输电系统并联运行的稳定性及输电能力进行分析研究。研究结果表明，天广直流输电工程投产后与天广交流双回输电线路并联运行，南方电网的稳定性明显提高。天广交直流系统在天生桥出口断面送电能力可达到3600MW。为保证系统的安全稳定运行，当直流线路发生单双极故障时需采取适当的稳定措施。同时，广西电网运行条件的变化对天广交直流输电系统安全稳定运行有明显影响，增强广西电网动态无功支持能力对提高天广交直流输电系统的送电能力有重要作用。