区域互联多回直流换相失败对送端系统的影响

为增强直流互联大系统运行特性认识水平,针对区域电网间多回互联直流同时换相失败展开研究。分析其成因;摸索其发生后送端系统频率、电压的变化特性;剖析其对送端系统的影响范围和程度。研究结论是:虽然区域互联多回直流换相失败往往不可避免,但是直流功率由于换相失败和控制系统的作用突变时,送端近区机组出力在各种因素的作用下紧跟着变化,送端近区显现出功率相对平衡的暂态特性。多回直流同时换相失败对送端系统的影响仅局限在近区较小范围内,不会影响大系统稳定运行。     

直流换相失败及恢复过程暂态无功特性及控制参数影响

直流换相失败过程中与送受端系统交换的无功功率大幅变化,表现为对系统不利的"无功冲击负荷"特性,亟需对直流换相失败过程中的送受端暂态无功特性开展深入研究。为此,首先给出了直流稳态运行和暂态过程中的送受端无功方程,然后分别分析了换相失败期间和恢复过程中直流送端和受端的暂态无功特性,最后在此基础上研究了直流控制系统参数对暂态无功特性的影响,并通过直流等值系统算例进行了验证。研究结果表明,换相失败期间,直流从受端系统吸收一定的无功功率,同时对送端系统先吸收大量的无功功率、再发出大量的无功功率;换相失败恢复过程中,直流对受端系统通常先发出大量的无功功率、再吸收一定的无功功率,同时从送端系统吸收一定的无功功率。通过优化直流低压限流环节、换相失败预测、电流控制器等重要控制参数,可以减小换相失败过程中直流与送受端系统交换的最大无功功率。     

应对多直流同时换相失败的直流功率能量补偿调制方法

多条直流同时发生换相失败,短时大额功率冲击将造成送端交流系统区域断面出现大幅功率振荡,甚至解列运行。分析了多直流同时换相失败对送端交流系统稳定性的影响;以功率冲击能量作为衡量换相失败严重程度的依据,基于联络线稳定性指标对多直流同时换相失败引起的送端系统稳定性问题进行了量化分析;研究了直流送端区域差异造成送端系统稳定程度不同的原因;基于换相失败功率冲击能量提出了应对多直流换相失败的直流功率补偿调制方法,"三华"电网算例仿真结果验证了所提方法的有效性。该方法能够增强系统应对换相失败功率冲击的能力,减少直流送端切机容量,有助于提高交直流混联电网的运行稳定性和经济性。     

换相失败下弱送端系统安全稳定风险评估

随着高压直流输电系统不断发展,直流系统故障对交流系统的影响变得更加复杂和严重。换相失败作为交直流混联系统中最常见的故障之一,为定量分析其对超长距离、弱联系电网稳定性的影响,提出了高压直流系统换相失败下的送端系统安全稳定运行风险评估方法。通过分析换相失败产生机理,及其对送端系统造成的功率冲击,考虑送端系统对冲击能量的吸收能力和多直流间交互作用,结合弱送端系统稳定性的关键要素—联络线平均负荷/容量比和潮流熵,建立弱送端系统安全稳定运行风险评估模型。算例分析结果表明,该模型适用于多直流系统换相失败下送端系统安稳风险评估,其评估结果能准确反映不同换相失败场景对送端系统的影响程度。     

应对多回并列直流换相失败的送端系统安全稳定控制措施研究

大容量特高压直流工程的陆续投运进一步加剧电网"强直弱交"特性,送受端系统的耦合作用和相互影响愈发显著,受端系统故障引发的多并列直流同时换相失败会对送受端电网造成巨大的冲击,严重挤压送端电网稳定运行空间,若电网稳定裕度较低,甚至会导致全网崩溃,因此需针对多并列直流送出系统同时换相失败采取一定的安全稳定控制措施。基于三区域交直流互联系统等值模型,该文从机理分析角度提出应对多回直流同时换相失败故障冲击下互联系统安全稳定控制措施,并针对换相失败故障的特殊性对控制措施的适应性进行了分析,最后基于"三华"实际电网算例对控制措施的有效性进行仿真验证。     

大容量直流换相失败后功率恢复速率对送端系统暂态稳定的影响分析

电网换相换流器型直流输电(LCC-HVDC)换相失败无法避免。伴随大容量高压直流线路的相继投运,直流换相失败对系统暂态稳定性的影响愈发严重。针对交直流异步互联系统,从理论上推导直流换相失败后功率恢复速率对送端系统暂态稳定性的影响。首先,利用ramp函数建立直流换相失败后功率恢复模型,表征功率恢复速率的大小,进而理论推导了直流功率恢复速率对送端系统暂态稳定性的影响;其次,分析了低压限流(VDCOL)控制参数和换相失败预测(CFPREV)控制参数对功率恢复速率的影响,在此基础上,进一步分析了其对送端系统暂态稳定的影响。最后在改进的IEEE-39节点系统及实际电力系统中进行测试,通过仿真验证了以上理论分析的正确性。     

多回直流换相失败后送端三机群系统稳定机理及影响因素研究

在电网"强直弱交"新形势下,直流送受端交流系统之间的相互影响逐渐突显,需要开展多回直流换相失败后送端三机群交流系统的稳定机理和影响因素研究。文章推导了三机系统的转子运动方程,根据2个稳定模式固有的周期比例关系实现了解耦,采用等面积法则分析了多回直流换相失败后的送端三机群系统稳定机理,并分析了机组转动惯量、换相失败形式、换相失败范围等关键因素对送端三机群系统稳定性的影响,最后采用三机等值系统算例和"三华"实际系统算例进行了验证。研究表明,送端三机群系统2个稳定模式之间的耦合作用将使得系统的稳定性变差。文中研究将直流功率扰动后送端两机系统的稳定机理扩展到三机系统,可以为电网实际运行提供依据和参考。     

银东直流逆变站换相失败后对送端系统的影响及仿真分析

高压直流输电系统受端换相失败时,整流侧换流器短时间内会从送端交流系统吸收大量无功功率,在送端交流系统较弱或其他不利条件下可能产生电压不稳定或保护误动作等问题。以银东直流工程为例,分析了受端换相失败后直流系统的响应特性,研究了直流逆变站换相失败导致的送、受端交流系统故障耦合机理,并通过仿真给出了弱送端系统条件下的电压波动情况,结论对直流工程建设调试和交流电网调度运行具有重要的指导意义。     

风电直流送出系统换相失败特性分析及其抑制措施

该文从风电场经直流送出系统模型出发,分析了换相失败下电网和风电场暂态电压特性及连续换相失败机理,并提出从无功补偿的角度来抑制换相失败后的暂态电压现象。最后,以某省风电场直流送出系统为例进行了仿真分析,特别针对连续换相失败场景下风电场的影响特性、送端系统暂态电压及抑制措施进行了仿真分析,并进行了理论验证。     

直流送受端故障对送端系统稳定性影响的对比分析及控制措施

在电网"强直弱交"特性不断加强的形势下,送受端故障引起的多回直流换相失败和功率瞬降,都可能导致送端互联系统失稳。为此文章对比分析了送受端故障后的直流响应特性以及引发送端系统失稳的可能模式和影响程度,并在此基础上提出了多种控制措施,采用"三华"实际电网算例进行了验证。结果表明,送受端故障引发系统失稳的可能模式相似,实际系统中受端故障对稳定性的影响更严重,可通过采取控制措施保证系统稳定运行。研究结论可以为电力系统实际运行提供参考。     

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。     

特高压直流送端1.3倍过电压下调相机暂态过程与承受能力提升措施

为解决特高压直流输电送端系统换相失败引起的暂态电压升高和短路容量支撑问题,采用了具有良好动态性能的大容量新型调相机.当送端系统发生直流闭锁或者连续换相失败时,会产生高达1.3倍额定电压的系统过电压,并会使调相机相应地产生很大的瞬时进相无功功率,功率数值则取决于调相机的性能参数和初始状态.本文通过理论计算和计算机仿真,得出不同初始状态下的调相机最大瞬时进相无功值.通过分析,指出通过设计制造和改变运行方式来提高调相机承受瞬时进相无功的措施.     

HVDC送端系统故障引发受端换相失败分析

高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)系统送受端存在电气耦合及控制配合关系,送端故障可通过系统控制逻辑、参数传递等影响受端系统运行,进而引发受端换相失败,但该过程送受端交互影响情况、作用机理尚不明晰。因此,该文首先从送端交流系统出发,探讨受端对送端交流故障响应的全过程,发现在故障恢复期间,受端换流器无功消耗过多导致其换流母线电压跌落是造成换相失败的主要原因。其次,在送端交流系统无功不平衡状态下,详细剖析了送端交流系统故障对换相失败风险大小的影响,分析指出,送端交流系统无功补偿不足会减小换相失败几率,而无功补偿过剩将增加换相失败几率。最后,基于CIGRE直流输电标准测试系统验证了文中结论在不同故障工况下的正确性。     

换相失败下直流送端SVC无功反调机理分析及控制策略研究

直流送端系统配置的动态无功补偿设备存在无功反调特性,换相失败情况下该特性会助增直流送端的交流系统出现暂态过电压。文中对直流送端系统暂态电压进行频谱分析,得到其谐波主导频率,并对SVC控制系统进行相频特性分析,揭示了SVC发生无功反调的内在机理,即SVC滞后特性是其在换相失败时发生无功反调的根本原因。并在此基础上提出了SVC电容器投切控制策略,通过在电压恢复阶段切除部分电容器,有效抑制了SVC无功反调现象,仿真验证了SVC控制策略的有效性。     

弱送端电网直流群同时换相失败对电网功角稳定特性的影响研究

随着跨区特高压直流工程的快速发展,多回特高压直流同送同受的电网格局凸显,受端电网短路故障易造成多回直流同时发生换相失败,危及电网的安全稳定运行。为此,基于单机等面积定则,对比分析了三相永久性故障和单相永久性故障下直流换相失败对送端电网的功率冲击强弱;研究了直流换相失败对送端电网稳定运行的影响机理,并结合电网区域振荡模式分析了多直流同时相继换相失败对功率冲击幅度的作用机制;探讨了单相故障重合闸时间整定优化对送端电网稳定特性的影响。实际电网算例的仿真结果表明,考虑送端电网实际振荡模式适时优化调整受端电网重合闸整定时间,可有效减小多回直流相继换相失败对电网功率冲击的影响。     

多送出直流系统送端故障引发稳定破坏机理分析

随着大容量高压直流逐步投运,电网进一步呈现"强直弱交"特性,多送出特高压直流系统对互联电网稳定性的影响逐渐突显。分析了送端故障引发直流功率瞬降特性,以三区域交直流等值模型为基础,分析了不同功率流向情况下多回直流功率瞬降对送端系统稳定性的影响,并与单回直流闭锁故障进行了对比分析,最后采用"三华"实际电网算例进行了验证。结果表明,多回直流功率瞬降导致的送端系统失稳模式为第一摆/第二摆功角失稳,对送端系统稳定性的影响严重程度接近单回直流闭锁故障,需要进一步深入研究有效的应对措施。     

换相失败后水轮发电机的频率响应特性分析

针对高压直流输电系统换相失败引发送端系统发电机频率和功角不稳定的问题,文中建立了包含发电机、调速器、水轮机等元件的频率分析模型,考虑故障后暂态过程中调速器对机械功率的调节效应,将换相失败后发电机的功角特性分为失稳模式和非失稳模式,两种模式与换相失败的持续时间和直流输送容量有关。其次,分析了非失稳模式下水锤效应时间常数对于系统频率特性的影响,由于水轮机传递函数是非最小相位系统,在调速器和水轮机的降机械功率控制中呈现出负调节效应,其水锤效应时间常数越大,负调节效应越明显,换相失败后的频率峰值越高。BPA不同模型仿真结果验证了相关结论。     

送端系统对交直流系统输送功率极限的影响

分析了直流输电系统整流侧连接于不同强度交流系统的运行特性,研究了定电流控制下整流侧的功率输送极限。通过分析功率曲线和换相角曲线,指出了送端系统在额定电流控制下能够保证稳定运行,并且发现受换流器换相角的限制,整流侧系统强度越小,直流输电系统整流侧的输送能力越弱;提出了电流调制裕度和短路比之间的关系,指出了能够保证一定功率提升裕度的送端系统最小短路比。通过进一步分析参数变化对电流调制裕度和短路比之间关系的影响,指出在相同的短路比下,换流变压器参数的选取(额定容量和等效电抗等)对送端系统输送功率极限有较大的影响。     

换相失败下STATCOM助增暂态过电压机理与优化策略

随着新能源发电的大规模接入,交直流输电系统“强直弱交”特点日益突出。当直流输电系统发生换相失败时,弱送端系统会产生暂态过电压。静止同步补偿器(static synchronous compensator, STATCOM)响应电网电压的变化时,其控制环节的滞后性会导致STATCOM对暂态过电压产生助增作用。针对该现象,文章首先分析了换相失败下弱送端系统暂态过电压的产生机理,接着通过分析频率响应特性,对STATCOM响应滞后时间给出了理论推导,最后针对STATCOM响应滞后特性提出了一种基于阻尼投切的优化策略,以抑制STATCOM对过电压的助增作用,并通过仿真验证了优化策略的有效性。     

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。