同步调相机对特高压直流输电系统最大传输功率的影响

为了研究同步调相机对特高压直流输电系统最大传输功率的影响,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,得到了系统稳态功率传输数学模型,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了数学模型的正确性。采用最大传输有功功率增加量指标,研究了系统短路比和同步调相机容量对分层接入特高压直流输电系统最大传输有功功率的影响。最大传输功率与分层接入特高压直流输电系统静态稳定裕度相关,为了研究同步调相机对分层接入特高压直流输电系统静态稳定裕度的影响,提出了直流输电系统的静态稳定储备系数,在500 kV侧系统短路比为3条件下,投入300MVA同步调相机比不投入时分层接入特高压直流输电系统静态稳定储备系数提高了2.14%,结果表明,接入同步调相机可以有效提高分层接入特高压直流输电系统的最大传输功率和静态稳定裕度。     

换流站加装同步调相机的涉网仿真试验及功能验证

随着江西电网的第一条特高压直流输电工程——雅中—江西±800kV特高压直流输电工程及1 000 kV特高压赣江变电站的建成，标志着江西电网特高压时代的进一步推进。同步调相机具有优异的暂态无功补偿性能，能减缓特高压直流线路接入后带来的受端交流系统冲击。因此，必须详细验证特高压直流输电系统加装同步调相机对电网的作用。文章以特高压鄱阳湖换流站为例，通过调相机涉网试验仿真，验证了同步调相机良好的动态无功输出能力。     

特高压受端换流站调相机控制策略及动作行为分析

同步调相机在提高受端交流电网短路比、提升直流输送极限功率、稳定暂态过电压等方面具有独特的优势,在特高压直流输电工程中的应用再次获得了电网企业的高度重视。本文分析了提高同步调相机动态无功输出能力的关键参数,阐述了韶山换流站同步调相机配置及其控制策略,结合韶山换流站调相机现场录波波形和仿真对比研究,对调相机实际动作行为进行了详细分析,分析结果表明电网故障情况下同步调相机可有效提升直流系统抵御换相失败能力。该研究对调相机现场运行及工程应用有一定指导意义。     

同步调相机故障对上海庙——临沂特高压直流输电系统影响的研究

800 kV上海庙—临沂特高压直流输电工程受端(沂南换流站)配置有3台同步调相机,为换流站提供紧急动态无功支撑。近年来,山东省外同步调相机多次故障跳机,限制了同步调相机功能的发挥,须评估同步调相机故障对特高压直流输电的影响。基于PSACD仿真平台及现场设备实际参数,建立上海庙—临沂分层接入特高压直流输电工程的计算模型,评估了同步调相机甩负荷、失磁、出口短路故障及故障时同步调相机投运台数对特高压直流输电的影响,研究发现:甩负荷及失磁故障影响较小;升压变压器高压侧短路一般会导致直流换相失败,低压侧短路会导致直流功率大幅跌落但一般不会导致换相失败;同时投运2台及以上调相机可减少故障严重程度,加快故障恢复。研究结果可为现场有针对性地开展运维检修提供指导。     

多直流协调的新能源送端地区暂态过电压抑制策略

针对直流闭锁故障导致的高比例新能源多直流送端系统暂态过电压问题,文中首先分析多直流间的交互影响机理,引入多馈出电压交互作用因子,揭示了直流闭锁导致其他健全直流近区域交流系统暂态过电压的根本原因。其次基于直流闭锁故障下调相机不同时间尺度的无功特性与整流侧换流母线电压的定量关系,在改进直流系统整流侧控制的前提下,于整流侧母线处投入调相机并以调相机暂态无功特性对其容量进行配置,降低了调相机所需投入容量。然后整合了调相机与整流器的无功调节能力,据此提出多直流、多无功设备协调配合的暂态过电压抑制策略。最后在PSCAD仿真平台中搭建两直流送端系统模型,验证了所提协调策略对暂态过电压的抑制效果以及调相机容量的配置效果。     

不同动态无功补偿装置对直流系统故障引发送端暂态过电压的抑制效果对比

直流输电系统在发生换相失败、直流闭锁等故障时,会引发送端暂态过电压。本文分别在基于电磁暂态的两区域直流系统算例和基于机电暂态仿真的大电网算例中分析比较了在直流换相失败及闭锁故障时,3种动态无功补偿装置的抑制能力。仿真结果表明,基于电磁暂态的两区域直流算例和基于机电暂态的大电网算例得到的结论基本一致,相互印证,即同步调相机具有更好的暂态过电压抑制能力。最后,通过优化调相机的直轴暂态电抗和直轴暂态时间常数等关键性能参数,能够更好地抑制直流故障导致的送端交流母线的暂态压升。     

新一代大容量调相机在电网中的应用研究

研究了新一代调相机在我国特高压直流送受端的应用。首先结合直流对于调相机的技术需求,研究了调相机模型,提出基于不同时间尺度的次暂态、暂态、稳态3种运行特性。然后,基于酒泉—湖南直流风火打捆送端,从增加系统短路比、降低新能源高压脱网风险、抑制稳态过电压等角度研究了调相机在特高压直流送端的应用效果;基于华东多直流馈入受端电网,从提高直流多馈入短路比、降低多回直流同时换相失败的风险、提升严重故障下的系统电压稳定水平等角度研究了调相机在特高压直流受端电网的应用效果。最后,从设备角度提出新一代调相机在运行维护、无功响应特性等方面相较于传统调相机的技术优势,旨在为调相机后续投入工程运行提供技术支撑。     

直流双极闭锁故障下送端系统暂态过电压计算方法

针对特高压直流输电系统闭锁引起的暂态过电压严重威胁系统安全运行的问题,推导建立了直流双极闭锁后换流母线暂态电压的解析表达式。在此基础上,建立了送端交流系统电力网络等值模型,推导出了直流双极闭锁后送端交流系统内任一关键节点暂态过电压的计算方法。为判断送端新能源节点面临高压穿越问题的严重程度、提前发现系统薄弱环节,提出用阻抗比来表征节点的暂态过电压程度。在直流双极闭锁后节点暂态电压压升值随着阻抗比增大而呈现线性升高的趋势。基于DIgSILENT仿真平台,搭建了CIGRE直流输电标准测试系统和吉泉±1100 kV高压直流送端系统,验证了送端系统暂态过电压计算方法及结论的正确性。     

直流双极闭锁故障下送端系统暂态过电压计算方法

针对特高压直流输电系统闭锁引起的暂态过电压严重威胁系统安全运行的问题,推导建立了直流双极闭锁后换流母线暂态电压的解析表达式。在此基础上,建立了送端交流系统电力网络等值模型,推导出了直流双极闭锁后送端交流系统内任一关键节点暂态过电压的计算方法。为判断送端新能源节点面临高压穿越问题的严重程度、提前发现系统薄弱环节,提出用阻抗比来表征节点的暂态过电压程度。在直流双极闭锁后节点暂态电压压升值随着阻抗比增大而呈现线性升高的趋势。基于DIgSILENT仿真平台,搭建了CIGRE直流输电标准测试系统和吉泉±1100 kV高压直流送端系统,验证了送端系统暂态过电压计算方法及结论的正确性。     

大规模新能源直流外送系统调相机配置研究

针对抑制送端电网暂态过电压的技术需求,首先分析了送端电网暂态过电压的影响因素;然后构建了直流外送试验仿真系统,基于机电暂态仿真,考虑分布式调相机及其分层分散配置的作用,分别提出了调相机集中和分散接入不同电压等级配置方案;最后通过对比各方案给出了大规模新能源直流外送系统调相机配置建议,研究结果表明在各新能源汇集站低电压等级侧分散配置小型化调相机,不仅可以全面解决送端系统的暂态过电压问题,还能进一步提高经济性。     

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。     

整流侧控制方式对特高压直流输电系统换相失败影响研究

特高压直流输电系统发生换相失败时,会引起直流电压和直流电流突变,严重影响直流系统的安全稳定运行。控制系统是特高压直流输电系统的核心部分,其控制方式对系统的输出响应有重要影响。分析特高压直流输电系统换相失败的原因,介绍整流侧的控制方式,建立了云广特高压直流输电系统仿真模型,研究云广特高压直流输电系统整流侧采用定电流控制方式和定功率控制方式对换相失败的影响。仿真结果表明：当逆变侧换流变压器变比K改变时,整流侧采用定电流控制与采用定功率控制相比,系统发生换相失败时的临界变比较大;当逆变侧交流母线发生三相对称接地故障、两相短路故障及单相接地故障时,整流侧采用定电流控制与定功率控制相比,系统不发生连续换相失败的临界电阻较小。整流侧采用定电流控制方式时,对换相失败的控制能力优于定功率控制方式。     

考虑过电压抑制的特高压直流弱送端系统无功控制策略

直流闭锁等扰动引起的送端电网过电压,已成为限制直流输送能力和新能源消纳的主要约束。基于±800 k V扎鲁特—青洲(简称鲁固)特高压直流弱送端电网,结合扎鲁特换流站调相机工程和东北电网系统保护建设,提出了协调换流站滤波器(电容器)、调相机及换流站近区同步机组的过电压抑制策略。一方面,电网稳态运行时,充分利用换流站及其近区调相机和同步机组补偿阀组消耗无功,减少滤波器(电容器)的投入量,从而降低直流闭锁滤波器(电容器)滞后切除引起的暂态过电压。另一方面,调相机和同步机组无功输出增大,为抑制直流闭锁潮流大规模回退引起的稳态过电压提供了充足的回降无功备用。最后基于鲁固特高压直流送端电网验证了策略的有效性。     

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。     

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。     

高压直流输电系统单极闭锁故障下同步调相机与STATCOM的对比研究

当高压直流输电系统送端换流站发生单极闭锁故障时,换流站交流侧将出现无功功率过剩,导致换流站交流侧电压骤升,进一步会引起送端电网各发电设备端电压的骤升。因此,需要在送端交流侧附近加装适当的暂态无功补偿装置以提高系统的稳定性。为此该文先从运行原理、响应特性等多个角度对同步调相机和静止同步补偿器两类暂态无功补偿装置进行分析。然后再对比分析单极闭锁故障下两者在高压直流输电送端系统的应用效果。最后结合单极闭锁故障下切除部分无功补偿装置的措施,得出同步调相机具有更强的暂态无功支撑能力和暂态电压调节能力的结论。     

大容量新型调相机关键技术参数及其优化设计

大容量新型调相机旨在满足特高压直流输电大规模发展带来的强大的系统动态无功需求,因此其电气参数必然不同于以稳态无功补偿为主的传统调相机。本文通过系统分析各电气参数对调相机暂态及次暂态特性的影响,提炼出调相机动态性能优化的关键技术参数和措施,即尽可能降低直轴次暂态电抗X"_d和主变短路电抗X_k,减小直轴开路及短路时间常数T'_(d0)和T'_d,并将励磁系统强励倍数提高至3.5倍。同时对调相机的具体优化设计方案给出了建议。     

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。     

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。     

抽蓄机组调相运行对宾金直流无功电压支撑的仿真研究

特高压直流馈入电网的无功电压支撑能力对降低直流换相失败及闭锁概率、提升直流运行的稳定可靠性有重要作用。在论证抽水蓄能机组调相运行模式的关键技术和可行性的基础上,提出采用临近抽蓄机组调相运行为特高压直流提供无功电压支撑的运行方式。以浙江电网宾金直流和邻近的抽蓄机组为例,仿真分析了抽蓄机组采用调相运行方式后在交流系统短路等典型故障下对宾金直流的支撑作用,验证了特定工况下可以采用抽蓄机组调相运行来提升直流运行的可靠性进而提升多馈入直流的浙江电网安全、可靠运行水平。