直流附加阻尼控制对于改善大型互联电网稳定性的作用

特高压试验示范线路建成投运后,华中电网内部发生故障时有可能引起特高压线路发生低频振荡。电力系统稳定器等传统防止电力系统功率振荡的措施并不能有效抑制华中电网和华北电网间可能存在的超低频振荡现象。考虑到华中电网中交直流并联运行的特点,利用直流系统快速调节能力,采用直流附加阻尼控制方法,提出适用于华中-华北互联系统的控制策略,并基于PSASP仿真平台对华中电网内部各种典型的交流大扰动故障进行暂态稳定仿真研究。仿真结果表明直流附加阻尼控制能有效抑制特高压线路功率振荡,提高互联系统稳定性。     

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。     

基于端口供给能量的特高压电网扰动冲击传播机理分析

针对某些情况下互联电网边缘地区故障会导致特高压联络线功率振荡甚至失稳解列的现象,将电力系统描述为端口互联结构,引入端口供给能量概念分析系统中各端口之间的能量流动。基于端口供给能量的分配定义支路暂态能量概念,推导出端口供给能量分配与线路电抗成反比,支路暂态能量大小与联络线功率振幅成正比的规律。对华中华北互联电网的仿真验证了上述规律,并在此基础上解释了扰动冲击在电网中传播进而影响系统稳定性的机理:由于发电和负荷比例悬殊,故障后产生的大量暂态能量难以就地耗散;又因为特高压联络线阻抗较小,暂态能量主要通过特高压联络线向周边区域转移,造成特高压联络线较其他超高压线路功率振荡幅度更大。仿真分析结果表明,利用所提出的端口供给能量方法能够清晰地阐述故障后系统中暂态能量的产生和流动过程以及特高压电网扰动冲击传播机理。     

利用直流功率调制增强特高压交流互联系统稳定性

特高压交流试验示范工程投运后显著地增强了华中、华北两大电网之间的电力交换能力,但特高压系统的大功率传输也对华中、华北电网联网安全稳定运行提出了更高的要求。利用直流输电系统传输功率的快速可控性,可以为暂态过程中的交流互联系统提供紧急调控手段,起到功率支援和阻尼振荡的作用。为此,对利用华中电网的直流输电系统进行紧急功率支援以提高交流互联系统暂态稳定性以及采用直流调制阻尼特高压线路功率振荡进行了研究。仿真结果表明,利用直流输电系统的紧急调控手段可以减少华中电网的切机切负荷量,增强特高压互联系统的暂态稳定性,并可提高交流系统阻尼,有效地抑制电网区域间的功率振荡。     

特高压交流示范工程功率摆动机理分析

2008年底联络华北电网和华中电网的我国首个跨区域1 000 kV长治—南阳—荆门特高压交流试验示范工程投入运行。特高压投运后,华北电网和华中电网发生的几次跳机故障引起了特高压联络线传输功率的大幅度摆动,特别是第1摆出现了明显的超调,威胁到了特高压系统的安全运行,因此分析功率摆动的机理已成当务之急。利用跳机故障后PMU录波数据总结特高压潮流波动的基本规律。通过分析华北和华中电网特高压互联后出现的大区低频振荡模态,指出跳机后特高压潮流的波动实际是功率缺额再分配所引起的大区低频振荡,由于阻尼较强,波动很快收敛。用二阶系统阶跃响应理论推导出跳机后特高压有功潮流响应的数学表达式,并把第1摆幅度和稳态偏差的PMU录波值与计算值进行比较,表明理论计算的正确性和准确性。利用该方法可以估算跳机故障时特高压潮流的波动情况,计算出第1摆的幅度及预测跳机故障对特高压系统的影响。     

华中—华北交流同步电网简化等值建模分析

为了深入地研究华中—华北交流互联同步电网的运行机理,将华中电网与华北电网简化等值成一个7机48节点系统,该等值系统较好地保留原型系统的联络线潮流静态特性、联络线功率动态特性、大扰动冲击特性和短路电流特性。通过对该等值系统仿真分析,初步证明了仿真中发现的四川区域电网个别母线严重故障导致华中电网与华北电网间交流联络线发生解列的现象属于功角失稳范畴,基于此提出了一种实用的可提高系统稳定性的措施。     

发电机附加励磁控制在增加四川电网外送容量中的应用

四川网内某些严重故障将导致川渝区间低频振荡,影响交流特高压的稳定运行,限制了川渝断面的输送容量。针对此问题,利用辨识方法得到被控电力系统针对某个模式的降阶模型,然后根据该降阶模型设计了发电机附加励磁控制器,该控制器以川渝联络线功率为反馈信号,通过反馈控制降低联络线功率振荡的幅度,减轻四川网内故障对交流特高压的冲击,从而提高川渝断面的输送容量。华中—华北电网仿真算例表明了所设计的控制器的有效性。该控制器可增加川渝断面输送功率达640 MW,对延时也有很好的适应性。     

四川电网扰动对川渝断面及特高压联络线功率波动影响仿真研究

大规模交流同步电网中,某个区域发生的扰动不仅会影响到本区域,而且会通过区域间交流联络线对与之互联的其他区域电网产生影响。基于四川电网及华北、华中电网PSASP仿真模型,研究了四川电网不同地点切机及三相接地短路两种扰动类型对川渝断面及华北、华中电网特高压联络线有功功率波动的影响。     

弱互联大区电网联络线功率振荡研究

以华中华北两大电网特高压互联为大背景,研究大扰动(跳机、直流闭锁)下弱互联系统联络线有功功率波动峰值问题.结合实际振荡过程分析了联络线功率波动的特点.通过两机系统模型对联络线功率波动最大值进行了理论推导,分析了影响联络线功率波动峰值的相天因素.指出波动峰值与联络线两侧系统电磁功率突变量的差值成正比,与故障侧系统和对侧系统转动惯量的比值成反比.由于系统电磁功率突变量的差值与故障位置紧密相关,实际系统中故障地点距离联络线落点越近转移比越小.采用华中华北联网系统作为算例对相关结论进行了验证.     

基于轨迹特征根的扰动冲击机理探索

运行人员在对华北-华中特高压电网的暂态稳定性例行扫描时,发现在某些情况下,晋豫特高压线路远端故障所引发的晋豫特高压联络线功率振荡远比近端故障所导致的振荡更剧烈。针对该现象,从扰动对振荡模式的激发程度这一角度出发,提出了一种基于轨迹特征根的扰动冲击机理。通过算例展现了轨迹特征根分析方法在非平衡点处逐段线性化,用一簇线性系统代替原非线性系统进行分析的本质,并在华北-华中特高压电网中验证了所提机理的正确性。     

基于联络线功率轨迹特征的暂态功角稳定性分析

交流跨区长距离弱联络线是电网同步稳定运行的薄弱环节,发生在局部电网中的大扰动,不仅会对本区域电网的稳定性造成冲击,而且可能会通过区域间联络线对其他区域电网的稳定性产生冲击。该文以华北—华中特高压交流互联电网为对象,研究大功率冲击扰动后长南线有功功率轨迹波动特征;并基于此特征,提出交流联络线在暂态过程中最大输电能力的估算方法;揭示功率振荡过程中的首摆电气量与互联电网暂态稳定性的关联性;在此基础上,提出利用多直流紧急功率控制改善互联电网暂态稳定性的策略。特高压互联大电网的仿真结果,验证暂稳识别判据及紧急控制策略对降低互联电网暂态失稳风险的有效性。     

特高压互联电网联络线功率控制（一）AGC控制策略

结合中国1 000 kV特高压交流试验示范工程的实际情况,提出了一套完整的、适应特高压联络线功率控制的自动发电控制（AGC）控制策略。新的控制策略以各省级电网有功功率的就地平衡为基础,实现互联电网各网、省调控制区在紧急情况下的相互支援,在华北、华中电网及其各省级电网实施后取得了良好的控制效果。在此基础上,针对中国即将形成的华北、华中、华东特高压同步电网的特点,探讨各控制区的构成及相应的AGC控制策略。     

大区互联电网振荡频率特性分析

基于两机系统模型分析提出大区互联系统区域间振荡频率特性变化主要受互联系统总容量、互联子系统容量比、互联系统间的交换功率、互联系统间联系电抗等因素的影响,并基于WAMS的实测数据,应用理论分析的结论对华中-华北1000kV特高压联络线运行两年以来的频率变化情况进行了分析。     

大型互联区域电网解列后送端电网频率特性及高频切机方案

目前,我国已经形成华北—华中特高压交流联网格局,联网初期有必要研究特高压联络线解列后,2个区域电网的频率稳定性。以华中(含川渝)电网调度数据为基础,通过推导大型互联区域电网频率偏差的解析式,把握了频率变化过程中最高频率和稳态频率特性;在以上工作基础上,再通过构建华中电网的等值单机带负荷模型,研究华中电网高频切机的最佳频段、最少切机量和切机各轮次的较优比例。最终,提出了适合于华中电网的高频切机方案,并验证了其适应性。     

大电网安全稳定沙盘推演系统

电网调控运行需要有可视化程度高、可展现故障发展和演化的系统作为大电网在线分析及评估系统的重要构成。而华中电网位于特高压互联电网中枢,特高压交直流之间、特高压直流送受端电网之间、特高压与超高压电网之间耦合关系复杂,对于提升大电网调控能力的自动化高级应用功能需求强烈。本文引入军事领域的沙盘推演概念,基于现有调度自动化系统,给出了"大电网安全稳定沙盘推演系统"建设方案,并在华中电网建设了示范系统。     

基于联络线功率波动理论的华北—华中特高压交直流联网系统安全稳定控制策略

受华北—华中特高压交流通道静态稳定极限限制,天山—中州(天中)特高压直流和长治—南阳(长南)特高压交流通道输电能力存在耦合关系,成为制约该交直流混联电网稳定水平的关键因素。基于联络线功率波动理论,研究并量化了同步电网系统惯量、负荷特性、交流线路初始输送功率、直流落点近区开机方式等相关因素对华北—华中特高压交流通道潮流转移特性的影响;根据特高压交直流耦合关系,提出了一种交直流协调控制策略,以应对同类系统中受耦合关系制约的稳定问题。针对华北—华中电网实际数据,采用PSD-BPA电力系统仿真软件计算验证了该策略的有效性。     

特高压运行对山西电网联络线潮流控制的影响

长治—南阳—荆门特高压交流试验示范工程是连接华北和华中两大电网的唯一通道,由于其输送功率大,发生在任何地方的发电和负荷有功扰动都对联络线输送功率产生影响,引起特高压联络线功率在计划值的基础上产生大范围的波动,从而引起区域控制偏差的大幅波动,对山西联络线潮流控制产生较大的影响。对特高压检修及特高压投运时的山西电网区域控制偏差的波动情况进行了详细分析,对调度运行提出了建议。     

利用并联储能型FACTS抑制特高压互联电网功率振荡

大电网互联容易造成电力系统低频振荡,随着我国电力系统规模的不断扩大,区域间低频振荡限制了互联系统间的输电能力,并危及到电力系统安全运行。因此针对互联系统的弱阻尼问题,首先比较了目前抑制低频振荡的常规措施,而特高压交流线路上出现的约0.13 Hz的超低频振荡现象利用有限的电力系统稳定器(PSS)难以抑制,故采用并联储能型柔性交流输电系统(FACTS)装置进行抑制。通过分析并联储能型FACTS装置抑制低频振荡的机理,根据相角补偿原理设计了并联储能型FACTS装置的附加阻尼控制器,并在电力系统分析综合程序(PSASP)环境下进行仿真计算。仿真结果表明,含附加阻尼控制器的并联储能型FACTS装置能有效抑制特高压交流线路的功率振荡,可以增强互联系统阻尼比,能够提高华中电网和华北电网联网的稳定水平。     

特高压南送功率在山西和华北电网分配比例探讨

针对特高压线路投运后华北电网送华中电网2400MW功率的电力组织方式进行分析,通过电力平衡关系、潮流、稳定计算,给出了华北电网送华中电网2400MW功率在山西电网和华北电网之间的合理分配比例。     

特高压同步电网构建方案论证及安全性分析

目前,我国电网基本实现了全国互联,全国形成了东北-华北-华中、华东、西北、南方 4个主要同步电网。未来我国同步电网的构想中将东北-华北-华中电网调整为华北-华中-华东同步电网,以特高压为骨干网架,全国形成华北-华中-华东、西北、东北、南方 4个主要的同步电网。特高压同步联网可实现长距离、大容量输电,促进跨大区、跨流域水火电互济和更大范围资源优化配置提供网架支持,避免出现通过 500kV交流线路联接大区电网存在的动态稳定问题,同时可解决 500kV电网短路电流超标问题。