大规模光伏电站孤岛经柔性直流送出的电压特性

光伏电站孤岛经柔性直流外送至负荷中心消纳是“沙戈荒”等地区光伏基地送出的重要技术方案。然而,孤岛送出系统中柔性直流设备代替传统旋转设备成为光伏设备的唯一稳定交流电压源,将导致系统电压特性明显不同于传统电网。因此,针对大规模光伏电站经孤岛柔性直流送出稳态、暂态电压特性开展研究。首先详细介绍了大规模光伏电站孤岛经柔性直流送出系统;其次建立了孤岛送出系统稳态电压分析模型,提出了以功率圆为表征计及柔性直流暂稳态无功功率能力的稳态电压特性及功率极限分析方法,并通过算例系统开展了稳态电压特性分析;然后研究了大规模光伏电站孤岛经柔性直流送出系统严重交流故障情况下暂态电压特性,提出新能源与柔性直流暂态协调控制策略;最后提出了提升电压稳、暂态特性的措施,可为光伏电站孤岛经柔性直流送出系统实际运行设计提供参考。     

孤岛新能源场站接入柔性直流高频振荡机理及抑制策略

大规模新能源孤岛经柔性直流送出系统的高频振荡问题在近期工程中日渐突出。文中建立了考虑一次主电路设备内部动态过程、控制链路延时、序分量分离环节、内外环控制环节的不同频率耦合特性的柔性直流换流器阻抗数学模型，并对数学模型进行简化，确定孤岛新能源场站接入柔性直流换流器的高频振荡机理为控制链路延时与内环电流反馈、电压前馈环节共同形成了柔性直流系统高频负阻尼，进一步得到了影响柔性直流换流器高频阻抗特性的关键因素。针对关键影响因素设计了孤岛新能源场站接入柔性直流系统的高频振荡抑制方案。相应解决方案在PSCAD模型中得到验证，同时解决了中国张北、如东新能源经柔性直流送出工程现场的高频振荡问题。     

考虑锁相环动态的MMC-HVDC机电暂态模型

锁相环对柔性直流系统具有重要影响。针对目前机电暂态建模普遍忽略PLL动态特性的情况,文中基于PSD-BPA程序提出考虑锁相环动态的MMC-HVDC机电暂态仿真模型。分析PLL对柔性直流系统相关电气量和控制量的影响,重点建立3类典型结构锁相环的机电暂态模型,提出对相关变量的修正方法和交直流接口计算方法,阐述考虑PLL动态的模型计算流程。仿真结果表明,交流系统扰动下,锁相环不能理想跟踪交流电压相位,dq坐标轴位置变化,对交流电压、交流支路电流以及换流器功率尤其是无功功率产生显著影响。所提出的模型能够精细模拟这一动态过程,仿真曲线与电磁暂态详细模型高度吻合,有效提升了MMC-HVDC系统机电暂态仿真精度。     

基于RT-LAB的机电-电磁暂态混合实时仿真及其在MMC-HVDC中的应用

模块化多电平柔性直流输电系统含有数千个微秒级控制周期的高速开关器件,现有机电和电磁仿真均无法同时兼顾详细的换流器内部物理特性及其接入交流大电网后与交流系统的交互特性。基于RT-LAB平台下新开发的机电—电磁混合仿真接口程序,首次提出百MW模块化多电平柔性直流系统接入交流大电网的混合实时仿真模型;为验证建模方法的正确性,在电磁侧开发模块化多电平柔性直流输电系统(modular multi-level converter HVDC,MMC-HVDC)系统详细电磁暂态模型,在机电侧搭建IEEE标准四机机电暂态模型,分别对柔直系统模型的启动、有功阶跃和交流系统故障进行仿真,仿真结果表明交直流系统相互作用明显,同时也证明基于该平台混合仿真的有效性及正确性。     

电力电子接口新能源并网的暂态电压稳定机理研究

为掌握大规模风电、光伏等新能源并网给电力系统稳定性带来的影响,对采用电力电子接口的新能源发电接入系统的暂态电压稳定机理进行了研究。首先对机电暂态过程中新能源发电进行简化建模。采用电力电子变换器的风电、光伏等电源功率控制快速灵活,在机电暂态过程中可以忽略功率调节的快动态,其特性简化为功率平衡代数方程,系统动态方程为微分代数方程。基于微分代数系统稳定性研究了新能源并网的暂态电压稳定机理,暂态过程中轨迹可能遇到微分代数方程的奇异点,对应系统发生暂态电压失稳,此时新能源发电对应的功率平衡方程无解。通过仿真验证了该机理,并在风火打捆送出系统中揭示了系统失稳模式的变化,风电功率增加时,系统失稳模式由同步机主导的功角失稳变为风电主导的电压失稳。     

百万千瓦级柔性直流接入大连电网后的系统特性分析

基于电压源换流器和脉宽调制控制的柔性直流输电是一种新一代的高压直流输电技术,应用前景广阔。继上海南汇风电场柔性直流接入示范工程后,根据规划,2014年大连电网将投运世界上首个百万千瓦级柔性直流输电工程。为保障工程顺利实施,需详细分析大容量柔性直流接入对电网的影响。文中首先在国内广泛使用的电力系统机电暂态仿真程序中,开发了柔性直流输电系统模型与算法,并通过与电磁暂态计算的对比,验证了模型与算法的正确性。针对柔性直流接入后大连电网典型运行方式,研究了送受端交流电网故障以及直流控制方式和控制参数等对混联电网恢复特性的影响。研究结论为混联电网和交直流设备的安全稳定运行提供了技术支撑。     

百万千瓦级柔性直流接入大连电网后的系统特性分析

基于电压源换流器和脉宽调制控制的柔性直流输电是一种新一代的高压直流输电技术,应用前景广阔.继上海南汇风电场柔性直流接入示范工程后,根据规划,2014年大连电网将投运世界上首个百万千瓦级柔性直流输电工程.为保障工程顺利实施,需详细分析大容量柔性直流接入对电网的影响.文中首先在国内广泛使用的电力系统机电暂态仿真程序中,开发了柔性直流输电系统模型与算法,并通过与电磁暂态计算的对比,验证了模型与算法的正确性.针对柔性直流接入后大连电网典型运行方式,研究了送受端交流电网故障以及直流控制方式和控制参数等对混联电网恢复特性的影响.研究结论为混联电网和交直流设备的安全稳定运行提供了技术支撑.     

大规模光伏经柔性直流送出系统交流侧故障穿越特性分析及参数优化

为研究大规模光伏经柔性直流送出系统交流侧故障对系统故障穿越期间直流电压、有功功率等的影响,提出了基于等效受控电流源模型的建模分析方法。首先,定性分析了大规模光伏经柔性直流送出系统交流故障穿越特性,将送端交流侧故障对柔性直流系统直流电压的影响间接转化为系统有功功率特性研究。然后,基于故障期间光伏侧逆变器和送端换流站运行控制特性建立了全系统等效受控电流源模型,探究了光伏侧逆变器电流设定值和送端换流站电流限幅值对有功功率传输特性的影响,进而提出了故障期间光伏侧逆变器和送端换流站电流参数的优化设计方法。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提方法的有效性。     

混合式制动电阻变换器的电磁暂态仿真等效建模

为了解决孤岛新能源柔性直流送出系统中混合式制动电阻变换器原始模型的巨大网络节点数严重制约电磁暂态仿真速度的问题,提出了一种基于戴维南等效及嵌套迭代的混合式制动电阻变换器电磁暂态等效建模方法,将其拆解为4类运行状态各异的子模块网络,结合子模块中主/辅开关器件的触发指令组合,得到各类子模块网络的戴维南等效电路,并将依此合成的混合式制动电阻变换器支路等效模型代入柔性直流送出系统网络求解,进而反推内部子模块电气特性,依此循环,迭代求解.并利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC开展等效模型与原始模型的一致性仿真测试及仿真速度对比分析,结果表明所提方法能高度模拟混合式制动电阻变换器的外部运行特性及内部子模块变化特性,并可大幅缩短仿真时长.     

含抽蓄电站的多端柔性直流电网风光接入容量配比优化方法

针对含风、光、抽蓄电站的多端柔性直流电网,协调规划其风光接入容量配比,可以充分利用不同类型电源的互补作用,实现大规模新能源的平稳送出和消纳。提出基于时序生产模拟的多端柔性直流电网风光接入容量配比优化方法,以发电清洁性最优为目标,综合考虑柔性直流电网运行限制、新能源弃电率、负荷调峰需求和抽蓄电站运行限制等约束条件,建立适应于多端柔性直流电网的风光接入容量配比优化模型。以新能源全年出力为输入,通过时序生产模拟仿真开展模型优化计算,确定各送端换流站的风光最优接入容量配比。以某四端柔性直流电网为例开展仿真测试,结果显示所提出模型能够充分利用风光的互补作用和抽蓄电站的调节作用得到最优的风光接入容量配比,验证了所提方法的有效性和工程实用性。     

基于频率相关网络等值和时变动态相量直流模型的机电暂态仿真方法

提出一种基于频率相关网络等值和时变动态相量直流模型的机电暂态仿真方法。该方法将大型互联电网中的直流系统从机电暂态模型中分离出来单独建模,并给出完整的仿真流程。基于多速率仿真方法用小步长建立电流源型高压直流(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)和电压源型高压直流(voltage source converter high voltage direct current,VSC-HVDC)的时变动态相量模型。提出一种确定直流侧小步长值的方法,以提高机电暂态直流模型的计算精度同时尽量节省计算时间。直流和交流间为串行接口,且跟随机电暂态代数、微分方程的交替迭代而迭代。直流侧仿真时,交流侧采用频率相关网络等值;交流侧仿真中,直流侧为诺顿等值。通过与PSCAD电磁暂态和没有时变动态相量的机电暂态仿真对比证明所提方法的有效性。     

变流器机电暂态仿真通用化模型的研究

新能源接入电网需要变流器,为了适应变流器建模和控制策略多样化的特点,建立了一种通用化变流器机电暂态仿真模型。将常用变流器的建模和控制策略进行分析总结,建立了模块化的变流器模型,该模型将控制电路和主电路封装到一个模块里。与传统电磁暂态仿真中模型的区别是,以有效值、向量作为输入输出以及中间变量,面向机电暂态过程或更长时间过程,不涉及具体的物理器件、脉冲信号以及变量的瞬时值。所建电力电子变流器模型具有很强的通用性,可以适应不同类型新能源发电系统的并网。最后,在仿真软件PSCAD/EMTDC和Matlab中对光伏发电系统模型进行了适应性验证,在Matlab中编程实现的机电暂态模型和在PSCAD/EMTDC中实现的电磁暂态模型的仿真结果相同,证明了通用化建模方法的正确性。     

大规模新能源超远距离送出的柔性直流系统集成设计方案

沙漠、戈壁、荒漠等地区大规模新能源输送负荷中心是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要举措。介绍了基于常规直流和柔性直流的大规模新能源超远距离送出方案,从适用场景、过电压、电压与无功功率调节能力、经济性等方面对比了两种方案的优劣,柔性直流送出方案具有较好的技术经济优势。提出了适用于千万千瓦级新能源基地超远距离送出的柔性直流系统集成设计方案,包括±800 kV/10 GW四端柔性直流输电系统的电气主接线、主回路参数、协调控制策略、交直流卸荷装置配置等。研究了双极单阀组和高低阀组方案选择、送端多阀组交流电压协同控制、高低阀组直流电压平衡控制等关键技术,提出了交直流卸荷装置的配置方案及投切策略。基于电磁暂态仿真验证了所提柔性直流设计方案的有效性。     

海上风电经柔性直流送出系统高频振荡分析及抑制策略

近年来,柔性直流输电已经是风电深远海开发的有效方案,随着大量用于远海风电并网的柔性直流输电系统不断投运,高频振荡现象在实际工程中频繁出现。然而,现有研究大多聚焦于新能源交流并网系统或异步分区电网交互所产生的高频振荡现象,针对海上风电经柔性直流送出系统的高频振荡研究尚不充分。并且现有模块化多电平换流器(MMC)高频段阻抗模型通常忽略换流器中、低频段特性,使得投入高频振荡抑制策略对中、低频阻抗特性的影响无法被准确揭示。为此,本文首先考虑系统链路延时的影响,基于谐波状态空间建立MMC全频段阻抗模型。在此基础上,分析海上风电经柔性直流送出系统高频振荡机理,并设计控制参数优化策略。最后,基于Matlab/Simulink搭建海上风电经柔性直流送出系统电磁暂态仿真模型,并验证本文所建阻抗模型的精确性以及高频振荡抑制策略的有效性。     

多端柔性直流输电系统新型直流电压控制策略

随着电压源型换流器的发展,多端柔性直流输电技术受到了越来越多的关注。提出一种适用于多端柔性直流输电系统的新型直流电压控制策略。该策略通过在直流电压斜率控制中引入一个公共直流参考电压,作为多点直流电压控制换流站的电压反馈控制信号。最后,在PSCAD/EMTDC中建立基于模块化多电平换流器的4端柔性直流输电仿真模型,对所提出直流电压控制策略的特性进行稳态和暂态仿真验证。仿真结果表明：利用所提出的直流电压控制策略,多端柔性直流输电系统能够稳定、可靠地运行。     

基于ADPSS的锦苏特高压直流接入的江苏电网机电—电磁混合建模与仿真

为了精确地分析锦苏特高压直流接入后江苏电网,特别是直流换流站附近苏南电网的运行情况,在2013年江苏电网预计夏高负荷的基础上,基于电力系统全数字实时仿真平台(ADPSS)搭建了锦苏特高压直流系统的电磁暂态模型和江苏电网其余部分的机电模型。利用搭建的机电—电磁混合模型进行了特高压直流接入的江苏电网稳态仿真验证。在双极闭锁情况下对比了采用纯机电模型和机电—电磁混合模型的暂态仿真结果。仿真结果表明:机电—电磁混合模型能够有效地反映锦苏特高压直流输电系统的电磁暂态特性,适合于研究直流系统中十分复杂快速的暂态过程。混合仿真模型为研究锦苏直流接入对江苏电网受端系统稳定性的影响奠定了基础。     

考虑锁相环动态的柔性直流输电机电暂态模型

在进行柔性直流输电系统的规划设计、调度运行以及稳定性分析与研究等工作时,离不开准确可靠的柔性直流输电机电暂态模型。柔性直流输电系统中,锁相环(phase locked loop,PLL)模块起着测量并向控制系统提供相位信息的作用,其对相位信息的测量不是完全理想的,而是存在动态过程。现有的柔性直流输电机电暂态模型中均忽略了锁相环对相位信息的动态测量误差,这与实际动态过程不符,在一定程度上降低了柔性直流输电系统机电暂态模型的仿真精度。该文分析了忽略锁相环动态对柔性直流输电系统机电暂态模型仿真精度的影响,并提出了在机电暂态模型中考虑锁相环动态的方法。通过与电磁暂态模型的仿真对比以及大电网算例仿真,验证了所提出的考虑锁相环动态后的柔性直流输电机电暂态模型的准确性和适用性。     

MMC-MTDC系统的电磁-机电暂态建模与实时仿真分析

提出了基于希尔伯特变换的移频建模方法,并建立了基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电(MMC-MTDC)系统的电磁-机电暂态移频相量模型,进一步地在实时仿真器上实现了电磁-机电暂态分区并行计算。相较于传统电磁-机电暂态联合仿真方法,该建模方法与仿真平台的电磁-机电暂态仿真适用性强,接口简单实用。分别建立了模块化多电平换流器单端系统、±200 kV五端柔性直流输电系统接入IEEE 39节点交流系统的移频相量模型,并且完成了电磁-机电暂态分区并行实时仿真测试。通过对多种暂态现象的模拟及其与电磁暂态模型结果的对比,验证了所提电磁-机电暂态移频相量建模与实时仿真的准确性、有效性和灵活性。     

一种交直流混合配电装置的建模与仿真研究

提出一种基于柔性直流背靠背模式的交直流混合配电装置,用于实现配电网中直流负荷的承接与风、光、储等新能源的接入。设计了交直流混合配电装置的功率电压控制模式,建立了包括风、光、储等分布式电源、负荷及基于柔性直流背靠背的交直流混合配电装置的仿真模型,并对上述装置的运行特性进行动态仿真分析。结果表明:仿真过程中,整个系统运行平稳,直流母线电压稳定,系统通过直流母线实现了灵活的能量变换。     

大容量柔性直流输电系统接入对电网暂态稳定性影响分析

结合厦门柔性直流输电科技示范工程,分析大容量柔性直流输电系统接入对电网暂态稳定性影响机理,利用PSD-BPA暂态稳定仿真程序对大容量柔性直流输电系统接入电网后暂态稳定进行仿真分析。结果表明:柔性直流输电系统接入对交流电网单一故障暂态稳定影响不明显;柔性直流输送功率大小及短路比对暂态过程电压有影响。随着柔性直流输电系统向交流电网输送功率增大,电压稳定水平将提高,短路比越小,效果越明显。针对交直流混联电网安全稳定问题,提出相应的措施建议。