换流站直流谐波保护动作原因分析及处理

柴达木—拉萨直流系统在试运行期间发生谐波保护动作,导致直流系统闭锁事故,通过分析直流谐波保护动作原因,提出处理措施,消除100Hz保护动作引起的直流系统单双极闭锁问题,保证了柴达木—拉萨直流系统安全稳定运行。     

中低压柔性直流配电系统稳定性分析模型与机理研究综述

中低压柔性直流配电系统可高效接纳利用光伏、风电等新能源和储能等直流型电源,为电动汽车、数据中心及LED照明等直流型负荷提供高效可靠供电,因此得到广泛关注.然而由于系统内电力电子设备特性各异,直流网络拓扑复杂,控制策略多样,运行状态变化频繁且变化范围较大,使得直流配电网存在多时间尺度小扰动和大扰动稳定性问题.为此,首先对...     

±800kV雁淮特高压直流系统送端孤岛运行闭锁策略

特高压直流系统送端系统属于弱系统时,一旦被迫进入孤岛运行方式,面临无法稳定运行风险。目前推荐的解决策略是闭锁直流系统、切除交流滤波器和切除配套发电机等。各策略执行过程必然存在先后动作时序,不同时序可能产生不同的结果。文章以±800 kV雁淮直流工程为研究对象,考虑湖关Ⅰ线检修时最大输送功率为4 300 MW的运行方式,进行电磁暂态仿真分析。结果表明:雁淮直流工程送端进入孤岛方式后,交、直流电压与功率均发生无序波动,频率跌入机组低频保护动作范围。通过分析不同解决策略下各电气量运行情况,得到如下结论:孤岛后若闭锁直流系统早于切除机组,交流系统将产生约2.0 pu过电压;若只切除机组而不闭锁直流系统,则受端电网有2.00 s以上的功率缺额冲击,频率降低0.2 Hz。针对上述策略存在的不足,提出孤岛后极控系统经短延时闭锁直流系统,确保送端发电机组先被切除情况下,受端协控系统能及时启动功率调制措施。     

考虑直流控制系统影响的HVDC输电线路后备保护研究

在考虑直流控制系统影响的情况下,详细分析了HVDC输电线路区内、区外的故障特征以及直流控制系统的动作特性和控制状态。引入并分析了基于开关函数的交直流系统二次谐波计算等值模型。通过分析故障期间换流器触发角和直流侧二次谐波量的变化特征,提出了一种新的以换流器触发角为保护动作量,利用二次谐波分量闭锁的直流线路后备保护方案,给出了保护整定的理论计算方法。与直流线路纵联差动保护相比,该保护不因直流电流波动影响而被闭锁,保护动作时间较快;与微分欠压保护相比,具有更高的抗过渡电阻能力。通过PSCAD/EMTDC大量仿真计算,验证了该保护能可靠区分直流线路区内、区外故障,与直流线路纵联差动保护和微分欠压保护相比具有明显的优越性。     

风电高渗透率下豫西电力系统节点频率稳定性研究

在新能源发电渗透率迅速增长的同时,电力系统的惯性水平,尤其是频率稳定性将大幅降低。以河南豫西地区电网为研究对象,探讨不同渗透率的风电异步联网后短路故障、负荷变化及化学储能三种典型运行方式对地区电网频率的影响规律。研究发现：当短路故障运行时,随着风电渗透率的继续增加,豫西地区电网系统在应对短路故障时的系统稳定性越来越差,事故系统频率最高值及波动幅值均逐渐升高,最高可达1.35 Hz;当负荷变化运行时,随着负荷的增加,电网频率的峰谷幅值差逐渐线性升高,而随着渗透率的增加,电网频率的峰谷幅值差呈现先升高后降低的趋势,当负荷变化超过40%时对应的电网系统频率峰谷幅值差均已超过0.4 Hz;风电经化学储能后,风电并网时系统稳定性得到明显提升,短路故障运行频率变化幅值可维持在±0.005 Hz内,负荷变化时频率变化幅值可维持在±0.05 Hz内。     

考虑风电机组频率保护的送端电网有序高频切机策略

对于可再生能源占比较高且功率通过多回高压直流大量外送的送端电网,高压直流闭锁将引发高频问题,高频切机是抑制送端电网频率升高的重要控制措施.在考虑风电机组高频保护和直流闭锁后线路有功功率变化的基础上,提出了一种高频切机方案整定方法,并将其分解为首轮单次切机总量子模型和分轮次切机量优化整定子模型.综合利用线性插值法和摄动法求解各轮次切机量,并结合二元表进行灵敏度分析,优化高频切机方案.通过中国省级电网算例验证了所提高频切机方案的有效性,并校核了所提方案在不同运行方式下的适应性.     

大规模风电直流送出系统过电压抑制措施及控制方案优化研究

大规模风电特高压直流集中外送系统中,直流故障时由于扰动大且风电机组抗电压扰动能力差,暂态过电压问题突出,导致直流功率和新能源功率形成互相制约的矛盾关系,严重影响大规模风电特高压直流外送系统安全稳定运行和近区新能源消纳。为解决上述问题,提升大规模直流送出系统稳定水平及新能源消纳能力,分析了大规模风电直流送出系统电网暂态压升机理及影响过电压水平的因素,根据影响过电压水平的关键因素,提出利用风机过压保护差异性,允许部分风机高压保护动作脱网,利用直流FLC(Frequency limit control)功能及联切风电场电容器阻断大规模新能源连锁故障、优化风电机组无功控制特性等多项组合措施以降低过电压的思路。根据上述思路,以祁韶直流风电送出系统为研究对象,制定了直流近区新能源优化控制方案,仿真计算结果证明了文中所提思路的有效性。文中成果已经在祁韶直流运行控制中得到实际应用,有效提升了新能源消纳能力和系统稳定水平。     

直流闭锁故障下风电并网功率和直流输送功率的耦合关系分析

中国一次能源和负荷成逆向分布,新能源基地集群通过特高压直流群外送,新能源高占比电网中风电和直流耦合关系复杂。首先,建立电网分析模型,研究风电和直流在电网频率、电压方面的耦合关系。其次,根据最大频率偏差耐受能力,计算风电和直流在频率方面的耦合关系。再次,根据直流闭锁故障后风电暂态过电压总脱网量约束,推导风电并网点的暂态压升,计算暂态压升和脱网量的关系,得到直流和风电在暂态过电压方面的耦合关系。理论计算结果表明：风电和直流呈负相关性。根据2020年西北电网青豫直流和近区风电并网功率的仿真结果,验证了理论推导的正确性。     

采用波形识别的直流50Hz保护优化改进策略

结合近几年来南方电网多次出现的变压器空投涌流引起直流50 Hz保护动作事件,仿真研究了励磁涌流、和应涌流及故障电流波形特征差异性,在不降低保护灵敏度的原则下,提出了一种基于波形识别的直流50Hz保护优化改进策略,并在高压直流PSCAD/EMTDC控制保护仿真模型的基础上结合优化改进策略自定义创建直流50Hz保护闭锁模型,从交流系统强度变化、换流变压器空载合闸角变化、换流变压器铁芯剩磁变化三个角度对所提出的优化策略进行仿真验证。结果表明,所提出的基于波形识别的直流50Hz保护优化改进策略能正确地实现直流50 Hz保护的闭锁和解锁,在不影响直流系统安全稳定运行的情况下很好地解决了变压器空投涌流引起直流50Hz保护误动的问题。     

交直流混联电网工频变化量距离保护动作特性分析

分析了交直流混联电网中工频变化量距离保护的动作特性.换流站附近交流线路发生故障时,由于控制系统的快速调节,直流侧对外表现为弱电源系统,具有弱馈的特点.工频变化量距离保护的动作范围与系统等值阻抗和整定阻抗之比有关,该比值越大,保护动作范围就越小.因此,直流系统的存在会造成工频变化量距离保护动作范围大幅缩小甚至没有保护范围.最后,以实时数字仿真器试验数据验证了理论分析的正确性.     

送端励磁涌流对溪洛渡直流50Hz保护的影响

针对溪洛渡高压直流输电工程,研究了送端换流站近区投入大型变压器时的励磁涌流对直流50 Hz保护的影响。在理论分析和仿真计算的基础上,分析了影响直流电流50 Hz分量的因素及调试过程中50 Hz保护动作的原因,得出了以下结论：逆变侧直流电流50 Hz分量有效值与送端交流电压2次谐波含量呈线性关系,与直流功率、故障发生的时刻基本没有关系;直流双极运行和单极金属方式运行时,直流线路对直流电流50 Hz分量有放大作用。为了避免送端励磁涌流触发50 Hz保护动作闭锁直流,提出了取消该保护的降功率段并将动作段延时改为3s的改进措施。     

科技创新推动电网调控技术进步

正"十三五"期间,国家电网公司特高压电网快速发展,"强直弱交"矛盾突出,风电、光伏等新能源占比持续增加,电网运行控制面临前所未有的挑战。国调中心作为世界上唯一同时运行特高压交、直流混联电网的电力调度机构,面对复杂形势,大力弘扬创新精神,全力提升驾驭复杂大电网的能力。电网运行特性发生深刻变化随着特高压直流工程投入运行和     

抑制直流连续换相失败的调相机暂态强励控制策略

直流连续换相失败严重威胁电网的安全稳定运行,若换相失败次数过多,直流将发生单级或双极闭锁,可能引起电网的频率和电压失稳,研究可行的抑制直流连续换相失败的措施十分必要。为此,提出了调相机持续暂态强励以抑制直流换相失败的控制策略。首先介绍了直流换相失败的机理及影响因素,然后分析了调相机常规励磁控制策略在直流连续换相失败期间无法持续提供动态无功支撑的原因,最后提出了调相机以换流站交流母线电压跌落作为判断标准,在直流换相失败期间持续强励的控制措施,并基于华东电网典型数据进行了仿真验证。仿真结果表明,该控制策略能够充分利用调相机的动态支撑能力,有效减少直流因交流故障引起的连续换相失败次数,防止控制保护系统动作导致直流闭锁而威胁受端电网安全稳定运行。     

基于PSASP的特高压直流与湖南受端交流 系统相互影响研究

基于湖南电网规划数据,采用电力系统分析综合程序,从直流闭锁时湖南电网频率、潮流、功角和电压的变化、以及直流受端发生交流系统接地故障时部分参数变化等方面,探讨了酒泉—湘潭±800 kV直流线路和湖南受端交流系统间可能存在的相互影响。结果表明:若发生直流闭锁,湖南电网未超出正常运行条件下频率偏差限值,湘鄂联络线的岗市—葛换线路出现过载问题,省内发电机未出现功角失稳,湖南换流站的交流母线出现过电压;直流线路受端的交流系统若发生接地故障,由此引起连续换相失败并带来直流闭锁的可能性不大。     

提升新能源渗透率的风-光-火联合直流外送方法

特高压直流风-光-火联合外送中,风电、光伏出力具有一定的不确定性,需配备足量火电平抑其波动。以提高联合外送新能源占比、降低火电出力为目标,建立风-光-火联合直流外送经济调度模型,在保证直流安全运行的原则下,分析风电、光伏爬坡特性,优化配置其配套的最小火电机组容量。采用CPLEX求解所提出的特高压直流送端系统日前经济调度模型与火电容量优化配置模型,在春分、夏至、秋分、冬至4个典型日内,所提出的优化运行方式与传统直流定功率运行方式相比,风电、光伏利用率分别提高13.37%、6.16%、4.97%、17.85%,直流外送功率中火电机组出力占比分别降低12.67%、2.29%、2.09%、14.24%,总经济成本分别降低12.1万元、8.9万元、6.3万元、15.9万元。计算结果表明,所提出的风-光-火联合外送运行方式可有效提高新能源出力占比,降低送端电网的经济成本。     

含高渗透率风电的孤网频率动态特性研究

大规模风电集中并网后,风电近区系统的频率动态稳定性将面临严峻挑战。以实际电网为例,以现有频率保护配置方案为基础,仿真模拟了风电近区电网孤网运行时风电机组、常规机组、核电机组高频保护装置的动作情况。分析了各类机组在暂态过程中的差异,深入研究了近区孤网的频率动态特性,并提出了适用于风核联合运行工况下的孤网高频保护优化配置方案。该研究成果对大规模风电集中并网近区各类机组频率保护定值的整定具有重要的参考价值。     

风电机组参与调频的虚拟惯量控制与快速频率控制

通过分析风力发电系统的功率控制特性，提出了一种风电机组快速频率控制方法，并将其与传统的虚拟惯量控制方法进行了对比研究。建立了风电参与系统频率控制的虚拟惯量控制和快速频率控制模型，分析了两种频率控制方法下系统的频率响应特性。采用虚拟惯量控制方法，风电机组跟踪系统频率变化情况释放风机旋转动能，需要合理整定控制器参数以保证风电机组的频率控制性能；快速频率控制可根据风电机组运行状态充分释放转子动能，对扰动后系统频率变化率改善效果更为明显，更适合高比例新能源接入后系统惯量较低的电力系统。     

电网频率特性及负荷反馈df／dt的实测分析

根据电网频率运行的要求，对表征电网频率特性的频率衰减时间常数Ｔｆ、静态负荷频率调节系数ＫＬ进行了试验研究和理论分析计算。对系统功率缺额频率滑差ｄｆ／ｄｔ和负荷频率反馈ｄｆ／ｄｔ进行了识别，为ＳＺＨ－２型数字周波继电器的ｄｆ／ｄｔ整定和低电压闭锁整定提供了可靠的参考。     

自适应20 Hz电源注入式定子接地保护

为了弥补定子接地100%保护的不足,引入了20 Hz电源注入式保护方案。传统的20 Hz电源注入式定子接地保护的动作方程的接地阻值整定值是固定的,经整定后它在保护装置运行时就不会发生变化。文中论述了这一传统的保护方案的不足,提出了新的自适应式保护方案。新方案能随发电机运行工况、故障时接地位置的不同以及定子接地电流所允许限值的大小,自适应地调整接地阻值整定值大小,无需人为整定,从而能保证在任何故障接地位置,只要接地点故障电流大于允许安全电流,新方案都能快速动作,提高了发电机的安全运行,拓宽了20 Hz电源注入式保护方案的灵活性,具有很高的理论和工程应用价值。     

DFIG型海上风电混合直流送出的控制策略

为了减少海上风电经采用电压源换流器的直流输电系统送出的系统的造价,提出的基于双馈风机的海上风电经混合直流输电送出的拓扑结构是:风电场侧换流器为电压源换流器,逆变侧换流器为电网换相换流器(LCC)。为保证系统在正常状态下稳定运行并能够对风速变化进行功率追踪,风电场侧换流站采取定交流电压和给定频率的控制,逆变侧采取定直流电压控制。同时,针对电网为弱系统时易发生连续换相失败故障,提出在LCC的控制系统中加入定关断角控制作为故障备用控制,并在定关断角控制启动时在风电场侧整流站加入定直流电压控制来抑制换相失败。在PSCAD仿真软件中模拟海上风电利用混合直流送出电能,仿真结果验证了混合直流输电系统能够跟踪风电场输出的功率变化,在交流侧故障时协调控制策略的转换能够减少换相失败的次数,保证系统恢复正常运行。