撬棒保护与电网交直流控制协调的风电机组脱网抑制方法

多次发生的大规模风电机组相继脱网事故严重影响集群风电并网消纳和电网安全。撬棒保护电路是目前在风电场中广泛运用的一种低电压穿越方式,但其大范围投入可能造成风电场从电网吸收过多无功功率而导致电网暂态电压稳定恶化。文中提出一种综合风电机组撬棒保护、直流系统功率调制和交流系统紧急电压控制来抑制风电机组相继脱网的方法,其核心是利用撬棒保护提高风电机组低电压穿越能力,降低风电机组在故障期间的低压脱网代价;通过风电场近区大容量直流的功率快速调制并协同交流侧紧急电压调控手段,改善风电送出通道的潮流分布,以提高故障后电网暂态电压稳定性。对实际电网的时域仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于相对增益矩阵和 Prony 技术的南方电网FACTS 和 HVDC 之间交互影响分析

高压直流输电(HVDC)及灵活交流输电(FACTS)装置因其优良特性被广泛应用于现代电网中,但是其实际应用时间较短,加之其控制器的复杂性,使得对大规模交直流混联电网中 FACTS 装置之间及 FACTS 装置与 HVDC 间的交互作用的研究不够成熟和完善.文中以定量分析南方电网中FACTS 装置之间以及 FACTS 装置与 HVDC 系统间的交互作用大小为目标,建立了含 FACTS 装置和 HVDC 系统的多机电力系统的线性化模型,并详细阐述了引入不同 FACTS装置及直流系统时,控制变量、输出变量的选择及对代数方程的处理.接着对南方电网进行等值,利用该线性化模型推导出等值系统的传递函数,利用 RGA 方法找出 FACTS 装置之间以及 FACTS 装置与 HVDC 系统间的交互作用的大小.最后通过大扰动下的 Prony 分析验证了 RGA 分析结果的正确性.     

基于广义动力学原理的紧急功率支援策略北大核心CSCD

高压直流输电系统的紧急功率支援可以提高系统的暂态稳定性,但支援数量、时间、速度等因素直接决定了支援效果。文中分析了故障后交直流系统运动特性,建立了交直流系统的广义动力学模型,通过冲量定理建立了紧急功率支援时间和支援数量与系统运动特性的关系,进而提出了基于广义动力学原理的高压直流输电紧急功率支援方法。并通过仿真验证该控制方法可有效地提高故障后交直流系统的稳定性。     

适合风电接入的直流输电辅助频率控制策略

针对含规模化风电接入的交直流电力系统的频率稳定问题,以抑制风电出力大幅度随机扰动引起的频率波动为目的,提出了高压直流输电(high voltage direct current transmission,HVDC)附加频率控制(frequency control,AFC)和自动发电控制(automatic generation control,AGC)配合的辅助频率控制策略。该策略在风电出力发生大幅度随机扰动时,AFC利用HVDC功率快速调制和短时过载能力快速平衡风电出力扰动中变化较快的分量,控制器基于TLS-ESPRIT算法和改进射影控制理论设计,阶数低,易于工程实现;基于传统PI控制的AGC自动跟踪电网功率波动,调整调频机组出力平衡变化较慢的有功功率扰动分量,维持系统有功功率平衡,保持电力系统频率稳定。最后,利用PSCAD/EMTDC在改造的四机两区域模型中进行了仿真分析,结果表明所提策略充分利用了交直流电力系统的频率调节能力,能较好地抑制风电出力引起的频率波动。     

应对UHVDC送端电网新能源大规模脱网的频率紧急控制

我国特高压直流输电(UHVDC)的快速发展及新能源发电占比的不断提高,有力支撑了国家的能源战略转型。但由于新能源机组的涉网保护性能较差,在新能源集中接入的直流送端电网,发生交直流故障后容易导致新能源大规模脱网,给电网的暂态频率安全保障带来极大挑战。文中首先分析UHVDC送端电网新能源大规模脱网的故障过程;然后针对现有应对新能源脱网措施的不足,根据故障过程特征提出利用直流换相失败等信息作为触发条件的频率紧急控制技术方案及实现方法;最后搭建西北电网的仿真算例,验证了所提方法能有效应对交直流故障引起的新能源大规模脱网,大幅提升送端电网的UHVDC输电能力及新能源消纳。     

改善系统频率稳定性的多直流功率紧急支援协调控制策略

直流功率紧急支援能够有效改善多直流馈入电网在大功率缺额故障扰动后的系统频率稳定性。文中分析了直流功率紧急支援的原理,提出了一种综合考虑直流过负荷能力、直流运行工况和交流输电能力的单回直流实时可提升功率的估算方法。基于交流电网的安全稳定约束,提出了区域电网最大可支援能力的计算方法和“同送出同馈入”的多回直流实际支援量的协调优化算法。在此基础上,提出了改善系统频率稳定性的多直流功率紧急支援的协调控制方案,并在华东多直流馈入电网中进行了仿真验证。     

交直流柔性协调控制技术在华中电网的应用

随着特高压大规模输电快速发展,交直流相互耦合愈加紧密,电网安全稳定问题凸显,安控措施量大,迫切需要适应于交直流混联大电网的安全稳定控制技术。交直流柔性协调控制技术是利用多回直流功率紧急控制,通过交流系统与直流系统相互配合,降低大容量直流故障冲击,提升系统振荡阻尼水平,替代或减少受入直流闭锁故障后电网切负荷量,该技术在华中电网得到了成功的工程应用。文中针对华中电网运行存在的实际问题,基于多直流协调控制理论和时域仿真,构建了交直流柔性协调控制系统,现场试验结论验证了该系统对于提高电网输电能力和安全稳定运行裕度的有效性。     

交直流并联电网中直流功率紧急控制影响及优化研究

直流功率紧急控制可以提高故障后系统的暂态稳定水平,广域测量系统(WAMS)的快速发展为实现大电网交直流协调控制提供了技术前提。基于扩展等面积准则(EEAC)介绍了直流功率紧急控制提高系统暂态稳定性的机理,针对交直流并联电网中直流功率紧急控制造成的送受端电网不平衡功率通过交流通道形成的反馈可能导致某些关键断面潮流加重、恶化系统失稳模式的问题,认为交流控制措施(切机、切负荷)和直流功率紧急控制措施存在协调的空间。为评价交直流协调控制效果,建立了交直流协调优化控制的数学模型,将该协调问题转换为以控制代价最小为目标的优化问题。通过实际系统的仿真算例验证了交直流协调优化的必要性。     

柔性直流与常规直流协调的紧急功率支援策略研究

柔性直流(VSC-HVDC)具有响应速度快、有功无功解耦、可向交流系统提供无功支撑等运行特性。将柔性直流纳入电网紧急控制系统,可在提升交直流电网暂态稳定性基础上降低常规切机切负荷控制的代价。基于扩展等面积法则(EEAC),研究直流紧急功率支援提高故障后系统暂态安全稳定性的机理;通过对不同类型直流功率调制的对比研究,指出柔性直流与常规直流(LCC-HVDC)的紧急功率支援在改善故障后系统功角恢复方面存在差异,紧急控制应考虑不同类型直流的控制优先级;提出为保障故障后电网暂态稳定所需直流紧急支援功率计算方法,并结合不同故障情况下直流功率支援的优先级制定相应的紧急协调控制策略。     

华中电网的直流紧急功率支援问题

研究了1 000 kV交流特高压试验示范线建成后,直流输电调制对华北—华中互联电网运行安全稳定的作用。分析了直流紧急功率支援的机制以及实现方法,并对华中电网内直流系统发生双极闭锁故障时,华北—华中互联电网和特高压交流输电通道承受故障冲击的能力及系统的安全稳定水平进行了仿真分析。通过一回直流双极闭锁故障时,华中电网中4回直流输电线路之间紧急功率支援的仿真研究结果表明,采用直流输电系统紧急功率支援对保持互联系统稳定性和供电可靠性具有良好的效果。     

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.     

基于电力系统全数字实时仿真装置的大电网机电暂态–电磁暂态混合仿真

对高压直流输电和柔性交流输电系统设备的准确仿真需建立详细的电磁暂态模型,而大电网中建立所有设备的电磁暂态模型来进行计算是不现实的,针对该问题,采用了3个典型算例,详细介绍了应用电力系统全数字实时仿真装置的混合仿真功能进行大规模电网仿真的过程。将大电网分为电磁暂态子网和机电暂态子网,其中大电网局部或某些关注的设备作为电磁暂态子网,其余网络作为机电暂态子网,电磁暂态子网中的设备用详细的电磁暂态模型描述。将混合仿真计算结果与传统的机电暂态仿真结果相比较,验证了混合仿真的准确性。     

机组协同-分布卸荷的风电场-柔直并网系统故障穿越方法

为降低风电场-柔性直流并网系统在交流主网发生低电压故障时的穿越成本,提出一种直流耗能装置与风电机组卸荷电路协同作用的电网故障穿越策略,在电网故障时送端换流器配合风电场快速降低直流功率输出.由于直流耗能装置仅在故障发生的前期、风电场输出功率下降前起到限制直流电压升高的作用,该策略能够显著降低直流耗能装置的体积.在此基础上,该策略将直流耗能装置中的耗能电阻分散置入到受端模块化多电平换流器中,进一步降低了卸荷成本.最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中,构建了风电场-柔性直流并网系统的仿真算例,对所提出的故障穿越方法的正确性和有效性进行了验证.     

动态无功补偿对风电场暂态电压的影响及控制策略

近年来大规模风电机组连锁脱网事故频发,严重威胁电网安全稳定运行,风电机组脱网机理与防御控制策略需深入研究。首先从理论上分析了含动态无功补偿装置的风电场在电网故障期间风机机端高电压现象的机理,仿真分析了静止无功补偿器（static var compensator,SVC）响应时间对风电场暂态电压特性的影响,指出SVC暂态无功调节的滞后性是导致故障下风电机组因高电压脱网的主要因素,并提出了电网故障下风电场的无功协调控制策略：即通过协调SVC与风机自身无功出力,在故障发生时紧急闭锁SVC,投入风机跨接器（Crowbar保护电路）,在故障清除后经一定延时重新投入SVC,从而提高风电机组的故障穿越能力。仿真结果表明该文提出的控制策略能有效抑制故障下风机高电压脱网问题。     

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。     

提高系统暂态稳定性的柔性直流受端电网故障穿越策略整定

随着大容量柔性直流输电技术日趋成熟,其在大电网中的应用愈发广泛。充分利用柔性直流灵活、快速的调节性能,设计合理的控制策略,有利于提升系统的安全稳定特性。文中重点针对柔性直流的交流故障穿越策略,利用扩展等面积法则(EEAC)分析了其影响系统暂态稳定性的机理。提出一种提高系统暂态稳定性的故障穿越策略工程优化整定方法。通过优化柔直在故障穿越期间的无功控制目标、低穿电压阈值、故障穿越期间的有功和无功电流限值以及故障穿越的恢复电压阈值,可显著提升柔性直流接入系统的暂态稳定特性。在规划系统仿真中验证了所提方法的有效性,可为实际柔性直流接入系统的控制策略优化及方式安排提供技术支撑。     

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.     

基于VSC-HVDC的风电分散并网下垂控制策略

海上风电的大规模开发使得柔性直流(VSC-HVDC)输电技术得到了越来越广泛的关注与应用。文中通过引入交流电压下垂控制,提出了基于VSC-HVDC的适应送端交流分散模式下的风电场多端并网的协调控制策略。在柔性直流输电传统控制策略的基础上,保留配电网侧逆变器的定直流电压控制,以保证系统功率平衡;而使风电场侧整流器采用交流电压下垂控制,以代替原有的恒功率控制,从而引入下垂控制的无需通信联系和合理动态分配等优势。仿真分析表明所提控制策略不仅能保证有功出力灵活自动跟踪系统额定值,而且还具有一定的负荷波动容忍度和交直流故障隔离功能,且在风电场采用送端交流分散模式同时向多端配电网供电时,能在风电机组切出系统的情况下快速实现潮流反转,以保证系统供电可靠性,并能自动按照额定比例在各配电网间合理分配动态功率,为风电分散并网的协调运行提供了有效的解决途径。