同步和异步运行电网暂态电压稳定性分析

随着直流输电快速发展,交直流混联电网暂态稳定问题越来越突出,将同步运行大电网通过直流线路实现异步互联成为一种新的思路。同步大电网异步运行后,暂态稳定问题尤其对于直流闭锁故障后引发的功角稳定问题有所好转,但异步运行后暂态电压稳定风险依然存在。本文从实际运行的大电网入手,建立了同步和异步运行2种交直流混联电网的等值模型,通过理论分析和仿真计算,揭示了直流故障和交流故障导致这2种电网暂态电压失稳的风险,并探讨了影响交直流混联电网暂态电压稳定性的因素。结果表明大电网异步运行能有效避免大面积电压失稳,但系统薄弱网架或潮流分布不均处仍可能存在局部电网功角失稳或电压失稳。     

基于响应的支路暂态输电能力指数及紧急控制

源网荷结构深度调整,使交直流混联电网受扰动态行为愈趋复杂。电网稳定特性的深刻变化,对稳定态势监测与紧急控制技术提出新的要求。该文首先研究了机组功角摇摆过程中,网络中节点电压幅值与相位在时空上的分布规律,以及不同支路段功率传输的特征;基于网络受扰响应信息,构建一种可表征暂态功角稳定态势、评价互联电网稳定水平的定量指数——支路暂态输电能力(branchtransient transmissioncapability,BTTC)指数,其具备精准性、快速性、单调性和灵敏性等性能优点;基于BTTC指数,提出降低机群暂态功角失稳风险的紧急控制策略。针对实际交直流混联电网,仿真验证了BTTC指数刻画稳定态势及紧急控制策略降低失稳风险的有效性。     

基于电压灵敏度的交直流电力系统静态电压安全域评估方法

特高压直流可能导致近区电网潮流分布不合理,造成电压越限。针对这一问题,提出了一种基于灵敏度分析的交直流混联系统静态电压安全域的快速评估方法。首先结合直流系统准稳态模型得到交直流系统潮流方程,通过对系统功率方程求偏导数得到节点注入功率和支路导纳对电压的灵敏度,进一步给出基于灵敏度的节点电压变化量计算方法。然后设置预想故障集,并将其中的事故等值为节点功率扰动与支路导纳的变化,计算出各种事故后节点电压的变化量。最后基于电压变化量最大值和最小值评估静态电压安全域,给出具体的节点电压安全运行范围。通过对四机两区域的交直流系统及江西500 kV电网的仿真,验证了所提出的评估方法的可行性。     

考虑交直流无功交互特性的换相失败预测控制优化方法

换相失败预测控制在减小换相失败风险的同时将增大直流系统的无功消耗,但当前研究均未考虑其在多回直流系统与受端电网之间无功交互的影响,因此提出了考虑交直流无功交互特性的换相失败预测控制优化方法。首先,分析了换相失败预测控制作用下交直流混联电网的态势演化规律。然后,综合考虑功率冲击和无功功率来评估各回直流系统对受端电网的影响程度,并据此对换相失败预测控制参数进行优化设置。最后,基于实际电网对所提协调优化方法进行了仿真分析。仿真结果表明,该方法能在有效降低整体换相失败功率冲击的同时,避免直流系统吸收过多无功功率而威胁交直流混联电网的无功电压稳定,有利于故障后的无功电压态势向恢复稳定的方向演化。     

三级电压控制体系下大电网暂态电压安全仿真及其控制策略

在Matlab环境下,借助电力系统分析工具箱(PSAT)实现了包含三级电压控制系统的大电网动态时域仿真,并分析其对广东电网暂态电压安全性的影响。结果表明该系统的二级电压控制紧急动作模式虽然有利于广东电网故障后的暂态电压恢复,但不能阻止暂态电压不安全事故的发生。进而,建立了针对暂态电压不安全故障的紧急切负荷控制优化模型,通过采用轨迹灵敏度法将动态优化模型转化为线性规划模型以获得紧急切负荷控制策略,动态仿真结果验证了所得控制策略能够使广东电网在严重故障后恢复暂态电压安全。     

大型交直流混联电网安全运行面临的问题与挑战

交直流混联电网是电网发展的新形态,具有脆弱性、可控性、连锁故障等特点。保证我国已经建成的大型交直流混联电网优质、高效、安全、可靠运行是重大而紧迫的国家需求。该文针对大型交直流混联电网安全运行所面临的问题,分析了混联电网的结构特点和特性,凝练了亟待解决的两大科学问题和一项关键技术,从混联电网运行稳定特性分析及控制技术、混联电网故障特性分析与保护技术、混联电网仿真技术3个方面,分别剖析所存在的具体问题,给出了对这些问题的初步分析和解决思路,同时给出了可能的解决方案,为大型交直流混联电网安全运行研究指明方向。最后的仿真案例直观展示了这些问题的复杂性和解决问题的迫切性。     

适用于交直流混联受端电网的电压弹性评估方法

为精准、定量地计算交直流混联受端电网遭受短路故障后，电压恢复至正常运行水平的能力，提出了基于直流逆变站交流母线电压和熄弧角关键特征的受端电网电压弹性评估方法。首先，建立考虑多短路故障的交直流混联受端电网电压弹性评估模型，以故障后电压恢复标准为约束，提出同时计及逆变站交流母线电压和熄弧角变化特征的电压弹性评估指标；然后，基于潮流计算和机电暂态仿真实现上述评估模型的求解；最后，以江苏电网多种运行方式为例进行仿真验证，结果表明文中提出的方法可用于实际电网电压恢复能力的精准评估，并实现不同运行方式下电压弹性恢复力的量化计算。     

特约主编寄语

近年来,随着新能源渗透率逐步提高,电源的间歇性、波动性为电网的无功控制带来困难。同时,为了实现跨区电网的电力互供,促进清洁能源消纳,我国开展了大规模交直流混联电网的建设。若送端无功水平不足,大扰动下可能发生大规模新能源脱网事故;若受端网架结构薄弱,无功支撑能力不足,特高压直流可能因交流故障而发生换相失败甚至闭锁,进而导致电网崩溃等严重后果。为了提高大规模交直流混联电网对故障的耐受能力,保证电网安全稳定运行,各类新型无功补偿、控制技术获得了广泛关注,成为学界与业界的研究热点。     

哈郑直流受端华中电网基于响应的交直流协调控制措施

哈郑直流投运后,为应对电网不平衡冲击功率带来的切负荷量大等问题,迫切需要研究交直流系统的安全稳定控制措施配合技术。为此提出一种哈郑直流闭锁后所需要采取的交直流协调控制措施量化计算方法。该方法基于电网运行的实时响应特征量,计算区域电网联络线静态稳定运行极限功率;根据区域电网发生的扰动信息,计算联络线功率波动峰值超调量;基于联络线功率头摆峰值理论及不平衡功率再分配理论计算需要采取的安全稳定量化控制措施。通过利用直流功率紧急控制,可替代或减少直流闭锁故障后受端华中电网的切负荷量,有效提升电网安全与运行效率。此外,所提出的方法中计算数据均可通过广域测量系统得到,不依赖于离线仿真验证,可用于交直流协调控制措施的在线制定与运行。     

特高压直流接入江西电网后的故障影响分析及其应对措施

江西电网计划于2020年建成首条±800 kV特高压直流输电工程,西南电网大容量清洁能源将通过特高压直流输入江西电网,同时江西受端系统安全稳定性将面临挑战。为研究受端系统故障对交直流混联系统暂态稳定性的影响,提出了一套离线仿真的分析方法。该方法涵盖了交直流混联系统可能存在的换相失败、闭锁以及连续换相失败后闭锁的运行风险分析,并基于分析结果提出相应的安全控制措施。以雅中—江西±800k V特高压直流输电工程为例,分析了直流阀直接闭锁和连续换相失败后闭锁两类故障,对比两类故障对江西电网安全稳定运行造成的影响,提出了配套的应对措施。仿真研究表明,所提评估分析方法能有效指导电网运行与控制,所提安全稳定控制措施能有效提高电力系统应对紧急事故的能力。     

特高压交直流混联输电及稳定运行综述

近年来,我国电力系统的电压等级不断提升,电网规模不断扩大,尤其是高压交直流混联系统给电力系统稳定运行带来了一系列问题。阐述发展特高压输电的动因,分析比较交流输电和直流输电的性能,总结我国特高压交直流的建设成果,介绍特高压交直流混联电网运行稳定问题和交直流的相互影响。当高压直流电网接入交流电网后,对其安全稳定运行提出了挑战,根据存在问题提出建议,保障大电网安全可靠运行。     

交直流混联系统电压稳定在线评估体系

在对现状/规划交直流混联电网电压稳定问题大量仿真计算的基础上,提出了电压失稳问题的分类方法;针对无短路冲击的大范围潮流转移问题,提出了分电压等级的综合考虑有功、无功潮流影响的电压稳定在线评估指标,电网仿真表明该指标既可有效评估负荷缓慢增长方式下的静态电压稳定水平,也可有效评估直流闭锁故障下系统的暂态电压稳定水平;在此基础上,提出了交直流混联电网电压稳定在线评估体系,依据故障性质不同采用不同的电压稳定判别方法,显著简化了在线计算规模、提升了计算速度。     

直流整流站动态无功特性解析及优化措施

受过渡期送端交流网架结构薄弱支撑能力不足、配套电源建设滞后导致局部功率大量汇集,以及强直弱交型混联电网稳定瓶颈约束等因素影响,大扰动后直流整流站动态无功特性将会显著影响交流电压和直流功率恢复,进而影响混联电网受扰稳定特性。因此,提高直流机电暂态仿真精准性,提升交直流混联电网特性认知能力,以及优化直流控制参数缓解扰动冲击,是具有重要现实意义的课题。解析了整流器和整流站的动态无功非线性轨迹特征,并分析了低压限流启动值、定功率环节测量时间常数以及整流器控制方式对动态无功轨迹的影响。华北与华中特高压交直流混联电网仿真结果表明,正确设置直流仿真参数对精准评价混联电网动态行为特性具有重要意义;验证了直流控制器参数优化缓解故障对跨区互联电网冲击的作用。     

特高压直流故障对交流系统稳定性的影响分析

基于2016年新疆特高压交直流混联送端电网不同的运行方式,仿真分析±800 kV特高压直流输电系统发生不同类型的故障时对哈密地区与近区交流系统电压的影响;并且针对不同的故障形式采取不同的控制策略,分析不同控制策略对于交直流混联系统运行电压的影响。研究结果表明,在直流系统发生故障时,从故障类型来看,直流单极闭锁故障时,富裕功率小,对系统稳定运行影响小;双极闭锁故障时,富裕功率大,从而引起沿线交流母线电压的降低,严重时则引起电压失稳,对系统稳定运行影响大;发生换相失败对系统暂态电压稳定性影响较大。随着直流外送功率的不断增大,无论是直流双极闭锁故障还是换相失败故障均会出现暂态压升更加严重的局面。     

基于广域支路响应的功角与电压主导稳定模式判别及紧急控制

功角稳定与电压稳定是交直流混联电网机电暂态尺度内两种不同稳定模式,快速准确判别主导模式是实施有效控制的前提和基础。该文首先针对两种典型系统,分析不同主导稳定模式下节点电压的幅值与相位时空变化规律,以及不同交流支路段的响应特征差异;其次,利用基于响应信息的定量评价指数——简化支路暂态输电能力sBTTC指数实现不同模式下关键支路的统一识别;在此基础上,结合关键支路垂足电压位置、功率与相位变化率以及相位差大小等特征,提出主导稳定模式判别方法和降低系统失稳风险的紧急控制策略。面向交直流混联大电网的仿真结果,验证判别方法和紧急控制策略的有效性。     

基于广域支路响应特征的失稳预判与紧急控制

依据电网受扰响应连续监测暂态功角稳定态势,并适时实施紧急控制,对降低电网失稳风险减小故障损失,具有重要的理论意义和迫切的现实需求。该文首先解析机组功角摇摆过程中网络节点电压相位与频率的时空分布规律,研究不同支路段相频响应轨迹的差异特征;针对广域分布的多支路,利用简化支路暂态输电能力指数,识别可表征系统稳定态势的关键支路,并提出基于关键支路响应特征的失稳预判方法,以及降低失稳风险的紧急控制策略。交直流混联电网仿真结果,验证了基于广域支路响应特征识别关键支路并进行失稳预判及紧急控制的有效性。     

电化学储能电站群在特高压交直流混联受端电网应用技术研究综述

随着交直流特高压电网建设的稳步推进、光伏、风电等可再生能源的快速发展,使得国内调峰、调频、调压压力日益加大,电网灵活性渐显不足。电化学储能作为时间维度的能量调控技术,其规模化应用及其与"厂、网、荷"及其他调节资源的协同优化运行,可有效提升电网应急响应和灵活调节能力,通过对规模化储能调峰、调频、调压、频率稳定和紧急状态恢复关键技术的介绍,并针对高压交直流混联电网中多馈入直流换相失败问题,重点就其应对特高压直流双极闭锁等紧急故障的稳定控制与紧急恢复手段进行了评述,结合示范工程建设与效能评价,为电化学储能在大电网中的推广应用提供技术支撑,使交直流混联受端电网变得更加坚强和智能。     

简讯

河南特高压交直流混联电网研究项目通过鉴定4月13日,由河南省电力公司和中国电科院共同研发的《特高压交直流混联条件下复杂多断面型区域电网柔性协调运行控制研究》项目顺利通过鉴定。《特高压交直流混联条件下复杂多断面型区域电网柔性协调运行控制研究》项目全面分析了河南电网在2013年及2015年目标规划网架下的安全稳定特性;重点研究了特高压交直流落点近区潮流分布及断面输电能力、交流系统严重故障对河南电网安全稳定运行的影响、     

协调二级电压控制对长期电压稳定的影响分析及改进

利用某大型受端电网的实时数据,借助时域仿真评估协调二级电压控制对其长期电压稳定性的影响。结果表明,若分区内具有较大可调无功裕度,则协调二级电压控制有利于提高电压稳定性,否则影响甚微。针对受端电网发生大扰动后往往无功容量不足的实际情况,提出一种基于轨迹灵敏度的紧急电压控制策略,能够实时地在调控范围内选择控制发电机,并能方便地同其他控制策略结合,以达到更优的控制性能。时域仿真结果证明,这种紧急电压控制策略在大扰动后能够明显提高系统的长期电压稳定性。     

四川多回±800kV直流外送系统直流有功功率协调控制

金沙江1期工程和特高压交流输电系统建成后,四川将形成特高压交直流混联系统。电网结构更加复杂,电网安全稳定运行的压力进一步增大。针对四川交直流混联电网的特点,选择直流功率协调控制作为提升四川电网安全稳定水平的技术措施。提出了交直流协调控制中直流附加控制器输入信号的选取原则,评估了多回特高压直流有功协调控制对2012年四川电网丰大极限方式下系统稳定性的影响。结果表明:当交流线路出现故障时,通过直流有功功率的快速调节,承担原有交流线路输送的部分或全部功率,可以提高系统抵御严重故障的能力。