直流逆变站动态无功轨迹及优化措施

大扰动冲击后,直流逆变站的动态行为对受端电网电压稳定性将产生显著影响。研究了逆变站交流母线电压大幅波动过程中,直流逆变站各主要电气量及其与交流电网交换的动态无功的非线性轨迹;系统地分析了低压限流(voltage dependent current order limiter,VDCOL)启动点参数、直流控制方式、电压测量时间常数等对逆变站动态无功轨迹的影响;在此基础上,识别了关键影响因素,并提出优化方案。呼盟—豫西±800 kV/8 000 MW特高压直流受端电网大扰动时域仿真结果,表明了正确设置控制器仿真参数对客观反映电网受扰行为的重要意义,并验证了控制器参数优化改善受端电网电压稳定性的有效性。     

改善多直流馈入系统稳定性的VDCOL参数优化

我国华东、华南等电网已形成多直流馈入受端电网格局,由于直流间强关联耦合作用,交流扰动将引发多直流同时换相失败、电压失稳等问题。该文首先分析了双馈入直流系统逆变站动态无功变化轨迹,揭示了通过优化低压限流环节(voltage dependent current order limiter,VDCOL)参数,实现降低总体无功功率需求的机理。根据换流母线抗扰动能力强弱对直流恢复特性的影响,提出了基于多馈入短路比(multi-infeed short circuit ratio,MSCR)的VDCOL参数优化方案,华东多直流馈入系统仿真结果表明,所提出的VDCOL参数优化方案降低了逆变站总体无功功率需求,提高了受端电网电压稳定性。     

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。     

特高压直流输电系统动态响应对受端交流电网故障恢复特性的影响

特高压直流输电系统受扰后,其直流动态特性及其与受端交流电网的相互作用,对电网安全稳定性将会产生较大的影响。为此,针对目前国内广泛应用的BPA电力系统仿真软件,分析了3种不同直流控制系统仿真模型结构特征。通过时域仿真,研究了安全稳定计算中采用不同模型及其关键控制器参数对受端交流电网故障恢复特性的影响,包括不同的换相失败模拟方法、直流定功率控制电压测量时间常数以及低电压限电流启动电压门槛值等。研究结果表明:对于故障后动态电压支撑能力较弱的受端电网,换相失败模拟方法会显著影响电压恢复特性;增大直流定功率控制电压测量时间常数以及提升低电压限电流启动电压门槛值,可降低故障恢复期间逆变器无功消耗,有利于改善受端电网的恢复特性。     

特高压直流输电系统换相失败预测环节对送端电网影响分析

分析了计及换相失败预测环节对特高压直流工程在逆变侧交流故障情况下的响应行为,探讨了特高压直流换相失败预测环节对送端电网直流送端电气量的影响以及换相失败预测控制环节参数的灵敏度。结果表明,换相失败预测环节的投入可以起到减少换相失败持续时间的作用。最后,在逆变侧电压跌落出现换相失败后,分析了其对传输有功功率恢复速度及送端交直流系统的稳定性能的影响。     

直流控制对直流系统无功动态特性的影响分析

直流系统无功动态特性与直流控制强相关,对受端交流系统暂态电压稳定具有显著影响,但直流控制对直流系统无功动态特性的影响尚未形成清晰明确的结论。为此以某直流工程为背景,基于实际控制模型参数的EMTDC仿真平台,分析了直流控制对直流系统无功动态特性的影响机理和途径。首先,通过保持换流器触发角为扰动前的大小,分析了受端交流系统故障时直流系统固有的无功动态特性。在此基础上,分析了整流侧定电流控制、逆变侧定电压控制和定熄弧角控制等对直流系统无功动态特性的影响机理。针对直流系统换相失败恢复过程中无功超调量问题,进一步研究了其产生的机理,并根据仿真结果总结了PI调节器、VDCOL和瞬时电流控制功能的参数对无功超调量大小的影响规律,为提升受端电网暂态电压稳定的直流控制策略优化提供了思路。     

一种抑制多馈入特高压直流换相失败的投旁通控制策略

换相失败是特高压直流输电系统的常见故障之一,常在送、受端交流电网引起剧烈的无功波动。投入旁通对是对直流系统进行保护的重要控制措施之一。当直流输电系统发生故障时,逆变侧保护装置动作后投入旁通对有助于达到快速停运直流输电系统,隔离故障的目的。而现在有关旁通对的研究多集中于其在直流故障中的应用,关于其在换相失败问题中的应用研究较少。通过分析旁通对控制对特高压直流输电系统送、受端电压特性的影响,论证了旁通对控制策略对换相失败后整流侧过电压、逆变侧低电压的改善作用。进而提出了一种换相失败后投旁通对的控制方法,以逆变阀组换相失败及交流电压跌落程度为旁通对控制的启动判据,根据直流运行状态对直流电流进行动态调节,然后根据受端交流系统恢复程度退出旁通对。PSCAD/EMTDC仿真表明,所提旁通对控制器在交流故障导致特高压直流换相失败后,能够起到快速隔离交直流系统、减轻无功电压波动的控制效果。     

调相机参与多直流馈入受端电网紧急控制策略研究

随着特高压直流大规模馈入,受端电网运行特性发生显著变化,系统动态无功储备和电压支撑不足问题凸显,迫切需要配置调相机等动态无功补偿装置。首先研究了调相机对多直流馈入受端电网运行及直流换相失败特性的影响,其次分析了现有常规控制模式下调相机抑制直流连续换相失败方面的不足,提出了调相机参与紧急控制的策略思想及系统架构,最后基于实际省级电网仿真验证了所提策略的有效性。     

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。     

面向电网规划的多馈入直流换相失败功率冲击模拟方法

多直流馈入受端电网的交直流、多直流耦合交互特性显著,由交流故障引发的多回直流换相失败问题已经成为影响受端电网安全稳定运行的关键约束。但在电网规划阶段,因缺乏直流工程的实际参数,相关部门仍采用CIGRE推荐的准稳态简化模型开展电网安全稳定分析计算,获取的直流换相失败对交流电网的功率冲击特性严重偏离实际情况。在综合考虑直流近区无功支撑能力对换相失败恢复的影响,并计及因多馈入直流间交互作用导致的非换相失败直流功率扰动基础上,提出一种提高多馈入直流换相失败对交流电网功率冲击模拟精度的仿真方法。实际多馈入直流受端系统的仿真算例验证了该方法的有效性。     

应对多馈入直流换相失败的综合防御研究

随着多馈入直流格局的形成,系统安全稳定控制难度也随之增大。发生严重交直流故障时,存在多直流同时换相失败使系统失去稳定的风险,因此避免直流换相失败和维持受端电压稳定,是目前多馈入直流受端系统控制措施需要解决的重要问题。研究了多馈入直流换相失败的电网特性和影响因素,从三道防线角度研究提出应对多馈入直流换相失败导致的电压失稳的控制策略。基于实际电网进行仿真验证,所提出的控制策略可降低多馈入直流换相失败风险、提高受端电网电压稳定水平。     

高压直流定无功功率交流故障恢复方法

高压直流系统无功功率动态特性与直流控制强相关,对受端交流系统故障电压恢复特性具有显著影响。为此,研究了直流控制与无功功率动态特性的相互作用关系及其对故障恢复的影响。首先,分析受端交流系统故障时直流系统固有的无功功率动态特性,在此基础上,研究直流电流指令值、交流母线电压与无功功率交换量之间的动态相关性,提出低压限流功能的替代方案。接着,针对交流母线电压的不同故障水平,进一步研究了交流系统与换流站在不同交流电压水平下的无功功率交换能力。最后,仿真验证了在对称故障下所提替代方案能够提升交流故障支撑能力,改善系统的故障恢复性能,降低系统恢复过程中发生换相失败的概率。     

高压直流输电系统抑制连续换相失败的策略研究

对于直流馈入受端电网,换相失败是一种最常见的故障.为减少输电系统发生连续换相失败的概率,对换相机理和控制环节的运行逻辑进行分析,然后结合低压限流控制器的特点,提出了一种可以抑制连续换相失败的策略.通过预测模块提前减小逆变触发角,增大换相裕度,同时在整流侧补偿触发角,抑制直流电流上升,并且利用交流母线电压波动小的特点,代...     

适用于分层接入的特高压直流输电控制策略

随着中国特高压直流的广泛应用,多馈入直流集中落入受端负荷中心将成为未来中国电网发展所面临的重要问题。特高压直流分层接入方式有助于提高多馈入直流系统电压支撑能力,已经列入国家电网规划。分层接入的特高压直流输电在电路结构上发生了变化,在阀组电压平衡控制、阀组退出后直流功率控制、逆变侧最大触发延迟角控制和无功功率控制等方面需要研究适用于分层接入的特高压直流控制策略。在阀组电压平衡控制方面,两个阀组各运行在逆变侧最大触发延迟角控制,通过换流变压器分接头来平衡电压;在阀组退出后直流功率控制方面,研究阀组退出后限制的功率分配策略;在逆变侧最大触发延迟角控制方面,大扰动下采用实际电流计算最大触发延迟角;在无功功率控制方面,连接不同交流电网的换流器分别控制各自的无功功率。     

与弱交流系统相连接的HVDC系统临界换相电压降及逆变站的运行范围

分析了与弱交流系统相连的直流输电系统的运行特性及电压稳定性,采用临界换相电压降指标和逆变器的运行范围变化研究逆变器换相失败的机理,并比较了各种无功补偿方式对HVDC输电系统的影响,得出在与弱交流系统相连接的直流输电系统中使用静止同步补偿器可提高系统的临界换相电压降,有效减小故障过程中换相失败发生的概率,扩大逆变器的运行范围,提高弱交流系统电压稳定性的结论,并通过对国际大电网会议(CIGRE)标准高压直流输电测试系统的仿真验证了该结论。     

特高压直流输电工程逆变侧控制策略优化设计

特高压直流输电在电网中的应用越来越广泛,送端电网与受端电网间采用多回直流相连,在一回直流故障时,通过提升其他直流实现功率紧急支援。在受端电网相对较弱的情况下,当需要大幅紧急提升直流功率时,如逆变侧采用传统修正的定熄弧角控制,会出现换相失败的情况。为此,分析了产生换相失败的原因及交流系统强度和提升量对换相失败的影响,并在现有逆变侧控制策略的基础上,提出一种预防换相失败的控制器,通过引入熄弧角测量值,实现熄弧角闭环控制,从而保证换相裕度,避免换相失败。在实时数字仿真系统(RTDS)中进行了试验验证,结果表明,所提策略可解决特高压直流大幅提升功率时的换相失败问题。     

±800 kV哈郑特高压直流控制方式对河南电网电压稳定性影响研究

为了优化哈郑特高压直流投运后河南电网的运行方式,详细分析了直流系统控制方式与受端电网电压稳定性的关系,揭示了不同的控制方式影响换流站交流母线电压稳定性的规律,并结合河南电网2014年的规划数据进行仿真和验证。仿真结果表明：哈郑直流系统采取CP-CV(整流侧定功率,逆变侧定电压)的控制方式有利于受端电网的电压稳定;同时哈郑直流投运后,河南电网采取往湖北等华中地区多通道外送直流功率,以及采用内部消耗+过境模式相结合的运行方式等,更有利于提高其静态电压稳定水平。该研究成果为河南电网的优化运行与调度提供了理论依据     

适应大容量直流接入弱受端的直流极控系统优化控制方法

大容量直流接入较弱受端系统,换流母线电压相对敏感,故障扰动易引起直流换相失败甚至发生连续换相失败。针对弱受端交流故障恢复过程中可能出现的连续换相失败问题,提出了根据交流系统和直流系统关键变量,在线计算调整低压限流功能直流电压上限值的方法,使直流的恢复速度能适应交流系统的恢复状态,避免连续换相失败的发生;提出了逆变站调节器配合和分接头控制的优化方法,使逆变站进入定直流电压控制模式,能在一定程度上减小远端故障引发换相失败的概率。利用与实际直流工程极控系统完全一致的仿真模型进行仿真验证,仿真结果表明:所提出的优化方法可行、有效,能适应弱受端系统对于抵御换相失败的需求,有利于改善交直流系统运行稳定性。     

计及电压弹性力的多动态无功装置优化运行

为提升受端电网电压支撑能力和减少直流连续换相失败风险,文中提出一种多动态无功装置运行优化方法。首先,考虑故障后电网电压恢复速度和直流熄弧角变化关键特征,提出适用于受端电网的电压弹性评估指标,精确衡量受端电网故障后的电压恢复能力;然后,以电压弹性最大为优化目标,多动态无功补偿装置无功出力为优化变量,考虑受端电网潮流平衡、节点电压上下限等稳态约束和暂态约束条件,建立多维非线性含微分方程的数学优化模型;最后,采用粒子群算法对上述模型进行优化求解,以实际苏州南部电网为例进行仿真验证,结果表明文中方法可有效提升短路故障后电网电压恢复速度,并减少直流连续换相失败次数。