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。     

直流馈入受端电网暂态电压与频率稳定紧急协调控制策略

为应对多直流馈入受端电网直流闭锁故障导致的暂态电压和暂态频率稳定问题,提出一种综合考虑直流功率紧急提升、调相机紧急控制和切负荷的紧急协调控制策略。首先,采用了基于多二元表的暂态稳定裕度指标,分析了直流功率紧急提升和调相机紧急控制对受端电网暂态电压稳定的影响,提出了受端电网多控制手段紧急协调控制方案。其次,基于该控制方案,计及暂态电压和暂态频率稳定约束,以控制代价最小为目标,建立了多控制手段下受端电网紧急协调控制优化模型。然后,采用灵敏度法将模型线性化,考虑了直流功率紧急提升对暂态电压稳定的负面影响,并采用逐次线性规划方法求解。最后,通过华东电网实际案例结果验证了所提控制策略的有效性。     

基于机组电压支撑效果的直流近区火电最小开机方法

随着大规模新能源集中接入及直流送出规模的提升,送端电网面临暂态过电压和事故后稳态过电压等电压问题。基于送端电网特高压直流运行特性,全面评估了火电机组暂态稳定、潮流组织等安全性及充裕性作用。在此基础上,首先分析了火电机组对多回直流换流站静态电压支撑效果,通过故障下机组无功出力随时间变化积分获得直流预想事故集下动态电压支撑效果。结合静态及动态电压支撑效果,确定直流配套机组最优开机顺序,兼顾直流稳控切机容量。最终确定直流近区最小开机方式,并以实际电网算例进行验证。     

高比例新能源直流送端系统分布式调相机优化配置

高比例新能源直流送端系统故障可能引发新能源暂态过电压脱网,在新能源场站或汇集站配置分布式调相机是抑制暂态过电压脱网的有效手段。针对高比例新能源直流送端系统分布式调相机优化配置的技术需求,首先分析高比例新能源直流送端系统的暂态过电压传播特性。基于此,提出考虑节点和系统综合暂态压升严重性指标的分布式调相机候选节点筛选方法。然后,以计及运维费用的分布式调相机综合配置成本最小为优化目标,考虑多场景和多故障下的暂态电压稳定性约束,构建分布式调相机优化配置模型。最后,利用粒子群算法进行寻优得到分布式调相机优化配置方案,并构建高比例新能源直流外送试验系统。采用BPA-PYTHON-Matlab联合仿真验证所提配置方法的有效性。     

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。     

调相机接入江苏电网后的适应性研究

随着大容量、远距离特高压交直流输电技术的深入应用,江苏电网资源优化配置能力显著提高,江苏电网受电比例逐步提高,成为典型的受端电网,系统动态无功补偿不足和电压稳定问题凸显。针对江苏电网存在的问题,在受端电网配置调相机的技术原则,开展了调相机在江苏电网安装后的适应性研究,提出了应对调相机在江苏电网配置后对短路电流提升的解决措施。仿真计算分析表明,调相机在江苏电网合理配置后,在故障期间充分发挥了无功支撑的作用,减少了直流换相失败导致闭锁的概率可以解决苏南地区在春节等低负荷时期出现的高电压问题。对于调相机接入后出现的短路电流升高问题,在不降低电网供电安全性的前提下,可以通过调整网架结构等手段予以解决。     

调相机参与多直流馈入受端电网紧急控制策略研究

随着特高压直流大规模馈入,受端电网运行特性发生显著变化,系统动态无功储备和电压支撑不足问题凸显,迫切需要配置调相机等动态无功补偿装置。首先研究了调相机对多直流馈入受端电网运行及直流换相失败特性的影响,其次分析了现有常规控制模式下调相机抑制直流连续换相失败方面的不足,提出了调相机参与紧急控制的策略思想及系统架构,最后基于实际省级电网仿真验证了所提策略的有效性。     

青豫直流近区330kV人工短路试验分布式调相机响应结果分析

青海电网是目前全国新能源装机占比最高的省域电网，大规模新能源接入对青海电网电压稳定带来挑战。介绍了青豫直流近区330kV 1号站Ⅰ线三次人工短路试验，分析并对比了三次试验期间分布式调相机的响应特性，描述了分布式调相机对故障时电压跌落深度和故障后过电压的抑制效果，验证了分布式调相机对电网的暂态无功支撑效果。     

300MVar级同步调相机对湖南电网稳定的影响研究

研究在湖南电网配置300MVar级的同步调相机后,对湖南受端电网稳定水平的影响。首先介绍大容量调相机的基本结构和技术特性。然后分析湖南电网存在的暂态电压稳定问题。从电网暂态电压稳定和最小开机方式的角度,综合评估同步调相机对电网稳定水平的影响。最后通过仿真进行对比分析,结果表明同步调相机具有较好的动态电压支撑能力和较强的短时过载能力,能有效改善湖南电网的稳定水平。     

基于同步电机等效电路的分布式可再生能源发电虚拟同步机控制

针对大量光伏和风电等新能源接入电网,电压稳定性降低以及电网故障情况下的无功和电压问题,提出一种基于同步发电机等效电路模型的新型虚拟调相机控制策略。以夜间具有充足无功调节能力的光伏逆变器为目标,设计基于同步电机等效的分布式可再生能源发电虚拟同步机控制策略,通过对同步发电机建模及其次暂态效应分析,提出逆变器的虚拟调相机及无功控制方法,并在单机—输电线路—无穷大母线案例中验证。新能源大规模接入区域的逆变器被赋予分布式调相机的次暂态无功响应特性和惯性后,区域暂态无功支撑能力和暂态电压稳定性大大增强。     

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。     

基于调相机与SVC协调的抑制高压直流送端风机脱网的控制策略

在大规模风电接入的高压直流送端电网中,针对发生直流故障后送端交流电压大幅波动导致的风机连锁脱网问题,探讨了直流故障导致风机连锁脱网的内在机理,分析了调相机和静止无功补偿器(SVC)在换相失败和闭锁过程中的动态无功响应特性;在此基础上,提出一种基于换流站侧调相机与风电场侧SVC协调的抑制高压直流送端风机脱网的控制策略:在换相失败和直流闭锁的不同时期,根据送端电压变化特点,分时发挥调相机自发无功响应能力、励磁控制能力和SVC无功调节能力,以抑制暂态压降或暂态压升的幅度超过风机脱网的保护阈值.最后,通过对测试系统和实际电网的仿真,验证了所提控制策略可有效抑制直流故障后送端暂态电压变化,降低风机连锁脱网的风险.     

基于IFAHP和TOPSIS的直流弱送端电网调相机配置方案综合评估

为提高特高压交直流混联电网稳定运行水平,同步调相机已广泛应用于特高压直流送受端电网。提出一种直流弱送端电网调相机配置方案综合评估方法。文章建立调相机配置方案综合评估指标体系,共包括暂态过电压、稳态过电压、暂态电压稳定、有效短路比和投资费用等5个评价指标;采用直觉模糊层次分析法(IFAHP)确定评价指标的权重,IFAHP法能较好地刻画决策人员进行评价指标比较时的不确定性;基于逼近理想解排序法(TOPSIS)对方案进行排序。实际工程算例验证了所提调相机配置方案综合评估方法的合理性和有效性。     

新能源同步机与调相机在高比例新能源电网中应用的比较

针对高比例新能源电网的电压稳定问题和新能源脱网风险,新能源同步机(Motor Generator Pair,MGP)系统和调相机均能发挥重要作用。为对比二者的动态特性,本文介绍了MGP结构和控制策略,分析了MGP的无功调节原理和机械隔离作用。推导了调相机的动态调节特性及无功调节能力的影响参数。在PSCAD中分别搭建了MGP和调相机接入新能源并网系统的仿真模型,对比了不同故障情况下MGP和参数优化前、后调相机的动态特性,结果表明MGP和调相机都具备抑制电压跌落的能力,而MGP的机械隔离作用可以隔离故障对逆变器和新能源机组的大部分影响,防止新能源大量脱网。     

考虑电压支撑强度约束的区域新能源出力分布优化方法

建设大规模新能源基地,并经特高压直流送出已成为新能源开发利用的重要形式,但随着新能源接入占比的抬升,系统电压支撑强度不足并引发暂态过电压问题凸显,已严重制约直流送电能力及新能源接纳能力。新能源多场站短路比是衡量系统电压支撑强度的有效手段,通过揭示新能源出力对短路比的影响规律,明确了新能源出力分布优化的可行性,进而构建基于新能源多场站短路比约束的区域新能源出力分布优化问题的实施框架,提出基于模拟退火算法的出力优化方法。以国内某省级电网为例,仿真验证了算法对提升区域新能源消纳能力的效果。仿真表明,所提出的出力优化方法可以提升新能源消纳能力70%以上。     

大容量调相机参与下特高压交直流电力系统 稳态电压协同控制

提出了一种大容量调相机参与下特高压交直流混联系统稳态电压协同控制新策略。首先研究了大容量调相机的稳态出力与其暂态电压支撑能力的关系,在充分保证调相机暂态电压支撑能力前提下,提出了其稳态出力确定方法。在此基础上,提出了大容量调相机参与下,换流站站域无功补偿设备与近区交流电网自动电压控制(AVC)的协同控制策略。基于EPRI-36节点系统,分析了特高压换流站运行方式以及近区交流电网无功负荷变化场景下,特高压换流站站域与近区电网AVC独立控制、协同控制以及计及调相机作用的协同控制3种方式下的控制效果,验证了所提控制策略的优越性和先进性。     

含同步调相机的直流换流站稳态无功协调控制策略

网源稳态调压方式会对系统动态无功支撑能力产生直接影响。针对特高压弱受端电网电压稳定性下降的问题,提出了一种直流换流站内滤波电容欠补偿、同步调相机迟相运行的稳态无功协调控制策略。同步调相机自动电压控制(AVC)子站作为控制中枢,与直流控保系统进行运行信息、动作指令信息和动作报文信息通信,以交直流系统无功交换量为控制目标,通过同步调相机与滤波电容无功置换,达到减少滤波电容投入组数、增加同步调相机稳态无功出力的目的,从源头上减少交流电压跌落导致的直流换流站无功补偿缺额。基于雅中—江西特高压直流投运后的江西电网规划数据,在PSASP仿真平台上开展潮流计算与暂态稳定分析。不同工况下的仿真结果表明,所提协调控制策略可以有效降低弱受端电网电压失稳的风险,提升直流功率的消纳能力。