广东电网目标网架方案论证与建议

广东电网负荷密度不断攀升,电网结构日益复杂,短路电流超标,交直流交互影响,大面积停电风险等问题威胁系统安全稳定运行,珠三角核心区潮流阻塞问题限制了电力互剂和事故支援能力的发挥,内外双环网结构难以适应发展需求。基于粤港澳大湾区及广东社会经济、能源资源发展特征,分析了广东输电网络发展的主要目标,以此为基础,考虑实际运行标准和工程建设条件等因素,形成了规划方案定量化比较标准和指标;在南方电网既定的西电东送输电和主网架发展技术路线的基础上,深入研究广东电网目标网架规划方案,重点对采用柔性直流直接异步互联、基于500 kV湾区外环的柔性直流异步互联和特高压交流湾区外环3个方案进行了技术经济指标比较。基于500 kV湾区外环方案可适应大湾区和广东的发展需求、有效应对短路电流超标等问题且可行性较高、经济代价合理,推荐其作为广东电网目标网架构网方案。     

广东电网网架形态及远景目标方案

在介绍广东电网基本情况的基础上,分析广东电网目前面临的短路电流超标、交直流相互影响、大面积事故风险等问题,以及在负荷发展、西电东送和工程实施等方面存在的局限性。结合国外类似典型电网的发展经验,提出广东电网目标网架的各类构网方案,并对各类方案进行对比分析,给出广东电网未来发展的相关建议。     

柔性直流分区技术在多直流馈入的受端电网中的应用研究

多直流馈入的受端电网由于多直流落点受端系统的交直流相互作用复杂、直流馈入功率大,存在着交流故障引起多条直流同时发生换相失败的风险、区域间潮流交换困难、短路电流水平超标等问题。柔性直流输电以其快速灵活的调节功率、不增加系统短路容量等优越特性,在远距离大容量输电、异步联网等方面获得了广泛的应用。利用柔性直流输电的技术优势来进行电网分区,不仅可以降低甚至消除交流故障期间交直流系统间和各个直流系统相互之间的耦合,还可以向系统提供无功支撑,减少因交直流系统相互影响而带来安全稳定问题的发生。本文引入了短路电流裕度、多馈入短路比、引起直流换相失败的短路故障比例、短路故障造成直流功率丢失的比例等受端电网网架评估指标,对以江苏电网为代表的多直流馈入受端电网现状进行评估。通过应用柔性直流分区技术后的评估指标对比,江苏电网的安全稳定性得到明显提升。     

多直流馈入系统不同电网分区方式比较

电网分区是提高多直流馈入系统稳定性能的有效途径,为研究不同电网分区方式对实际电网性能的提升效果,以广东电网2030年规划方案为例,将传统直流分区、柔性直流分区和动态分区三种方式应用于实际电网,分别针对单通道和双通道互联方案,从多直流落点有效短路比、交流故障对直流的影响和短路电流控制水平三方面对不同电网分区方式下的电网性能进行了计算和比较。结果表明：不同分区方式对实际电网性能影响不同。柔性直流分区方式在多直流落点有效短路比、交流故障对直流的影响和短路电流控制水平3方面表现更好;动态分区在控制短路电流水平方面具有一定的作用;传统直流分区方案能够有效减小短路电流水平,同时也能够限制交流故障下发生换相失败直流的最大数量。对于广东电网的规划方案,双通道互联方案下的柔性直流分区方式对系统性能提升效果最为明显。     

珠三角电网目标网架研究

珠三角电网具有负荷密度高、多直流馈入及网架结构复杂特征,存在短路电流超标、交直流交互影响严重、风险控制能力不足等问题。为此,提出以分区互联形态构建珠三角电网目标网架,具体构建了500 kV交流弱联系、1 000 kV特高压交流和异步互联3类方案,仿真分析了分区规模、联络形式等因素对珠三角电网安全性能的影响。结果表明,异步互联方案在故障隔离、提升系统可控性方面具有优势。     

基于动态分区的地区电网短路电流抑制策略

电网规模和容量的提升导致电网中母线短路电流水平不断提高,对电网的安全稳定运行造成威胁。提出了一种以线路投切为手段动态调整电网分区结构的动态分区技术,针对电网中母线短路电流超标问题,给出了一种动态分区优化算法,提出了综合考虑电网安全性、可靠性的动态分区方案量化评价指标,该指标可用于确定最优的动态分区方案。以新疆电网乌昌地区为例,分析了该地区主要短路电流超标母线的短路电流来源,利用本文提出的动态分区技术及其综合评估方法确定了该地区的最优分区方案,有效解决了电网的短路电流问题。     

特高压同步电网安全性论证

根据《电力系统安全稳定导则》,从短路电流、静态安全性、暂态稳定性、动态稳定性等方面,校核了特高压同步电网方案的安全稳定性;根据《电力安全事故应急处置和调查处理条例》要求,校核了可能发生的自然灾害导致的电网严重故障下,特高压同步电网的承受能力及可采取的措施;根据第3道防线的设置原则和要求,分析了由低频减载、低压减载和解列控制构成的第3道防线在特高压同步电网的适应性。结果表明,特高压同步电网安全性满足《电力系统安全稳定导则》的要求,承受严重故障能力强,第3道防线可有效控制事故范围,避免出现大停电;采用基于广域同步量测信息的自适应解列、交直流协调控制等技术可以进一步提高系统的安全性。     

采用异步联网限制短路电流的实际应用和分析

500 k V主网短路电流超标问题已成为广东电网近年来运行最突出的问题之一。现有的运行措施可将超标站点短路电流暂时降低至安全水平,但电网整体的短路电流水平仍较高,且牺牲了部分系统安全可靠性,从长远来看通过直流背靠背异步互联限制短路电流是可行的解决办法。以2018年广东500 k V电网为研究对象,建立直流背靠背异步联网模型,从短路电流限制效果、系统可靠性等方面进行仿真计算,并与传统运行措施进行对比,可以得出,采用直流背靠背异步互联措施具有更好的限流效果和更高的安全可靠性,验证了该方案在短路电流限制方面的有效性和优越性。     

限制广东500 kV电网短路电流运行方案

500 kV主网短路电流超标问题已成为广东电网近年来运行最突出的问题之一。对于开关设备不能及时更换的超标站点,只能暂时通过分层分区供电、分母运行、断开或跳通线路等措施,从系统运行方式安排上进行限制,将短路电流水平降低至安全合理的水平。以2009年广东500 kV电网以及其中的鹏城站为研究对象,从短路电流降低效果、实施的可行性、潮流分布、 N -1、系统可靠性等方面,对降低短路电流的各种运行措施进行了计算和研究,提出了相对较优的限制短路电流运行方案。     

特高压交直流接入对江西电网短路电流的影响研究

详细分析了特高压交直流接入后江西电网短路电流水平,研究了目前应用最广泛的短路电流限制措施。对江西电网短路电流交流分量达到开断遮断电流90%的节点进行直流分量衰减时间常数计算,研究了江西电网短路电流直流分量对断路器开断能力的影响。分析了江西电网短路电流增加的原因,并提出了应对短路电流超标问题的措施和方法。研究结果为未来2-3年特高压交直流将接入江西电网的规划提供理论依据和技术支持。     

多直流馈入受端电力系统分区及互联优化方法

合理的系统分区是中国广东等多直流馈入受端电力系统应对短路电流超标、复杂故障和交直流交互影响导致大停电等问题的根本措施。已有研究集中在开断交流支路选择方面,而系统分区在开断交流支路时往往需配套加强区内网架以满足电气支撑约束。为此,提出了一种分区及互联优化方法,能够对分区断面、区间及区内互联方案进行同步协调优化,在满足潮流传输、直流运行支撑等需求下确定合理的拓扑结构和电气强度。首先,以最小化指定规模及以上停电事故发生概率为目标函数,考虑系统安全约束,构建了系统分区及互联问题对应的优化模型;然后,基于最小单元定义实现了网架方案的数学化表达,并以最小单元间的联结关系作为优化变量;最后,采用和声搜索算法和蒙特卡洛仿真法求解所发展的模型。通过在广东实际电力系统的应用验证了文中所提方法的可行性和有效性。     

粤港澳大湾区城市群水资源配置模型

现有水资源评估和规划（WEAP）模型缺乏考虑地区配水优先顺序,研究基于用水安全度确定的地区配水优先度改进现有WEAP模型,并应用于粤港澳大湾区城市群水资源配置,比较了不同地区和行业配水优先顺序下的WEAP模型配水方案效果。结果表明,大湾区各市用水安全度随地区及用水行业不同呈现差异,广州、深圳、东莞生活及工业用水安全度较低;在保障生态基流的前提下,同时考虑地区和行业配水优先顺序的配水方案提升了重点地区生活及工业用水满足度,配水结果更合理;枯水期深圳及东莞用水受限,大湾区河库互联互通工程十分必要。研究同时考虑地区和行业配水优先顺序,为WEAP模型改进提供了新思路。     

一种双电感结构的LLC谐振型PFCAC-DC变换器

传统的AC-DC电源多采用二极管整流,由于大滤波电容和不控器件的存在,造成电路本身功率因数较低,且会对电网侧产生严重的谐波污染。一般方法多采用再级联一级功率因数校正(PFC)电路,来解决谐波污染和功率因数较低的问题,但由此增加了电路级数,增加了电路结构和控制的复杂度,降低了电路的效率。研究了一种基于双电感结构的具有PFC功能的LLC谐振型AC-DC变换电路,单级电路可以实现高功率因数能量变换,提高了电路传输效率。该电路不仅实现了传统LLC谐振变换,保证开关管以软开关方式工作,而且采用双电感结构的PFC电路,运用并联交错技术,较好地克服了电流断续型PFC电路输入电流谐波畸变较大的问题。对该电路拓扑进行了理论分析和仿真研究,实验验证了该电路拓扑的可行性。     

基于ADPSS新一代仿真平台的大规模交直流电网数模混合仿真

我国电网已成为世界上运行特性最复杂、控制难度最大的电网,基于ADPSS新一代仿真平台构建大规模交直流电网数模混合仿真系统,开展直流控制保护闭环仿真试验研究及进行交直流相互影响的分析工作,对提高直流输电系统及交流电网正常、故障、异常运行工况条件下主要电气量以及相关运行数据的仿真分析水平,有十分重要的现实意义。该文介绍了该项技术的详细方案和实现方法,并通过西北全网带7回直流控制保护装置的数模混合仿真案例验证了所提方法的正确性。     

500/220 kV电磁环网解环与分区运行研究

高电压等级系统的建立必将导致电网经历电磁环网过渡期。明确解环时机、制定解环原则与方案、实现地区间电磁环网解环与分区运行对电网安全稳定运行具有重要意义。明确了环网过渡期不同阶段显现特点,提出了500/220kV电磁环网解环的主体思路、主要原则、解环时机及解环方案,并通过上述理论提出了辽宁省地区间220 kV联络线的解环方案与分区运行结论。旨在为省级电网500/220 kV电磁环网解环提供参考。     

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。     

考虑换流站损耗特性的交直流系统多目标无功优化控制

交直流互联系统中各个直流输电通道在输送大量电能的同时,也会产生很大的电能损耗。通过协调优化多回超/特高压直流输电系统的电压无功控制措施,能够有效地降低整个交直流系统运行的损耗电量。提出一种考虑换流站详细损耗特性的交直流系统多目标无功优化控制方法,以包括换流站内部各主要设备损耗的整个交直流输电系统总网损和所有关键节点电压偏差平方和的最小化为目标,建立交直流互联系统的多目标无功优化控制模型。提出一种自适应加权和算法,结合GAMS/CONOPT解法器求解得到多目标优化问题的均匀分布的帕累托最优解集。并根据各个最优解的模糊隶属度和熵权信息从帕累托前沿曲线中确定出折中最优解,作为多目标无功优化控制方案。通过对某个6056节点交直流互联系统的计算表明,所提出的算法求得的帕累托最优解集分布均匀,且所获得的多目标无功优化控制方案能够有效降低换流站运行损耗,提高关键节点的电压质量。     

用于安全稳定控制的高压直流极闭锁判据

交直流并联运行电网中直流极闭锁后引起的安全稳定问题十分突出，如何正确判别直流极闭锁是安全稳定控制系统研究中的重要课题。采用数值仿真方法分析了直流极闭锁对电力系统稳定的影响，指出稳定控制装置必须正确、快速地判出不同形式的直流极闭锁。通过研究直流极闭锁的电气量特征以及直流控制保护系统的动作行为，提出了可靠的直流极闭锁综合判据，并进行了详细的阐述。通过介绍中国南方交直流混联电网安全稳定控制系统核心部分———高肇直流输电安全稳定控制系统，进一步论述了研究直流极闭锁判据及直流极闭锁后稳定控制的重要性。