混合双馈入直流输电系统的交互作用机理研究(一):等值单馈入直流输电模型

为了研究混合双馈入直流输电系统中电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)子系统和电压源换流器型高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)子系统的交互作用机理,通过将LCC-HVDC(或VSC-HVDC)子系统进行等值,提出并建立混合双馈入直流输电系统的等值单馈入VSC-HVDC(或LCC-HVDC)模型。在此基础之上,建立了等值单馈入直流系统的对应等效单输入–单输出控制回路,并与PSCAD/EMTDC详细电磁暂态仿真模型对比,验证所建立模型的准确性。所建立的等值单馈入模型可以用于定量评估混合双馈入直流输电系统的交互作用机理。     

Multi-parameter bifurcation analysis of AC/DC power system

针对交直流系统的微分-代数模型,提出了一种多参数分岔分析方法.该方法虽然使系统方程的维数有所增加,但其雅可比矩阵具有很强的稀疏性,易于推广至大系统.在此基础上,对单馈入及多馈入交直流系统分别进行了多参数分岔分析.对单馈入交直流系统,分别以励磁参考电压、直流子系统各参数及逆变站换流变变比的极限值为控制参数,研究了这些参数对系统动态负荷裕度(DLM)和分岔点类型的影响.对多馈入交直流系统,重点研究了在直流典型控制方式下直流子系统之间的联络线电抗值及多个直流参考电压共同作用对系统分岔行为的影响.     

多馈入直流输电系统短路比评估方法综述

短路比是评估交直流系统强度的重要指标,影响着直流系统的运行特性。通过介绍单馈入直流输电系统中短路比的评估方法,针对多馈入高压直流、多馈入柔性直流和包含高压直流和柔性直流的混合多馈入直流3种电网结构,分析并对比了多馈入直流短路比评估方法的最新研究成果。最后阐述了多馈入直流短路比评估方法的主要问题和发展方向,为指导直流系统的规划提供理论依据。     

静止同步补偿器对高压直流输电系统运行极限的影响

为了研究静止同步补偿器(STATCOM)对高压直流(HVDC)输电系统稳定性的改善作用,分析了不同容量的STATCOM对HVDC输电系统运行极限的影响.在PSCAD/EMTDC中搭建了含有STATCOM的HVDC输电模型,分别分析了在逆变侧交流母线发生故障和连接较弱受端系统情况下,STATCOM对单馈入HVDC输电系统的影响.此外,搭建了含有STATCOM的双馈入HVDC输电系统,研究了STATCOM对多馈入HVDC输电系统运行极限的影响,以及直流子系统之间的电气距离对STATCOM改善作用的影响.仿真结果表明:接入STATCOM可以使HVDC输电系统在较低的短路比情况下稳定运行;随着STATCOM容量的增大,系统临界短路比的降幅逐渐减小;在多馈入直流系统中,随着子系统之间电气距离的增大,STATCOM对远端子系统临界短路比的改善作用降低.     

多馈入直流输电系统交流侧滤波方案的设计

随着高压直流输电(HVDC)系统的发展及多馈入直流输电系统的逐步形成,多馈入直流系统的谐波问题日显突出.由于多馈入直流系统交流侧的母线电压严重畸变,现有的针对单谐波源的滤波方案已不再适用.文章提出了一种新的适用于多馈入直流输电系统的交流侧滤波方案,即在系统与负载之间并联由无源滤波器串联有源滤波器构成的混合滤波器,再在该混合滤波器之前与负荷串联一个有源滤波器.仿真比较了采用混合有源滤波方案与只投入无源滤波器时的滤波仿真效果,结果表明混合有源滤波方案可以显著降低母线上的谐波含量,从而抑制了负载谐波对系统的影响.     

影响多馈入高压直流换相失败的耦合导纳研究

建立了2条交、直流并联的多馈入高压直流输电系统模型,并对此模型的直流输电线的耦合导纳和换相失败关系进行详细的理论分析研究。基于电路基本理论知识,推导出多馈入交、直流并联的高压直流输电系统耦合导纳和换相电压关系表达式。从该文的理论分析可看出逆变侧换相失败的判断与耦合导纳关系十分复杂,它不仅与各直流输电子系统逆变侧相连的交流电源的等值导纳有关,而且还与各直流输电子系统整流侧相连的交流电源的等值导纳有关,更与各直流输电子系统相并联的交流传输线导纳密切相关。     

多馈入直流交互影响强度的评估指标

多直流馈入电网已经提出了几种改进的短路比指标,但对其有效性一直缺少全面和定量的评估。文中以含有5回直流的南方交直流并联电网为蓝本构造了多组仿真测试模型,对评估多馈入直流受端电网强度的2种多馈入短路比指标和多馈入影响因子指标的性能进行了系统、全面的定量评估,指出了指标存在的不足和适用范围。提出了一个评估多直流间交互影响强度的新结构性指标———暂态电压支撑强度指标。通过新指标与CIGRE推荐指标的对比以及指标与受端电网暂态电压跌落和直流换相失败持续时间等特征量之间的定量关系分析,验证了新指标的适用性。     

交直流互联系统的多参数分岔分析

针对交直流系统的微分-代数模型,提出了一种多参数分岔分析方法。该方法虽然使系统方程的维数有所增加,但其雅可比矩阵具有很强的稀疏性,易于推广至大系统。在此基础上,对单馈入及多馈入交直流系统分别进行了多参数分岔分析。对单馈入交直流系统,分别以励磁参考电压、直流子系统各参数及逆变站换流变变比的极限值为控制参数,研究了这些参数对系统动态负荷裕度(DLM)和分岔点类型的影响。对多馈入交直流系统,重点研究了在直流典型控制方式下直流子系统之间的联络线电抗值及多个直流参考电压共同作用对系统分岔行为的影响。     

基于等效运行短路比的多直流馈入系统静态电压稳定分析

由于现有短路比指标未考虑多直流馈入系统灵活多变的影响,导致现有短路比指标临界值不明确,难以准确评估多直流馈入系统临界电压稳定。针对上述问题,该文提出一种新的指标,等效运行短路比(equivalentoperatingshort circuitratio,EOSCR),以此评估多直流馈入系统静态电压稳定。首先,基于节点电压电流关系,将多直流馈入系统等效为等值单馈入模型。以等值单馈入模型为基础,基于扩展雅克比矩阵推导出等效节点功率灵敏因子(equivalentnodal power sensitivity factor,ENPSF)为后续理论分析奠定基础。其次,基于ENPSF提出EOSCR并且给出EOSCR的理论临界值。最后,基于PSCAD/EMTDCTM与MATLAB仿真,验证所提指标的有效性。通过与现有指标的对比,等效运行短路比能更准确的评估多直流馈入系统临界电压稳定。     

计及并联电容器补偿的多馈入交直流系统改进有效短路比指标

多馈入有效短路比能够同时反映交流系统强弱和直流系统间相互作用,是进行多馈入交直流系统分析和评估的重要指标,但是在实际工程应用中仍出现了指标计算结果与系统实际电压稳定不相符的情况。在推导并联电容器补偿对短路电流影响的数学关系的基础上,分析得出现有的多馈入有效短路比指标由于未考虑并联电容器补偿时存在不足而具有局限性。针对这个问题,提出一种能够计及并联电容器补偿的改进多馈入有效短路比指标,该指标通过将系统并联电容器容量折算到直流落点处来进一步计及其给系统电压稳定带来的影响,并给出所提改进短路比指标的计算公式。以修改的新英格兰39节点系统为例,研究了并联电容器补偿对系统电压稳定性的影响,分析了现有多馈入短路比和所提改进指标与并联电容器补偿的容量和补偿位置的关系,研究结果表明,所提改进有效短路比指标比现有多馈入有效短路指标更能够准确地反映交流系统的强弱程度。最后通过浙江电网仿真验证了所提改进有效短路比在描述多馈入交直流系统强度的准确性和适用性。     

电力系统大停电后系统分区恢复的优化算法

电力系统发生大停电事故后,需要将大规模系统划分为几个分区并对每个分区进行并行恢复,然后通过并网来实现整个系统的恢复。该文将系统分区策略与分区内部节点的恢复路径、恢复顺序统一考虑,结合经典的最短路径法与遗传算法,实现最优系统分区恢复方案的求解。在该文算法中,考虑了机组在恢复过程中的启动时间限制,可保证尽可能多的电源点得到及时恢复,并对得到的各分区网架进行潮流的计算校验,对发生潮流越限的分区进行适当调整。以IEEE 30节点系统和河北南网系统作为算例验证该文算法的有效性。     

基于节点电压相近度的黑启动子系统划分方法研究

互联电网发生大停电事故后,将电网划分成几个子系统实施并行恢复,可显著加快系统恢复进程。基于复杂网络的社团发现原理,采用节点电压相近度作为子系统划分的判据,提出一种黑启动子系统划分方法。该方法根据潮流计算的节点电压、黑启动电源的数目以及黑启动电源所在节点的电压获得电压阈值,将网络划分成几个子系统实施并行恢复,可满足子系统内部连续紧密、子系统之间联络的线路尽可能少且子系统的规模基本相当的分区目标。基于IEEE 118节点系统的算例验证了所提出方法的有效性。     

基于序列二次规划算法的多馈入直流输电系统功率优化

我国已形成含有多馈入直流输电系统(multi infeed direct current，MIDC)的大规模交直流混合电力系统，由于直流输电系统换流站的特殊性，直流输电系统有功功率的输送会影响受端交流系统的运行特性。以MIDC系统各条直流线路输送的功率为控制变量，受端系统网损为目标函数，采用序列二次规划(sequence quadratic programming，SQP)算法对MIDC系统输送功率进行优化。算例证明该方法可有效减小受端系统网损，优化后双馈入DC/AC的9节点系统网损平均降低0.72%，三馈入DC/AC的118节点系统网损平均降低0.97%。     

MIDC系统有功功率分配方式对受端交流系统网损的影响

对直流输电系统2种常用的运行模式进行分析，讨论了多馈入直流输电（MIDC）系统输送功率对受端交流系统网损的影响，提出了2种条件下网损灵敏度的计算方法，一种是保持MIDC系统输送通道总功率不变，另一种是MIDC系统各直流线路输送功率相互独立。第2种情况下，需要采用负荷平衡方法进行修正。针对第1种情况，文中对功率的再分配进行了讨论，提出了一种有效的功率再分配方法来降低受端系统网络损耗。对加入了MIDC系统的IEEE 118节点系统进行仿真的结果表明，优化后三馈入DC/AC的118节点交流系统网损平均降低0.97%。     

并行仿真计算中的新交替迭代解法

本文针对电力系统并行仿真算法中的分块对角加边模型提出了一种新的交换代解法。电力系统分成几个子系统和一个协调系统。每个子系统由一台计算机计算,协调系统由一台或多台计算机完成。每个子系统引入两个新矩阵,协调系统引入一个,仿真实例计算结果表明,新方法具有很好的收敛性。     

波形松弛法的电力系统暂态稳定性并行仿真计算

仿真计算是进行电力系统暂态稳定性分析迄今为止最可靠的方法.本文提出一个基于波形松弛的电力系统暂态稳定并行仿真新方法.首先按照系统各部分的地理分区将其划分为多个子系统,将通过联络线及边界节点互联的子系统进行等值,从而得出相邻子系统对本子系统的影响;进一步将移置到边界处的子系统等值电流作为子系统间波形交互信息,实现互联子系统之间的解偶和并行松弛求解.在PC集群上的计算结果表明,该算法有比较高的并行加速比和计算效率,在无任何加速措施的情况下,对于较大规模的系统已达到了在线实时计算速度.     

电力系统并行仿真计算的一种新算法

针对电力系统并行仿真算法中的分块对角加边模型提出了一种新的交替迭代解法。电力系统分成几个子系统和一个协调系统。每个子系统由一台计算机计算 ,协调系统由一台或多台计算机完成。每个子系统引入两个新矩阵 ,协调系统引入一个矩阵。仿真实例计算结果表明 :新方法具有很好的收敛性     

基于一致性理论的多区域电力系统分布式状态估计

随着电网规模不断扩大,传统集中式状态估计方法的数据通信与存储任务重、计算量大,难以满足现代电力系统状态估计需求。在计及系统状态估计非线性的基础上,将电力系统划分为若干个不重叠的子区域,并利用拉格朗日乘子法对状态估计方程进行解耦,建立电力系统多区域非线性状态估计模型。基于一致性理论建立全分布式状态估计方法对模型进行求解,该方法无需状态估计控制中心,只需各子区域交换一致性变量和边界节点的状态变量信息,各子区域便可平行独立地计算本地状态变量估计值,较集中式状态估计均衡了通信及计算负担。IEEE 14节点系统仿真结果验证了所提分布式状态估计方法的有效性。     

多馈入直流输电系统换流母线电压稳定性评估模型和算法

根据多馈入直流输电MIDC(Multi-Infeed Direct Current)系统中的无功功率和电压之间的关系，提出了MIDC系统换流母线电压稳定性评估的模型和算法，提出了电压调节系数耦合度的概念，通过一个双馈入直流输电系统，分析了直流输电系统控制方式、短路比和MIDC系统中各子系统间电气距离对换流母线电压稳定性因子和电压调节系数耦合度的影响，并提出了提高MIDC系统换流母线电压稳定性的措施。