面向特高压直流稳控措施的电网频率稳定控制优化研究

直流特高压输送容量占电网总容量比重较大,一旦直流发生单极或双极闭锁故障,电网就将产生严重的高频问题,对系统安全稳定运行产生巨大挑战。针对特高压直流输电工程投产后电网典型运行方式进行频率稳定控制策略优化研究,对特高压直流故障后系统出现的高频问题分析不同故障需切除的电源数量,探讨系统第二道防线与第三道防线的配合关系,提出提高电网频率稳定控制的实施方案。     

呼辽直流投产后东北电网频率特性分析

呼辽直流工程投运后东北电网"北电南送"的能力将得到加强,但由于呼辽直流工程输送容量大、送端与东北电网联系较弱,当发生严重故障时东北电网存在失去大量电源的可能性,为此应采取有效的频率控制措施来保证系统的安全稳定运行。分析了电力系统功率频率特性,利用PSASP拟合已掌握的实测曲线。校核低频减载方案以及呼辽直流投产后频率安全稳定措施。     

考虑惯性响应的特高压直流频率协调控制

针对特高压直流送端电网大规模新能源接入带来的频率稳定问题,在直流频率下垂控制的基础上,进一步引入直流虚拟惯量控制,实现了特高压直流惯性响应和一次调频的协调控制。同时,基于直流并网系统的频率响应简化模型,分析了特高压直流参与系统频率控制的机理及对受端系统频率特性的影响;类比传统同步发电机组的惯性响应和一次调频原理,提出了特高压直流频率协调控制的参数整定方法;基于系统的根轨迹,分析了直流频率协调控制参数对送端系统稳定性的影响;基于特高压直流系统的频率控制原理,分析了特高压直流参与系统频率控制的限制因素。然后,基于包含实际特高压直流控制保护系统的RTDS闭环实时仿真系统,对特高压直流在不同频率控制策略、不同控制参数及不同工况下的频率特性进行验证分析。仿真结果表明,相比传统的直流频率下垂控制,特高压直流频率协调控制有效增加了送端交流系统的惯性,改善了系统频率的变化速率和变化幅度,提高了直流系统的频率调节能力。该研究结果为直流频率协调控制在实际特高压直流工程的应用提供了参考和指导。     

东北-华北直流背靠背工程对东北电网的影响

背靠背直流输电系统主要应用于电力系统的非同步互联,如不同频率的电网之间或具有相同频率但可借此改善整个系统运行条件的需求。针对东北—华北直流背靠背工程的实施对东北电网的影响进行了分析,并通过仿真分析了随着背靠背直流潮流的不同对东北主网稳定水平产生的影响。     

直流频率限制器参数整定及协调控制

异步联网方式下,送端电网的频率稳定问题需要重点关注。在直流系统发生闭锁性故障后,采用直流频率限制器(frequency limit controller FLC)进行故障调频能够抑制送端电网出现的高频问题。文中介绍了直流频率限制器的结构原理以及参数整定方法,并针对直流频率限制器退出时可能发生的"二次动作"现象提出延时及比例参数切换的方法进行优化。最后针对多回直流频率限制器间的协调问题,提出基于直流频率限制器作用系数的控制策略。结果表明,文中设计的FLC能够对电网频率稳定实现有效控制多回直流FLC协调控制策略可以防止出现过调节现象。     

风电场交直流并网系统的储能和柔性直流联合调步控制策略

考虑在风电场交直流混合并网系统中风电场的功率差额可以沿交流线路传递给主网,风电场和主网都存在频率稳定问题,提出储能与柔性直流附加控制参与系统频率调节,优化风电场和主网频率特性。在风电场侧柔性直流换流站中加入基于风电场频率变化的柔性直流频率附加控制,以改善风电场频率特性;将储能系统通过换流器并联在风电场和主网间直流线路上,弥补风电场侧直流附加控制对主网的频率恶化作用,并改善主网频率特性;建立了储能与柔性直流附加控制共同作用下的风电场交直流混合并网系统频率模型。算例分析表明,通过储能与柔性直流附加控制的配合,能有效减少风电场功率平衡被破坏时风电场和主网的频率波动幅度。     

±800 kV天中特高压直流送端系统安全稳定性分析

为分析天中特高压直流送端电网安全稳定性,基于有效短路比(OESCR)、投切滤波器和直流单(双)极闭锁故障分析不同直流运行工况对送端电网的影响,在此基础上分析疆内电网一次调频作用下直流系统的频率特性、配套机组跳闸与单极闭锁故障下直流孤网运行特性。结果表明,直流配套火电6/8台机可建立工况运行,直流联网运行下其频率特性受疆内电网调频影响较大;直流孤网运行时,在配套机组跳闸或单极闭锁故障后无控制措施情况下,均易引起直流系统频率稳定和暂态过电压问题,此时须考虑稳控切机或直流功率紧急控制提升直流系统安全稳定性。     

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。     

呼辽直流孤岛运行方式下送端系统频率特性及控制策略

呼伦贝尔—辽宁高压直流输电工程在正常运行方式下断开伊敏3期电厂与伊敏1、2期电厂之间的联络开关,或送端交流系统因线路故障与东北电网失去电气联系时,将进入孤岛运行。研究了呼辽直流联网转孤岛和孤岛运行时的频率特性。通过发电机调频、直流频率控制模块以及相应的安稳措施提出了呼辽孤岛正常和故障运行方式下的频率控制策略。仿真结果表明,所提出的控制措施可以保证呼辽直流正常运行和故障情况下的系统稳定性。     

金中直流调制对送受端电网稳定性影响的研究

金中直流的调制功能对云南送端电网和广西受端电网的暂态稳定、动态稳定及热稳定水平具有重要影响。主要研究了金中直流功率提升/回降和直流频率限制功能对送受端电网稳定性的影响,并以2018年南方电网丰大极限方式作为基础数据,分析了金中直流功率提升/回降对系统暂态稳定和频率稳定的影响,及金中直流整流和逆变侧频率限制控制器对电网频率稳定的影响,并通过仿真分析验证了直流功率回降在解决受端系统热稳定问题中的作用。仿真和分析结论为金中直流工程控制保护试验中的调制功能测试和相关调制功能的定值整定提供了理论计算依据。     

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。     

计及频率稳定的多直流异步外送电网切机容量优化

异步互联格局下,送端电网惯性大幅下降,因直流闭锁引发的高频问题较为严重,传统应对高频问题的稳控切机策略存在切机量不精确（过切或欠切）以及切机后系统转动惯量匮乏等风险。针对现有稳控切机方案的不适应性,提出一种计及系统频率稳定需求的多直流异步外送电网切机容量优化模型。模型中耦合大容量直流闭锁故障下各种频率指标约束、网络潮流约束、备用及切机量约束,考虑系统内各类型机组调节性能及位置的差异性,利用理想点法和优序图法得到各类型机组的切机惩罚因子,通过切机综合代价最小化目标确定大容量直流闭锁事故下送端电网的最优切机方案。以改进的IEEE RTS-79系统为例进行了算例分析,验证了所构建模型的有效性与频率适应性。     

一种送端电网单回直流极限承载能力评估方法

大容量特高压直流输电技术为送端电网清洁电能的远距离跨区消纳提供了有效手段,但随着直流馈出数量和容量的增加,“强直弱交”矛盾凸显,直流闭锁故障后的频率稳定问题会对送端电网造成较大威胁,制约送端电网直流馈出能力的进一步提升。为有效量化送端电网直流极限馈出能力、辅助评判目标网架适应性,提出了一种计及频率稳定约束的单回直流极限馈出能力评估方法。首先,对大容量直流双极闭锁场景下送端电网的频率稳定特性进行分析,构建暂态频率指标与直流闭锁量之间的解析表达式。进而,协同考虑稳控切机和直流紧急功率支援等电网第二道防线紧急控制措施,评估频率稳定约束下送端电网可承载的单回直流极限馈出容量。最后,基于四川省电网2030年规划系统进行算例分析,结合BPA软件仿真验证所提方法的有效性。     

分散式风电高渗透率接入直流受端电网频率特性建模与分析

分散式风电高渗透率接入直流受端电网后,系统频率问题逐渐突出,而调频单元分散化与多样化会加剧系统频率特性分析的复杂度,如何准确高效评估各单元调频作用于系统频率特性已是直流受端电网重要需求之一。首先推导了同步发电机、分散式风电场、直流受端换流站等单元的调频作用线性化表达式,进而以直流潮流集成各调频单元建立了直流受端电网频率响应模型。为解决模型阶数高不便于在复杂系统中应用这一缺陷,针对分散式风电场调频作用表征和复杂系统频率响应特性集成2个建模阶段,提出了采用劳斯近似法和Pade逼近法的双重降阶建模方法。最后,以扩展IEEE-30节点系统为测试对象,通过对比MATLAB/Simulink电磁暂态仿真结果,验证了所提分散式风电接入直流受端电网频率响应特性降阶建模的准确性和高效性,并从频率耐受水平方面对分散式风电渗透率进行了案例分析。     

基于综合性能指标的交直流混合系统直流调制研究

通常的直流调制研究,只考虑其对系统功率振荡阻尼的改善。直流调制改变系统功率振荡阻尼同时,对频率特性和功角特性也会有影响。把频率偏差连同功角和功率偏差一起作为综合性能指标,在直流调制研究时,对功率响应进行Prony分析,选灵敏度最高的备选交流线路作为调制信号。以综合性能指标作为衡量标准,用分层寻优方法对反馈增益进行优化;并与未考虑频率偏差的指标作为标准的优化增益进行比较,结果表明前者对频率稳定更为有利。最后以四川电网为例,验证了提出方法的有效性。     

基于综合性能指标的交直流混合系统直流调制研究

通常的直流调制研究,只考虑其对系统功率振荡阻尼的改善.直流调制改变系统功率振荡阻尼同时,对频率特性和功角特性也会有影响.把频率偏差连同功角和功率偏差一起作为综合性能指标,在直流调制研究时,对功率响应进行Prony分析,选灵敏度最高的备选交流线路作为调制信号.以综合性能指标作为衡量标准,用分层寻优方法对反馈增益进行优化;并与未考虑频率偏差的指标作为标准的优化增益进行比较,结果表明前者对频率稳定更为有利.最后以四川电网为例,验证了提出方法的有效性.     

巴基斯坦默拉直流工程频率控制器设计及实际特性分析

巴基斯坦默拉直流投运后已经成为该国电网骨干输电通道,为帮助电网故障或非故障解列后维持稳定,默拉直流配置了频率控制器。文中从巴基斯坦电网稳定特性分析出发,提出一种基于仿真和实测相结合的频率控制器设计方法;主张应针对电网实际稳定需求并考虑送、受端电网承载能力进行频率控制器设计;总结了频率控制器的动作门槛设计方法、调制限值确定原则和控制器退出原则;分析了实际电网解列事件中频率控制器的动作特性;给出直流输电附加控制的技术基础及设计使用原则。强调直流附加控制应综合考虑交流电网稳定控制需求及实际电网特性,进行定制化设计,以期为后续交直流电网协同发展提供参考。     

直流系统参与电网稳定控制应用现状及在安全防御体系中的功能定位探讨

根据交直流电网安全稳定控制需求,分析了直流系统功率紧急控制、功率调制、频率调制、无功调制等附加控制功能及其应用现状,比较了新旧版本《电力系统安全稳定控制导则》对直流系统参与电网稳定控制定位的阐述;在此基础上,结合我国电网特征及发展趋势,探讨了直流系统多种附加控制功能在电力系统安全3道防御体系中的定位,并给出了建议.     

直流频率限制控制器参数多目标双层优化设计方法

异步联网方式下,送端电网转动惯量减小,频率问题突出,直流频率限制控制器(FLC)能有效改善送端电网频率特性。提出了一种直流FLC参数多目标双层优化设计方法。首先,分析了直流FLC参数对其频率调节特性的影响。在此基础上,考虑大功率阶跃扰动和连续小负荷扰动2种运行工况的特点,兼顾直流FLC的频率调节效果、动作特性以及对受端电网频率的影响程度多个目标,构建了直流FLC参数双层优化模型。然后,根据所建模型的特点采用进化算法分层递进求解优化问题,实现了对直流FLC参数的综合最优设计。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台中搭建了2区域4机直流异步互联电网模型。仿真结果验证了所提方法不仅能够保证直流FLC对送端电网频率的有效调节,还可改善直流FLC的动作特性,缓解直流FLC对受端电网频率造成的影响。     

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。