±500kV张北柔性直流电网工程系统设计

张北柔性直流电网工程是世界首个直流电网工程。与前期工程相比,张北工程系统设计的主要难点在于:工程故障穿越要求高、故障发展速度快而核心设备的暂态应力水平受限;新能源孤岛接入双极直流电网存在双极协调控制困难、宽频振荡风险高以及暂时性盈余功率问题严重等问题。针对张北工程系统设计的主要难点,提出新型三次谐波注入策略、直流电网电抗器最优化配置方法、基于接地电阻的续流快速衰减方法、子模块动态平均工作电压策略、新型阀控不平衡快速保护策略、阀本体过压保护的动态定值策略等一系列方案,有效提高了核心设备的电流和电压应力水平对直流电网的适应性;提出了双极V/f下垂控制、大规模新能源场站宽频阻抗特性获取方法、基于交流耗能装置的盈余功率解决方案等,解决了大规模新能源孤岛接入直流电网的双极协调控制问题、宽频振荡问题和暂时性盈余功率问题。通过张北柔性直流电网工程实践,验证了上述策略的正确性和有效性。     

柔性直流电网超高速保护方案研究EI北大核心CSCD

柔性直流电网发生直流短路故障时,为保障非故障线路持续正常运行,需要快速隔离故障线路。传统柔性直流输电线路保护动作时间过长,无法满足速动性要求。为此首先对柔性直流电网直流短路故障特性进行分析,得到超高速保护动作时间指标;然后借鉴常规直流超高速保护策略,考虑直流线路故障与直流母线故障的甄别方法,提出一种适用于柔直电网的超高速保护方案,采用行波保护、电压突变量保护与电流突变量保护相结合的方式实现直流短路故障的快速检测和定位,利用双端线路故障检测结果实现保护动作快速出口,能够满足直流短路故障保护的快速性要求。最后在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型对超高速保护方案进行了仿真验证。     

张北柔性直流电网交流耗能装置运行特性仿真

为验证利用可控硅将大功率电阻快速投入交流系统的耗能装置能否在投运后安全可靠运行,从而解决张北柔直工程双极性接线故障状况下过负荷造成的线路和设备损毁问题,该工作通过PSCAD电磁暂态仿真软件建立了张北换流站交流耗能装置的电路模型;然后对耗能装置的运行特性进行了分析,并模拟了过剩风能与耗能装置分组投切时系统的电压电流;最后...     

接入新能源孤岛系统的双极柔性直流系统盈余功率耗散策略

大容量新能源电能采用孤岛方式通过双极柔性直流系统送出具有广阔的应用前景。文中对存在的非故障极过负荷和直流过电压情况下的功率盈余特性进行了分析,提出了分组交流耗能电阻方案,分别设计了送端换流器故障和直流过压下的功率盈余控制策略,通过分组交流耗能电阻的精确投切避免功率盈余引起双极柔性直流系统停运。通过四端柔性直流电网实时数字仿真器(RTDS)和EMTDC仿真系统,对提出的2种功率盈余控制策略进行验证。仿真结果表明,所提策略能够实现功率盈余工况下的故障穿越,避免故障范围扩大。     

提升柔性直流电网盈余功率消纳能力的协调控制策略

柔性直流电网是实现大规模可再生能源发电汇集、多能互补和友好型并网的有效手段.对于大规模风电采用孤岛方式接入的直流电网,在分析其功率盈余特性的基础上,分别提出了直流线路电流越限、非故障极MMC过载以及直流电网过电压情况下的故障穿越协调控制策略.针对直流线路电流越限的情况,通过合理切换故障极MMC的控制模式,使非故障极MM...     

多端柔性直流电网故障隔离技术研究EI北大核心CSCD

直流故障隔离技术是多端柔性直流输、配电系统发展的关键技术。然而,直流系统直流侧故障存在电流快速上升、过流幅值大等特点,对隔离技术提出了极为苛刻的要求。该文针对工程实际中最为典型的两电平电压源换流器(two-level voltage source converter,two-level VSC)型和模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)型直流系统,结合国内外研究成果,以交流断路器、换流器和直流断路器为分类依据,归纳、阐述了各自适用的隔离措施。同时,对各种隔离措施的优缺点进行了分析说明。基于Matlab/Simulink仿真平台,分别搭建了基于两电平VSC和MMC的直流系统,对相关隔离方法进行了仿真测试、验证与比较,为工程实际中隔离措施的配置提供理论依据。     

新能源采用柔直电网送出功率盈余问题解决方案

张北柔性直流电网工程采用真双极接线,在单极故障后,非故障极转带故障极部分或全部损失的功率时,可能造成功率盈余问题.经比较后,推荐在送端换流站装设交流耗能装置,通过投入交流耗能装置消耗盈余功率,使非故障极正常工作,再有序切除风机,确保孤岛方式下的交流侧电网平衡,保障柔直电网的安全稳定运行.     

直流电网中多断路器协调配合方法EI北大核心CSCD

柔性直流电网在可再生能源并网和区域电网互联领域有重要应用前景,但是故障电流峰值随着系统端数和容量提高不断增长,进而直流断路器成本也进一步抬高。传统方法仅使用单一的故障线路上断路器清除故障,文中基于直流电网的空间互联结构,提出多断路器配合清除故障方案。由于多支相邻断路器投入分担故障能量,降低了对故障线路断路器的需求。进一步地,提出辅助限制线路震荡的断路器限流控制方法。基于张北直流电网提出多断路器配合的主保护、后备保护和重合闸方案。仿真结果表明,断路器主保护耗能减少18.8%~25.2%,系统恢复时间减少36%~44.8%。     

基于电压行波折射系数的柔性直流电网线路纵联保护EI北大核心CSCD

针对柔性直流电网线路纵联保护难以同时适应线路边界存在和不存在情况的问题,提出一种基于电压行波折射系数的柔性直流电网线路纵联保护。通过分析线路的1模波阻抗得到较为精确的故障分量1模电压行波。利用Peterson等效电路定量分析正方向故障时的电压行波折射系数,通过定性分析得到反方向故障下的电压行波折射系数,根据电压行波折射系数的差异构造故障识别判据。在此基础上,设计启动判据和选极判据,与故障识别判据一起形成完整的柔性直流电网线路纵联保护。最后,在PSCAD/EMTDC中进行仿真验证。结果表明,所提纵联保护可实现全线速动,能够耐受500Ω的过渡电阻和20dB的噪声,且对采样频率和数据同步要求低,工程适用性较强。     

含新能源接入的柔性直流电网启动策略及仿真

以新能源大规模接入为目标,以多端柔性直流输电技术为支撑,提出了一种用于汇集风能、太阳能等多种新能源的柔性直流电网拓扑。首先,设计了通用的直流电网启动策略,然后基于机电暂态计算结果为该直流网络设计了稳态运行工况,并针对性地模拟了直流线路单极接地故障、交流线路故障和风机大规模切除3种暂态运行工况。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建该直流电网模型,仿真验证了启动控制策略和稳态潮流分布,结合仿真波形对电网暂态特性进行了讨论和分析。     

LCC-VSC混合直流电网机电暂态建模方法研究EI北大核心CSCD

提出可用于大型电力系统暂态稳定分析的电网换相换流器-电压源换流器(line commutated converter-voltage source converter,LCC-VSC)混合直流电网机电暂态建模方法。首先,根据LCC、VSC换流器技术特点,建立混合直流电网的基本形态。其次,根据换流器基本数学模型和机电暂态仿真的特征,通过合理简化提出混合直流电网基本元件LCC、VSC、DC/DC换流器的机电暂态建模方法。基于Dommel算法,提出直流网络模型的求解方法。在PSASP程序中实现了各元件的模块化设计,使用户可根据需要自由搭建仿真算例。最后,基于VSC-HVDC汇集分布式可再生能源和常规能源、LCC-HVDC实现远距离大容量稳定输电的构想,设计四端混合直流电网的仿真算例,分析对比3种不同工况下的运行特性。结果表明,所提LCC-VSC混合直流电网机电暂态模型准确、可靠,可用于大型电力系统暂态稳定性分析。     

直流电网潮流分析与控制研究综述EI北大核心CSCD

近年来,基于电压源型换流器的直流电网技术发展迅速,成为相关领域的研究热点。潮流问题是电力系统分析中最基本的问题,对直流电网潮流分析与控制技术的研究也是直流电网研究中最重要的基础。首先归纳总结了直流电网的潮流计算和最优潮流计算的方法,并对2者的收敛性和计算效率进行了讨论;在此基础上,针对直流电网潮流控制自由度不足的问题,从系统级控制和直流潮流控制器2个方面,概述了对直流电网潮流进行控制的方法,并对控制效果和经济性做出了评述;最后,对直流电网潮流分析与控制技术的发展趋势和关键问题进行了总结与展望。     

柔性直流配电系统故障后快速恢复方法研究EI北大核心CSCD

由于电力电子装置耐受冲击电流能力差,直流线路故障后所有换流器(包含非故障区域的换流器)均在1~2ms左右闭锁且闭锁后多变换器间存在较大压差,导致系统恢复速度慢,这极大地降低了直流配电系统的供电可靠性。因此,提出了一种适用于多端柔性直流配电系统故障后的快速恢复方法。该方法首先改进了DC/DC变换器的拓扑,然后分析了直流电压波动机理,利用能量守恒原理提出了波动量引入的直流电压稳定控制,最终将改进的拓扑和所提控制策略相互结合,形成多端柔性直流配电系统故障后的快速恢复方法。该方法解决了多端柔性直流配电系统闭锁后多换流器间存在压差导致系统恢复速度慢的问题,极大地缩短了系统失电时间,使系统可在30ms内恢复可靠供电。最后利用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建多端柔性直流配电系统模型,验证了所提方法的有效性。     

基于费马–韦伯问题的新能源接入系统选址定容综合优化方法EI北大核心CSCD

根据新能源持续出力曲线,对全年消纳电量和弃电量进行量化,提出了经济最优目标下多集群新能源经汇集站和多回直流并网的接入系统规划模型。首先,提出了一种可应用于集群划分的聚类方法,通过划分集群,将电网的整体规划问题转化为各个集群的局部规划问题;然后针对单一集群,讨论了接入网络拓扑和最优接入容量间的定量函数关系,利用该关系将选址定容复杂规划转化为纯坐标的费马-韦伯(F-W)选址问题;最后利用该问题适用的迭代公式求解,在较少的迭代次数内实现快速收敛。算例验证了所提模型的有效性和求解方法的快速性,对和电网规划相关的工作具有借鉴价值。     

柔性直流电网基于交流母线分列运行策略的功率盈余控制方法

直流电网具有低惯性弱阻尼的特点,各种扰动引发的功率盈余问题发展迅速,可能导致电网崩溃。首先分析了通过交流母线并列转分列运行时解决功率盈余问题的机理:对于送端站单极闭锁故障,交流母线分列运行可以避免故障极承载的功率被健全极转带,保护健全极换流器;对于受端站单极闭锁故障,母线分列运行的条件下可以闭锁送端站对应极换流器,消除盈余功率。将该方案与直流耗能装置进行对比,比较了两者的优势和不足,提出了减小故障后电压波动的可行策略。在PSCAD/EMTDC仿真环境中建立了4端柔性直流电网模型,通过软件仿真的方式验证了解决方案的可行性。     

张北柔性直流电网盈余功率问题的机理分析及控制方法

张北柔性直流电网工程是世界首个直流电网工程。新能源电场孤岛方式接入柔性直流电网时,由于直流电网故障后电压、电流发展速度和通过交流安控装置切除新能源机组时间匹配困难,特别是在新能源孤岛满功率接入条件下,任何扰动都可能引起柔性直流电网的盈余功率,进而引发柔性直流电网的大面积瘫痪。首先分析了新能源电场孤岛接入的柔性直流电网的2类盈余功率问题的机理,进一步研究了通过控制方法解决盈余功率的方案,包括:通过附加换流站的控制策略限制流入直流电网的盈余功率、通过换流站和新能源机组协调配合速降新能源机组出力、通过交流母线分列运行防止故障极影响健全极、控制直流电网正常方式传输功率、切除可能导致系统失稳的换流器以及换流站与交流系统联网运行。通过张北柔性直流电网工程的电磁暂态仿真,对解决方案的理论分析进行测试,验证了理论分析的正确性。     

多端柔性直流电网主动功率平衡协调控制策略

考虑多端柔性直流输电(VSC-MTDC)技术的发展,从机理上分析了现有多端协调控制策略用于新形势下VSC-MTDC系统的控制特性差异;基于机理分析,针对现有多端协调控制策略的不足,提出了一种多端柔性直流电网主动功率平衡协调控制策略。该方法提出了一种主动功率平衡技术,实现VSC-MTDC系统在动态过程中的主动功率平衡,改善直流电压动态调节特性,并降低换流站传输功率的动态偏差,提高换流站的传输功率精度,从而实现对VSC-MTDC系统直流电压的快速精准控制。最后,基于对VSC-MTDC的PSCAD/EMTDC的仿真,对所提的控制策略进行了有效性验证。     

张北柔性直流电网示范工程控制系统架构及协调控制策略研究

张北柔性直流电网示范工程(简称张北工程)将建成世界上首个柔性输电直流电网。不同于以往的多端直流工程,张北工程采用直流断路器对线路故障进行隔离。四端口字型网架结构为潮流提供迂回和备用通道,极大地提高了工程运行的灵活性和可靠性,形成了真正意义上的直流电网。根据张北工程各个换流站所连接交流系统的特点,研究并提出了针对该工程的控制系统架构和协调控制的相关功能,以及有无站间通信方式下具体的控制策略。通过闭环RTDS实时仿真验证了该策略的可行性和合理性。     

直流功率转移对川渝弱交流电网安全稳定影响分析EI北大核心CSCD

为满足四川更多富余清洁能源外送,“十三五”中期四川电网维持4直(其中3回为特高压直流)6交的交直流联合外送电。作为川电东输的送端川渝电网呈现强直弱交的电网运行状况;根据2018年川渝电网强直弱交系统特点,研究分析国网川西3回特高压直流之一发生单极闭锁故障方式下,大直流功率转移对川渝交流电网外送通道断面的冲击以及对电网安全稳定影响,提出表征电网强直弱交特性的直流功率转移影响因子(FDCPTIF)概念,通过FDCPTIF计算,有效数值反映大容量直流功率转移对弱交流川渝电网所带来的全网暂稳与交流线路热稳安全的风险;并对适度改善川渝电网运行稳定水平的3种电力举措亦利用直流功率转移影响因子FDCPTIF做了相应的计算分析;所提直流功率转移影响因子(FDCPTIF)的计算分析可作为一研究川渝强直弱交系统的电网安全稳定性的技术参考。