特高压直流分层接入方式在多馈入直流电网的应用研究

随着我国特高压交直流技术的广泛应用,多馈入直流集中落入受端负荷中心将是未来我国电网发展所面临的重要问题。为从电网结构上有效解决多馈入直流系统的问题,提出一种特高压直流分层接入交流电网的方式。研究分层接入方式直流多馈入短路比计算方法的适用性,从理论上对比特高压直流不同接入方式下多馈入直流电网的系统特性,证明特高压直流分层接入方式有助于提高多馈入直流系统的电压支撑能力,引导潮流在1000kV与500kV层级间合理分布。结合国家电网规划,仿真验证了特高压直流分层接入方式的优势。     

多馈入直流输电系统充裕度评估的模型和方法

建立了多馈入直流系统充裕度评估的容量模型,该模型将直流系统分为阀组、极、双极3个子系统,通过串联和并联的形式将这3个子系统组合成整个直流系统,将合成的直流系统与发电系统串联形成单馈入直流系统,将各单馈入直流系统并联组成多馈入直流系统.文中提出了子系统串联和并联连接时容量模型的等效方法,并基于多馈入直流系统的容量模型计算了充裕度指标,算例分析结果表明文中提出的模型和方法是合理的,对多馈入直流系统的充裕度评估有一定的指导意义.     

多馈入交直流混联受端电网直流接入能力研究评述

受端电网的直流接入能力是大规模交直流混联电网调度运行部门越来越关注的问题。从直流多馈入交直流混联电网后面临的主要问题出发,分析了影响受端电网直流接入能力的主要因素,对现有直流及新能源接入能力研究方法进行总结。分析了各方法的优缺点,探讨了受端电网直流接入能力的计算方法及未来的研究方向。受端电网直流接入能力是一个多目标优化问题,下一步研究重点是建立系统的优化模型,科学化、实用化地评估受端电网直流接入能力。针对限制受端电网直流接入能力的主要因素,提出了提高电网直流接入能力的相关建议。     

含特高压直流的多馈入交直流系统动态特性仿真

以研究2010年南方电网动态特性为目的,提出了含±800 kV特高压直流的多馈入交直流系统动态特性仿真研究重点,解决了大规模多馈入交直流系统电磁暂态仿真时系统等值、模型处理以及仿真步骤等问题。依此运用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件,建立了包含±800 kV云广特高压直流等5条直流输电线路的电磁暂态仿真模型,研究中换流器模型采用详细模型。在此基础上研究了交直流系统各种故障下的动态特性,研究结果为南方电网规划及安全稳定措施的制定提供了理论依据。提出建立电磁暂态仿真模型,为研究大规模含特高压直流的多馈入交直流系统的动态特性提供了一套可行的方法。     

柔性直流输电系统对多直流馈入系统运行性能的改善作用研究

MMC-HVDC能够向受端电网提供无功支撑。在多馈入直流系统中,通过MMC-HVDC系统的接入,可以降低常规直流换流站母线之间的多馈入相互作用因子(MIIF),从而增加换流站母线的多馈入有效短路比(MIESCR),提高多馈入直流系统的稳定性。但是MMC-HVDC对受端电网的改善作用与其运行方式和接入地点密切相关。因此,研究MMC-HVDC的合理运行方式和接入地点有重要意义。基于节点阻抗矩阵,得到了MMC-HVDC降低MIIF的计算公式。根据公式,可以得到MMC换流站的最佳运行方式和接入位置。之后在典型系统中验证了计算公式的正确性。最后,通过对浙江电网进行仿真,结果验证了MMC接入对系统暂态稳定性的改善作用。     

多馈入直流系统交互作用因子的影响因素分析

多馈入交互作用因子(multi-feed interaction factor,MIIF)是一种能有效衡量多馈入交直流系统中直流系统间相互作用大小的指标.理论分析了直流落点间电气距离、受端交流系统等值阻抗对MIIF的影响,详细研究了MIIF与受端交流系统强弱评估指标一多馈入短路比(multi-infeed short circuit ratio,MISCR)的关系.研究结果表明,MIIF随直流落点间电气距离的减小而增大;其他回直流对某一回直流的MIIF随该回直流逆变侧交流系统等值阻抗的增大而增大;保持直流落点距离不变,MIIF与MISCR成反比关系:保持交流系统等值阻抗不变,直流i、j间的MIIF与第i回直流的MISCR成反比关系,与第j回直流的MISCR成正比关系.两馈入交直流算例系统的分析结果验证了所得结论的正确性.     

含整流站接入的多馈入直流系统强度评估

现有的多馈入短路比的定义无法准确描述含有整流站接入的多馈入系统强度,需要对其进行改进。建立了含有整流站的双馈入测试系统,采用最大功率曲线法,在一系列参数研究的基础上提出了新的多馈入系统有效短路比的定义。通过对处于临界稳定下的的三馈入直流系统以及逆变站过电压计算,验证了新的多馈入系统有效短路比的定义的有效性。     

上海多馈入直流系统的无功控制策略

以上海多馈入直流规划系统为对象,采用常规稳定分析方法对系统存在的电压稳定问题类型进行了区分。利用静止无功补偿器(static var compensator,SVC)和调相机(synchronous condenser,SC)动态无功补偿装置以及直流换流站内无功控制、直流无功调制等方法提高了该系统抵御上海受端交流系统故障和直流闭锁的能力,改善了该系统的阻尼特性,形成了一套较完整的多馈入直流系统无功控制方法。仿真计算结果验证了该控制策略的正确性和有效性。     

含特高压直流的多馈入直流电网RTDS建模

为探索在实时数字仿真器(real time digital simulator,RTDS)下的多馈入直流电网建模方法,搭建了以2012年丰大方式BPA软件等值数据为基础、含±800 kV特高压直流的南方电网等值系统模型。介绍了实验仿真平台的硬件配置及功能,给出了RTDS系统模型搭建的基本步骤及电力系统元件模型的选择原则。利用单机无穷大系统短路实验得到发电机的动态响应曲线,比对检验了各台发电机控制系统模型的正确性。在此基础上,通过与BPA稳态运行时各状态量比较以及典型的交流故障和直流故障的仿真结果比较,验证了所建电网模型的有效性和正确性。最后,详细分析了RTDS与BPA仿真结果存在偏差的原因,并比较了两者在仿真计算中的优劣性。     

基于多直流落点系统稳定性的电网静态分区方案选择方法

针对多直流落点系统静态分区方案的选择问题,提出多直流落点相互作用因子、多直流落点有效短路比、频率偏差因子3个评价指标,以及反映上述指标整体性和均衡性的子指标。建立线性加权和模型求解该多目标决策问题,采用综合赋权法计算权重系数,并提出基于多直流落点系统稳定性的电网静态分区方案选择方法。以实际电网为例,对静态分区方案进行评价和选择,得到最优方案。利用PSS/E平台对各方案的系统稳定性能进行仿真,结果表明,各分区方案的系统稳定性优劣排序与静态分区方案选择方法的计算结果排序具有一致性,验证了所提方法的有效性。     

Optimal connection of controlled HVDC to AC power system

The analysis of an optimal placement of HVDC links to an AC network is considered from the point of view of DC power flow control on system dynamics. The analysis is based upon a system dynamic model developed and the use of transfer functions involving the system sensitivity analysis with respect to converter current control. An example is carried out on a 13-bus, four-generator test system illustrating the feasibility of the approach developed.     

多馈入高压直流输电系统中功率倒向问题

高压直流输电系统逆变侧电力系统发生故障时,可能导致换流站出现线路的功率倒向。介绍了传统功率倒向的发生原因及解决方法,针对多馈入直流系统,建立了交直流互联系统EMTDC仿真模型。对于逆变站交流侧各种故障以及直流输电线路故障进行了分析。研究表明,在电气距离较近的多馈入直流系统交流侧发生严重故障时,可能导致两换流站同时发生换相失败,并导致换流站邻近多条交流线路发生功率倒向,纵联方向保护可能误动;直流线路故障一般不易引起功率倒向。对换相失败导致的功率倒向发生机理进行了阐述,故障恢复时无功需求急剧增加是倒向的主要原因。针对纵联方向保护易误动提出了实用的解决方案。     

多馈入直流输电系统谐波交互影响分析

多馈入直流输电系统中各换流站交流侧谐波存在交互影响现象。分别给出了多馈入直流输电系统中交流侧谐波吸收、谐波放大的定义,描述了其发生现象,提出了基于谐波阻抗分析方法的双馈入直流输电系统谐波交互影响分析模型,揭示了谐波交互影响的机理。以华东电网为例,利用EMTDC电磁暂态仿真软件,建立多馈入直流输电系统模型。通过各条直流输电工程交流滤波器组合投切、交流侧故障的仿真以及实际录波数据分析,验证了谐波交互影响现象和其发生机理,并分析比较了非特征谐波、特征谐波放大倍数的差异。对各换流站交流侧谐波自阻抗进行了扫描分析,结果表明两换流站交流侧等效谐波自阻抗幅值差值较大或相位差值较大是发生明显谐波吸收、放大现象的必要条件。     

特高压直流分层接入方式下稳态特性研究

探讨了特高压直流分层接入方式下交流系统逆变侧换流母线间电压相互作用影响关系的求解方法,并得出相互作用因子数学表达式。通过PSCAD仿真验证了所求的相互作用因子的准确性。分析了分层接入时,2组换流器采用不同控制方式时对相互作用因子的影响。根据所求的相互作用因子,得出分层接入时系统短路比。特高压直流分层接入方式下,在保持直流输电总功率不变的同时,当分层接入不同的受端系统时,可以使总功率在1000 kV与500 kV两级电网重新分配。最后分析了潮流重新分布时,特高压直流分层接入方式对系统换流器换相失败的影响。     

抑制多馈入直流输电系统后续换相失败措施研究

针对多馈入直流系统中发生的后续换相失败问题,以换相失败的本质为理论依据,在搭建仿真模型的基础上验证了静止无功补偿器（SVC）在抑制后续换相失败中的作用,同时提出一种有效抑制后续换相失败的变熄弧角控制方式。通过分析变熄弧角控制方式的应用缺陷,进一步提出一种基于渐变恢复理论的新型动态低压限流环节（VDCOL）控制方式。该控制通过动态VDCOL延缓单条直流功率恢复速率,可降低故障期间直流系统对交流系统的无功需求,同时其延时环节也可消除暂态过程中各条直流线路间的不良交互影响,以达到多条直流交替恢复、有效抑制后续换相失败的目的。仿真算例结果验证了控制方法的有效性。     

多馈入直流输电系统短路比指标的有效性分析

从多馈入直流系统功率稳定性角度出发,基于两馈入直流输电系统简化模型,研究了多馈入直流系统功率稳定性与多馈入有效短路比之间的定量关系.分析结果表明:多馈入有效短路比不能完全反映直流系统的功率稳定性,两者之间难以建立明确的定量关系;当受端电网直流馈入数较多时,各回直流系统的临界多馈入有效短路比将可能远小于1.5.     

改善多馈入直流系统电压无功特性的直流控制策略

为了改善多馈入直流系统受端交流系统的电压无功综合特性,在直流系统逆变侧引入了定交流电压控制;然后,使用新型指标——电压稳定耦合因子来衡量直流输电子系统换流母线间的影响,并指导该控制方式在多馈入系统中的设置方案;同时,提出了一种平滑切换逻辑控制器,以实现直流系统在定交流电压控制和其他控制策略之间的平滑切换。针对三馈入直流输电系统的电磁暂态仿真结果说明,当受端交流系统发生严重故障时,该控制策略相比常规的定熄弧角控制,能够有效改善弱交流系统电压稳定性及直流系统间的不利相互作用。     

多直流馈入系统功率调控与机组出力恢复协调优化

含多直流馈入的受端电网发生大停电后,充分发挥直流系统启动后的调控能力是加快负荷恢复进程的重要手段,同时对系统恢复控制提出了更高的要求。在此背景下,提出了一种多直流馈入系统功率调控与受端系统机组出力恢复协调优化方法。首先,从直流系统逆变站的功率调控特性和多直流馈入系统与送/受端交流系统的交互作用这2个层面分析多直流馈入系统的功率调控特性,并建立相应的功率调控约束模型;然后,以机组爬坡时间和直流系统功率调控时间最短为目标,综合考虑直流系统、送/受端系统的约束条件以及常规发电机组的恢复运行约束等因素,建立直流馈入量调整模型,计及系统功率平衡、电压和频率安全、旋转备用等约束,构建多直流馈入受端系统的机组出力优化模型。在此基础上,将该问题建模为双层混合整数线性规划模型,实现传统机组出力和各直流传输量的协调优化,最小化机组出力调整时间,并达到避免直流传输量小幅调整的调度目标。最后,以含多直流馈入的IEEE 30节点、IEEE 118节点系统以及含多风电场的IEEE 30节点系统为算例验证所提模型的有效性。     

多馈入直流输电系统谐波相互影响的研究

首先给出了交流系统各主要元件谐波频率下的数学模型,利用Ward多端等值法推导出多馈入直流输电系统各直流接入点在谐波频率下的节点导纳矩阵,进而可以得到各直流接入点的谐波电压。对上海电网500k V电压等级电网进行了等值并通过计算得到不同运行方式下各直流接入点的电压总谐波畸变率的范围,经分析可知上海地区多馈入直流输电系统谐波相互影响很小,各直流接入点电压的畸变主要受自身直流线路谐波的影响。