大规模风电并网与直流运行交互影响仿真分析

为了研究大规模风电集中接入,高比例风火、电打捆外送给交直流混合电网稳定运行带来的风险,通过建立典型风、火电打捆交直流外送系统模型,从风机无功控制模式,风电场动态无功补偿,风、火电打捆比例以及直流闭锁故障等方面仿真分析了交直流混合电网中风电与直流运行的交互影响。仿真结果表明:风、火电打捆外送的交直流混合电网需要配备一定比例的常规电源,常规电源的强惯量和优良的无功电压支撑能较好地支持新能源发电并网运行,有利于降低电网系统电压的波动,减缓新能源发电波动性对电网直流运行的影响,提升电网直流运行的可靠性。     

新能源汇集地区次/超同步振荡监测告警及控制系统研究

天中±800kV特高压直流送端(新疆哈密地区)是风、光、火打捆经直流送出的复杂系统,存在较高的次/超同步振荡的风险。针对新疆电网新能源汇集地区次/超同步振荡现有监测告警系统不足之处,提出了改进方法和优化方案,建立了监测系统三道防线和告警系统两个平台;针对现有稳控系统不足之处,提出了振荡定位方法和改进切机方案,建立了稳控系统三道防线。改进后的监测告警及控制体系能对振荡进行实时监控、及时告警并进行快速抑制,提高了电网运行可靠性。     

风光火打捆多直流弱送端电网安全稳定防御系统研究

风光火打捆多直流弱送端电网新能源占比高、直流外送规模大、系统转动惯量水平低,交流网架承载能力弱,功角、频率、电压稳定问题突出。文中在总结西北电网风光火打捆后新的特性基础上,分析了当前电网安全运行面临的问题,指出现有感知、控制手段的不足。重点研究了风光火打捆多直流外送电网安全稳定防御系统的构建方案,阐述了防御系统的主要功能,即同步稳定控制、频率控制、全过程电压控制等,介绍了多资源广域协调控制和新能源全景监控等关键技术。评估效果表明,防御系统建成后可有效应对特高压直流的故障冲击,有效阻断连锁反应,提升西北电网的安全稳定运行水平,指导风光火打捆多直流弱送端电网的控制技术发展和工程实践。     

陇东能源基地电源及电网建设方案研究

介绍了陇东能源基地煤炭、水资源情况,以及陇东地区电源建设规划,分析了陇东本地电网建设方案、陇东直流换流站及配套外送电源接入系统方案。重点论证了直流网侧交流电压、换流站站址、配套外送电源接入系统电压方案、站与地区电网的衔接等主要问题,提出直流网侧电压750 kV方案和330 kV方案各有优势,而配套外送电源建议主要考虑以直流网侧交流电压直接接入换流站。可为今后陇东地区电源电网建设及直流工程开展进一步工作提供参考。     

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.     

天中直流配套风光火打捆外送AGC系统对新疆电网安全稳定性的影响

鉴于节能减排及改善环境的需要,本文对天中直流配套风光火AGC控制方案最大程度消纳新能源进行了研究。天中直流配套电源类型包括火电、风电及光伏,在天中直流功率一定,天中直流配套新能源出力上升时,利用天中直流配套风光火打捆外送AGC系统自动降低配套火电机组出力。在天中直流配套新能源出力下降时,利用天中直流配套风光火打捆外送AGC系统自动增加配套火电机组出力。本文对天中直流配套风光火打捆外送AGC系统调试运行中对新疆电网的安全稳定性的影响做了进一步研究。结果表明,天中直流配套风光火打捆外送AGC系统的运行调试期间,天中直流配套新能源出力波动时,配套火电机组出力能够进行有效调节。进一步研究了配套风光火打捆外送AGC系统对新疆电网的安全稳定性。结果为其他直流混合电源的AGC调整的技术可行性提供了有力支撑。     

送端弱系统对特高压直流工程调试和运行的影响

特高压直流系统输送容量大、无功消耗大、控制复杂,而弱送端系统网架和电源构成简单,直流故障或扰动给电网运行控制带来诸多问题,分析特高压直流工程弱送端系统在电网安全稳定运行、直流启动与功率升降、过电压、机网协调等方面诸多问题,给出了相应的控制策略,并结合复奉特高压直流工程系统调试情况提出了弱送端系统特高压直流工程调试项目优化、电网运行方式和稳定控制措施、电压/无功控制、直流线路保护配置等方面需注意的问题及相应控制措施,同时分析了在特高压直流工程弱送端系统运行时的一些其他现象,文中结论对特高压直流工程规划、建设和运行具有一定的指导意义。     

风光火打捆高压直流外送下送端电网高频切机方案适应性研究

针对风光火打捆高压直流外送下送端电网的高频问题,分析了既有高频切机方案的适应性,并提出了改进方案。首先,理论分析了不同类型电源的动态频率特性;其次,基于我国西部某省级电网,提出了用于高频切机方案适应性分析的多种典型方式,并仿真对比了不同运行方式下,含风光火的省级送端电网与西北主网解列后的频率特性变化;最后,分析了既有的高频切机方案不适应大规模风光接入的问题所在,对原始高频切机方案进行了改进,提出了“首轮切风光后续轮切火电”的高频切机方案,结合多种典型运行方式进行了仿真校核,验证所提改进方案的适应性。     

广东电网基于楚穗直流系统故障影响的风险辨识及调度应对措施

在分析广东电网电源特性与现状、网络结构及其潮流分布的基础上,指出广东电网内目前存在机组快速调节能力差,网络结构复杂,东西两翼送入中部通道的潮流、北内外环网的潮流交换降低的问题,当楚穗直流系统发生故障时将严重威胁广东电网的安全稳定运行,给实时调度运行带来很大困难。为此,提出楚穗直流系统分别在孤岛运行方式和联网运行方式下,发生单极和双极闭锁事故时广东电网调度运行策略及事故处理方案;提出楚穗直流系统风险辨识建议,做好楚穗直流系统故障相关事故预案,积极开展楚穗直流系统事故演习,防范事故于未然。     

异步联网后云南电网的频率特性及高频切机方案

异步联网后云南电网作为小负荷、大送出的多直流送端电网,频率稳定问题成为威胁电网安全运行的主要风险。研究了负荷模型、调速器参数对频率稳定性的影响,提出适应异步联网后多直流外送的送端电网高频切机协调配置原则,通过时域仿真对比分析了4种高频切机备选方案的适应性,提出了适应异步联网运行要求的送端电网高频切机方案。     

计及风电高频保护的送端电网多直流协同频率控制

为解决中国能源与负荷逆向分布问题,大量高压直流输电工程正在建设或已经投运。针对送端电网中可能发生的直流闭锁导致的高频事件,计及风电机组的高频保护约束,研究了进行多回直流协同控制从而抑制电网频率偏移的方法,提出了以各健全直流总功率调制量最小为目标的多直流协同频率控制模型,通过一阶差分近似求解系统最大频率偏移相对于各受控直流功率的灵敏度,优化求解多直流协同频率控制策略。并进一步以某含高比例风电的送端电网为例,验证该方法在送端电网频率控制策略整定中的有效性。     

基于VSC-HVDC并网风电场的低电压穿越技术研究

VSC-HVDC系统应用于大规模风电集中并网、远距离输送时,要解决电网故障时风电场的低电压穿越(LVRT)问题。为此,提出VSC-HVDC系统与风电场的协调控制策略。低电压穿越期间,通过HVDC两端变流站对电网提供无功支持并采用基于频率控制的快速功率降低算法控制风电场馈入功率,维持直流线路功率平衡。同时,提出风电机组分层控制,使之与HVDC功率控制相协调,保持风电机组的电压稳定。VSC-HVDC系统与风电场间无需通信连接,无需增加设备投资,具有较好的经济性。最后,算例仿真结果验证了该控制策略的快速性和有效性。     

应对多馈入直流换相失败的综合防御研究

随着多馈入直流格局的形成,系统安全稳定控制难度也随之增大。发生严重交直流故障时,存在多直流同时换相失败使系统失去稳定的风险,因此避免直流换相失败和维持受端电压稳定,是目前多馈入直流受端系统控制措施需要解决的重要问题。研究了多馈入直流换相失败的电网特性和影响因素,从三道防线角度研究提出应对多馈入直流换相失败导致的电压失稳的控制策略。基于实际电网进行仿真验证,所提出的控制策略可降低多馈入直流换相失败风险、提高受端电网电压稳定水平。     

A control strategy for a multi-terminal HVDC network integrating wind farms to the AC grid

This paper describes a novel control strategy of voltage source converters (VSC) in large-scale wind farm applications, in order to achieve a constant DC voltage for connecting to the long transmission system based on multi-terminal high voltage direct current (HVDC) technology. The control strategy is based on a multi-loop current and voltage control for tracking the predetermined value of the DC link voltage in the rectifier side station to achieve proper performance in the irregular circumstances of wind farm operation. In addition, the control strategy is able to transmit the maximum input power to the consumption side in different situations in grid side converter. Grid connection of the HVDC system is analysed under two conditions: balanced AC grid, and connection of unbalanced nonlinear load into the AC grid. The control strategy guarantees injection of minimum harmonic current components from the grid to the loads. MATLAB simulation results are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed strategy for different types of variations in AC voltage amplitude and frequency of wind turbines output voltage.     

纯清洁能源下水电高占比送端电网频率稳定协调控制策略研究

含大容量密集型直流的送端电网在实现纯清洁能源转型后,其转动惯量和有功调节能力将大幅下降,进一步加剧直流闭锁故障时的频率失稳风险。为保障水电高占比送端电网在纯清洁能源形态下的频率稳定性,提出一种统筹考虑虚拟惯量、需求响应、直流调制和稳控切机的多阶段协调控制策略。以规划的四川中长期目标网架为基础,分析了该电网在纯清洁能源形态下发生直流单极、双极、多极闭锁故障后的频率稳定特性,并通过BPA仿真验证了所提频率稳定协调控制措施的有效性。     

风电经混合型MMC-HVDC并网的交直流故障穿越策略

为实现内陆大规模风电的可靠并网,采用高压直流输电技术和架空线路进行远距离电能传输是有效的解决方案。由于架空线易发生线路故障,采用具有故障自清除能力的换流器拓扑是主要解决途径之一。采用混合型模块化多电平换流器来进行风电并网,设计了不依赖于换流站间通信的并网系统交直流故障无闭锁穿越策略。系统无闭锁故障穿越期间并网点交流电压可控,风机可维持正常运行。考虑到故障期间风机持续并网输出功率,设计了耗散电阻和与风机内部斩波电阻相配合的策略,以耗散多余的能量。最后,通过PSCAD/EMTDC的多组仿真,验证了并网系统无闭锁穿越交直流故障及快速恢复的有效性。     

A multi-terminal HVDC transmission system for offshore wind farms with induction generators

Voltage source converter, multi-terminal HVDC transmission (MTDC) for the connection of large offshore wind farms to the terrestrial grid is investigated. Induction generators without the need of wind turbine converters are installed in the wind farms due to the supports from the voltage source converters of the HVDC. A control system is designed which incorporates the voltage–current characteristics of the voltage source converters and the power reduction from the wind turbines during a fault. During normal operation, grid side converters control the DC voltage and coordinate the power sharing to the terrestrial grids. During abnormal operation, wind farm side converters take over the DC voltage control and coordinate the power reduction between wind farms. The control system removes the requirement for fast communication between the converters and achieves automatic coordination. The dynamic performance of a MTDC with the control system is tested through simulations using PSCAD/EMTDC.     

风电经柔性直流电网外送系统的交流故障诊断与穿越控制策略

在风电柔性直流电网中,交流故障的快速定位和穿越是需要解决的主要问题之一。该文首先分析直流电网下不同位置及不同性质交流故障的暂态特性,提出一种新型的暂态能量转移指标——潮流转移熵。基于潮流转移熵对不同交流故障的敏感性,提出异地交流故障检测与定位方法,设计无需远距离通讯的源侧暂态能量耗散策略。进而提出故障性质判定方法,并针对永久性交流故障设计风电场和耗能电阻的协调配合控制策略。最后通过PSCAD仿真验证提出的故障诊断和穿越方法的有效性,在该方法下,系统能够在任何受端发生瞬时性或永久性交流故障均实现不间断运行。     

大规模海上风电多电压等级混合级联直流送出系统

海上风电场拥有更加丰富与稳定的风能资源,同时具备适宜大规模开发的优点,发展潜力巨大,是未来风电的主要发展趋势.文中总结分析了现有工程和理论研究中涉及的大规模海上风电直流送出拓扑,包括仅采用模块化多电平换流器的柔性直流换流站系统和二极管整流单元-模块化多电平换流器混合直流换流站系统,归纳了各方案的运行特点.为解决现有方案运行灵活性低、可行性差的问题,提出了一种多电压等级混合级联直流送出系统,从技术性和经济性两方面对方案进行了对比分析.最后,设计了多电压等级混合级联直流送出系统协调控制策略,通过PSCAD/EMTDC仿真分析对并网方案进行了可行性验证.