城市电网分区柔性互联选址方法及示范应用

在城市电网分区间,利用柔性直流电力电子装置,实现柔性互联,有可能解决现有交流型城市电网分区运行中存在的难题。介绍了国内外首个城市电网分区柔性互联示范工程的选址,并提出一种实用的选址方法。首先,建立了分区间柔性互联装置选址模型,计及了静态安全性、供电能力、短路电流、电压稳定等7项指标。由于电压稳定等指标计算需要逐个case模拟故障仿真,对于大型城市电网柔性互联选址的计算量很大,模型很难直接求解,因此提出一种实用的选址方法:先给出分区有功需求及无功需求初筛指标,依据其进行方案初筛;再进一步详细仿真分析得到7项细筛指标;然后采用层次分析法确定最优方案,最后介绍了示范工程的选址论证。结果表明,所提方法确定的选址方案具有很好的互联效果,发现了除示范工程外更多效果良好的位置,为后续柔性互联提供了选择。同时,研究发现不是所有分区柔性互联后都具有明显效果,故进一步归纳了适合柔性互联的分区特征。所提方法和实践对城市电网分区柔性互联的发展具有重要意义。     

城市电网分区柔性互联装置的定容方法

分区柔性互联是解决大型城市交流电网发展问题的一个新思路,容量是影响互联装置造价的关键因素。提出了分区互联装置的定容方法。首先,介绍了城市电网分区互联装置的基本概念。其次,分析了基于模块化多电平换流器(MMC)的分区互联装置的功率运行范围,建立了装置容量和最大无功输出的分段线性关系,并分析得出改善无功输出能力的方法,为定容方法提供依据。然后,依据有功需求和无功需求,提出装置定容方法,其中,有功需求是为了解决分区故障后的元件过载问题所需支援的有功功率,无功需求是为了解决分区发生暂态故障后的电压失稳问题所需支援的动态无功功率。定容方法还考虑了装置的功率支援是否会破坏送端分区安全性或导致联络线过载。最后,所述方法应用于国内外首个220kV分区柔性互联示范工程的实际方案论证。     

城市电网分区柔性互联的概念与示范工程论证

将柔性电力电子技术应用于城市电网是一个新的方向,文章提出了城市电网分区柔性互联的概念,并介绍了国内外首个城市电网分区柔性互联工程的可研论证。首先提出了城市电网分区柔性互联的概念,并与现在的城市电网分区分片运行方式进行了对比;其次介绍了基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流分区互联装置;最后全面介绍了北京电网220k V分区柔性示范工程的可研论证,给出了暂态电压稳定性、静态安全性、供电能力、短路电流、可靠性等分析结果,并论证了装置的容量和位置。     

柔性直流背靠背装置在北京配电网中的应用

随着大城市负荷密度的不断增加,配电网的规模不断扩大,受制于短路容量、电磁环网等问题,城市配电网通常按照高压分区、中压开环的方式运行,导致系统设备利用率降低,可靠性下降。利用柔性直流技术对分割的高压配电网和中压配电网进行互联形成交直流混合配电网,有助于提升电网的可靠性和设备利用率,缓解城市电网站点走廊有限与负荷密度高的矛盾,同时在负荷中心提供动态无功支持。研究了柔性直流背靠背装置在大型城市高压配电网和中压配电网中的应用模式和系统设计方案,并以北京高压配电网为实例,从降低短路电流和提供动态无功支撑两个角度,定量分析了应用柔性直流背靠背装置实现高压配电网分区互联的优势。     

应用柔直技术改善220 kV分区电网性能的研究

对应用柔直技术改善220 kV分区电网性能进行了研究,对220 kV分区电网进行静态安全性分析,考虑线路负载率和节点电压等指标,找出影响分区供电可靠性的因素;在明确薄弱环节后,进行柔性直流分区互联系统的设计,依据N-1故障的严重程度进行柔直落点设计,之后设计柔直电压等级。通过灵敏度计算分区电网有功功率和无功功率需求,设计柔直容量及控制策略。通过PSD-BPA验证所提方法的有效性,计算结果表明：柔直互联系统投入后,能够缓解重载分区供电压力,实现分区供电能力最大化,故障时可以进行无功支撑,稳定分区电网电压。     

分区柔性互联城市电网的静态安全性分析

为解决我国大型城市电网分区运行中存在的安全隐患,提出在分区间安装基于模块化多电平换流技术的柔性直流分区互联装置以进行柔性互联,并通过静态安全分析研究上述新的运行方式对城市电网安全性的提升作用。首先,针对目前我国大型城市电网中220 kV及以上电网分区运行现状,分析了分区解环运行模式下存在的安全风险,并针对性地提出电网发生N-1故障后,利用分区互联装置进行紧急功率支援的思路。其次,对分区互联装置进行建模,研究电网N-1故障后装置的功率支援策略,并利用灵敏度法确定装置的功率支援量,提出分区柔性互联城市电网的静态安全性分析方法。最后,通过北京电网实际算例验证所提方法,并与现有分区运行方式对比,可知城市电网经柔性互联后,其安全性得到明显提升。     

220kV分区电网与互联电网供电能力研究

文中以如下3条为原则:根据目前设备的制造能力,新建变电站远景短路电流水平,500kV母线按63kA控制,220kV母线按50kA控制;考虑220kV地方电厂的接入对500kV变电站短路电流的影响;变电站单台变压器的最大容量和并列运行的变压器台数应使220kV母线短路容量不超过允许值。解决了220kV分区电网中允许并列运行的500kV联变的容量和台数、500kV联变容量和分区电网内发电机组容量的配合以及两个220kV分区互联后供电能力的变化问题。     

基于多目标模糊优化的配电网柔性互联装置 运行配置

配电网中柔性互联装置优化运行方式能够提高配电网的供电可靠性,合理配置柔性互联装置需综合兼顾设备投资经济性、供电可靠性及运行经济性等。针对柔性互联装置的运行配置展开研究,提出了基于预想故障集下的平均失电负荷减少率,对柔性互联装置的布点进行了优化分析,筛选对供电可靠性影响较大的布点;采用多目标模糊优化对柔性互联装置的容量配置进行优化,建立了配电网最小失电负荷和最小网络损耗目标函数,采用模糊优化的贴近度对不同量纲的多目标函数趋近于优化解的程度进行衡量;同时考虑柔性互联配电网交直流潮流平衡的确定性约束、配电网负荷和分布式电源功率波动引起的支路安全电流和节点电压的不确定性约束。最后,基于改进的IEEE 33节点柔性互联配电网模型对所提运行配置方案进行了验证和分析。     

分区互联装置桥臂闪络故障保护策略设计

随着城市电网的发展,电磁环网送电能力受限和短路电流超标问题越来越突出。分区互联装置是解决未来电磁环网有关问题的重要手段。提出了一种单变压器分区互联装置设计方案。系统故障时,单变压器分区柔性直流输电系统的故障特性和双变压器柔性直流输电系统的故障特性存在较大差别。当桥臂发生闪络故障时,换流器闭锁后交流系统通过子模块二极管形成故障通路,造成交流电流直流偏置,交流断路器将无法正常断开。为此,针对分区互联装置单变压器的拓扑结构,分析了桥臂闪络故障的故障特性,提出了基于闭合子模块旁路开关的保护动作策略,实现了故障情况下交流电流直流分量的快速衰减,确保了交流断路器可靠动作。通过单变压器分区互联装置PSCAD/EMTDC仿真测试,验证了故障分析及保护策略设计的正确性。     

含大容量新能源接入的柔性直流背靠背分区互联系统频率支撑策略研究

在“双碳”背景下,柔性直流分区互联系统是解决负荷中心高比例消纳新能源、短路电流超标、潮流控制困难等一系列问题的有效途径。然而,随着柔性直流等电力电子装置的增多,电网逐步呈现低惯量、弱阻尼的特点,对系统频率稳定影响较大。因此提出了一种适用于含大容量新能源接入的柔性直流背靠背分区互联系统频率支撑策略。该策略基于电压下垂控制,增强了互联交流系统的惯量和阻尼,实现了负荷扰动下的功率互济和频率支持。同时,以最大程度提高频率最低点为目标优选控制参数,降低了系统低频减载风险。进一步,通过互联系统功率和直流电压的解耦控制,促使新能源场站依据直流电压偏差自适应地参与交流频率支撑。最后,在PSCAD中搭建含大容量新能源接入的柔性直流背靠背分区互联系统验证了所提出策略的有效性。     

适用于多能协同运行的MMC型三端主动电力调节系统

为了实现多能互补微网中分布式能源的有效利用、对本地负荷的可靠优质供电以及微网与主网之间功率的灵活调配,基于模块化多电平换流器型统一电能质量控制器(MMC-UPQC),提出一种MMC型三端主动电力调节系统,讨论并分析了MMC型三端主动电力调节系统的组成及其在多能互补微网中的运行模式,设计了协调控制策略以实现微网中电能质量综合治理兼顾微网与主网之间功率可控调节的一体化功能。通过PSCAD/EMTDC仿真分析验证了MMC型三端主动电力调节系统在多能互补微网中综合实现电能质量治理和灵活优质供电功能的可行性和有效性。     

Developing the algorithm and device for automatic connection of an out-of-phase standby power-supply system without a disruption of load powering

The processes of switching from an AC (50/60 Hz) main power-supply system to a standlby system in the presence of different initial phases and a certain delay in switching are considered under the following loads: an asynchronous motor and a power transformer. A new device and algorithm for switching without time delay and, consequently, without load voltage surges are proposed. Switching of power-supply systems using the proposed device and the influence of the switching time on the capacity of the energy-storage unit of the device are considered. The potentialities of a multifunctional device for connecting a standby power-supply system are described.     

面向数据中心的高品质供电研究

数据中心现有供电方案一般需经过AC/DC和DC/AC 2次变换,同时不间断电源一般需通过逆变器为负载供电,其供电可靠性和供电质量有待进一步提高,为此提出一种面向数据中心的高品质供电方案。首先给出方案的拓扑结构,在此基础上分析了方案的工作原理及数学模型,并提出一种基于电压补偿、双电源功率均衡和紧急供电的协调控制策略,在MATLAB/Simulink中对面向数据中心高品质供电方案进行了仿真验证。研究结果表明,所提方案能够很好地补偿电网电压的暂升、暂降和谐波干扰等,实现双电源功率协调分配,保障双电源停电时的不间断供电。     

热稳定约束下断面输电极限分析方法

针对N-1热稳定问题,应用电力系统商业软件BPA和灵敏度分析方法决定送、受端发电机机组的调整顺序,提出了一种考虑N-1热稳定约束的断面输电极限分析方法。应用该方法对广东电网2006年4种典型运行方式的热稳定问题进行了分析计算,发现了广东电网的热稳定薄弱环节,分析了广东电网主要供电断面热稳定约束下的输电极限。分析结果表明,该方法快速、准确,且适用于实际工程。     

基于自主式元胞电网模式的电源及耦合点规划方法

针对传统电网模式的局限性,提出自主式元胞电网(AWoC),并对其模式和基本规划方法进行介绍.对电源及耦合点规划进行数学建模并建立规划方案的评估方法.结合某地区实际负荷情况进行算例仿真,结果表明AWoC中的多元胞划分在可靠性和经济性上具有优势,且AWoC为高渗透率可再生能源发电和储能接入电网提供了新的有效尝试.     

计及高比例新能源电网分区的输电线路功率双层优化模型

随着波动性极强的风光电大规模并网,高比例新能源电网中输电线路常常呈高传输功率峰谷差、低输电效率的状态,影响电力系统的安全稳定运行和新能源的大规模消纳。为此,提出分区分层优化输电线路功率的思想。首先,利用所提指标对电网进行分区,使区间联络线成为电网中待优化输电线路。在分区基础上建立区间-区内双层优化模型,上层模型用以确定传输功率峰谷差最小且输电效率最高的区间联络线期望功率,下层模型引入区内源荷运行约束,寻找最大程度实现联络线期望功率下系统运行成本最小的源荷协调调度计划。分别选用NSGA-Ⅲ-DE算法和NSGA-Ⅱ算法迭代求解上下层模型。最后,通过甘肃电网实例仿真,证明了所提模型的可行性和有效性。     

基于旋转电容的直流电网软开关DC-DC变换器设计

作为连接不同电压等级直流母线的关键设备之一,DC-DC变换器转换效率的提高对于建立直流电网有重要意义。为了降低大功率软开关DC-DC变换器的体积和质量,基于旋转电容构造了一种能够实现功率器件零电流关断的非隔离型双向DC/DC变换器。介绍了变换器的电路拓扑结构;分析了不同模式下的稳态工作过程;设计了器件的具体参数及控制方案并研究了变换器的损耗特性;最后,在Matlab/Simulink中搭载仿真模型,验证了设计方案和控制策略的正确性。结果表明,所设计的变换器能够实现开关管和二极管的零电流关断,具有较高的转换效率。     

提升海上风电经VSC-MTDC接入的低惯量系统频率稳定综合控制策略

规模化海上风电经多端柔性直流输电(VSC-MTDC)接入的低惯量系统存在同步发电机(SG)占比小、惯量水平低、功率互济能力弱等问题,为此提出一种VSC-MTDC与海上风电协调配合的低惯量系统频率稳定综合控制策略。首先将含原动机-调速环节的SG聚合为单机系统频率响应模型,构建换流站的虚拟系统频率响应(VSFR)控制器,并借助劳斯稳定判据分析经典参数下VSFR闭环控制的稳定性。然后针对海上风电并网系统功率支援能力不足导致的VSC-MTDC电压越限问题,设计适用于多风速场景的双馈风机附加桨距角与转速控制,通过调整海上风电出力对低惯量系统进行支援,提高海上风电并网系统功率互济能力,保障VSC-MTDC安全运行。最后在海上风电经三端柔性直流输电接入的低惯量系统中对所提控制策略进行分析验证。结果表明：所提控制策略的频率响应和功率支援能力强,可提高低惯量系统的频率稳定性。     

一种适用于串联电网接线的远方备自投装置

串联电网接线正常的运行方式有6种,各种运行方式下都有不同的备用电源自动投入（简称备自投）逻辑需求。目前的备自投装置仅能满足一种运行方式或一侧备用的情况,有很大的局限性。基于备自投的基本原理研制了远方备自投装置,逻辑实现以本侧信息为主,辅以必需的远传信息,同时将这些远传信息进行合并转化成几个开关信息,利用继电保护通信接口...