严重灾害下特高压交直流电网风险评估方法

为研究特高压交直流电网承受自然灾害的能力,基于风险评估理论,研究了适用于严重灾害下特高压交直流混合电网的安全性分析方法。首先,考虑连锁故障的全过程,提出一种基于PSD电力系统分析软件仿真的快速故障概率计算方法,计算系统在某初始故障集下的连锁故障概率;并考虑故障恢复阶段的损失,建立全过程风险评估模型;其次,从电网架构、故障状态、经济损失3个方面提出了综合指标评价体系,对系统风险进行了量化评估。最后对某地区特高压电网2种规划方案进行了风险评估,通过比较其连锁故障发展过程,并根据事故阶段和恢复阶段的风险指标计算结果,得出了优选网架规划方案,验证了研究工作的有效性。     

特约主编寄语

随着我国特高压交直流混联电网规模的不断扩大,电网大范围优化资源配置能力得到了显著提升。与此同时,也对电网保护与调控系统提出了新的挑战:特高压电网交直流、送受端耦合日益紧密,存在局部故障影响全局的安全风险;新能源机组、直流输电大规模投产使得电网调节能力严重下降;电力电子设备及其控制系统与传统交流系统交织,使得系统呈现出复杂的动态特性。因此,关于交直流混联电网安全运行关键技术的研究亟待开展。     

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、     

特高压交直流混联电网外送系统故障对交流电压的影响研究

为辨识相同功率转移下电压下降幅度最大的交流母线及对相同交流母线电压影响最大的直流系统,识别造成稳态压升最大的交流断线故障,对特高压交直流混联电网中外送系统故障对交流电压的影响进行理论推导和仿真分析。建立交直流混联输电系统数学模型,分析交流通道及直流通道故障对交流电压的影响,并进行理论计算,基于电力系统分析综合程序(PSASP)搭建锡盟地区特高压交直流混联电网仿真模型,并通过实际仿真验证了理论计算结果的准确性及有效性。仿真计算结果表明:换流母线到交流母线的等效电阻越大,直流闭锁时造成的交流母线电压下降幅度越大,线路传输无功功率与首端电压比值越大,发生交流单回断线故障线路首端压升越大。研究内容为系统稳态运行电压的控制提供理论指导,对交直流混联系统安全稳定运行具有重要意义。     

交直流混联电网运行控制实时仿真技术研究

现代电网已形成交直流多元件、多系统"混联"运行的格局,运行和控制特性极为复杂,表现为各类电力电子元件的电磁暂态和电网机电暂态过程之间的强耦合特性,传统基于"N-1"潮流或机电暂态仿真的方法在混联电网的仿真分析与控制研究中存在局限性。本文研究了实时仿真技术应用于交直流混联电网仿真的若干关键技术,以实用化的电磁-机电暂态混合仿真技术为核心建立含物理控制闭环的全景实时仿真环境,兼顾大电网仿真规模并精细刻画电力电子快速暂态过程及控制响应。该技术已应用于南方电网典型方式重要风险精确仿真界定、反措仿真验证和安稳控制策略的仿真试验,为复杂电网的精确分析和控制技术研究提供了有效的技术手段。     

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。     

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。     

针对区域电网的安全风险评估体系研究

随着交直流混联电网的迅速发展,为保障复杂电网的安全稳定运行和防止大面积停电事故,对电力管理或控制部门在电网电网安全风险评估与控制等方面提出了新的要求。本文结合区域电网的现状和电网安全风险管控的要求,介绍预防大面积停电的电力系统安全风险评估体系的框架和方法,并分析在某跨省区域大电网的应用案例。     

含多端柔性直流互联的交直流电力系统静态安全分析

含电压源换流器的多端直流系统在工作原理及控制方式上与常规直流系统存在本质区别,现有静态安全分析无法直接对含多端柔性直流的交直流系统分析计算。文中以传统交流电网静态安全分析为基础,首先,提出了多端柔性直流混联系统的交直流静态安全分析计算框架,阐述了功能实现方法及采用的关键技术。然后,在预想故障计算中考虑了交直流电网运行条件变化情况,保证计算结果与实际电网运行状态一致,提高了静态安全分析计算的准确性。最后,通过构建含四端柔性直流的交直流混联系统仿真模型,验证了算法的有效性和实用性。     

基于静态安全域的交直流混联大电网关键线路辨识

特高压直流输电系统的相继投运导致电力系统运行特性改变,交直流混联大电网的薄弱环节将出现变化。为辨识出交直流混联电网中的关键线路,避免大停电事故的发生,提出一种基于静态安全域的交直流混联电网关键线路辨识方法。采用静态安全域分析方法构建交直流混联电力系统的静态安全域,考虑交流线路潮流越限与直流逆变站闭锁判据,结合支路潮流模型,提出适用于交直流混联电力系统的静态安全裕度计算方法。以静态安全裕度为指标,给出交直流混联电力系统的关键线路辨识流程。最后使用江西电网实际电力系统进行仿真分析,结果验证了所提方法的合理性和有效性。     

特高压直流闭锁后的交直流混联受端电网最优切负荷方案

交直流混联受端电网中大容量特高压直流(UHVDC)输电线路发生直流闭锁故障后,电网会产生巨大功率缺额,引起潮流大幅度转移和频率跌落,可能会造成交流通道过载,引发连锁故障。针对这一问题提出了一种交直流混联受端电网最优切负荷方案计算方法。该方法基于广域测量技术,利用直流闭锁后瞬间量测数据,建立闭锁后稳态时交流通道传输功率和电网频率的估算模型,考虑交流通道传输功率极限、电网频率安全约束及可切负荷的重要性差异,以负荷综合损失最小为目标,建立最优切负荷方案的优化模型。通过改进的粒子群优化(PSO)算法求解得到电网最优切负荷点及其对应的最优切负荷量,保证了直流通道闭锁之后,交直流混联受端电网的安全稳定运行。最后在机电暂态软件PSS/E中以IEEE 39节点改进系统为例,通过仿真分析对所提方法进行对比验证,证明了该方法的正确性和有效性。     

特高压交直流混联电网大停电防控方法的协调配合

结合正在建设中的特高压交直流混联电网,从进一步保障电网运行安全、增强电网防控大停电水平的角度出发,系统地构建了适用于特高压混联电网大停电协调配合防控体系,包括系统各阶段故障不同故障类型防控手段协调配合以及交直流混联系统防控系统间扰动互相影响及利用直流系统对交流系统进行支援等多个部分。在每部分中介绍了该方面国内外相关技术现状、采用协调配合进行大停电防控的原因和优势,以及实际采用的处理方法。     

计及线路动态电热特性的交直流混联电网过载控制策略

交直流混联电网中大容量直流闭锁或交流线路因故障切除会引发潮流大幅度转移,增加电网连锁故障风险,需及时采取安全控制措施阻断事故的扩大。为此提出一种交直流混联电网过载控制策略,该策略充分挖掘输电线路耐受过负荷的能力,引入导线动态电热特征量作为线路安全约束,协调健全直流输送功率调节、机组有功调整以及切负荷等多种手段,实现与时间关联的潮流动态优化控制。控制模型以总控制代价最小为目标函数,经过变量的优化筛选在较短时间内得到安全且经济的过载控制方案,可有效地避免混联电网连锁跳闸事故发生。最后,基于改进的IEEE39节点交直流混联系统,与采取不同线路安全约束条件、不同优化变量的控制方法相对比,验证了所提过载控制策略的有效性及优越性。     

特高压交直流接入对江西电网暂态稳定的影响分析

雅中特高压直流及华中特高压交流环网接入江西电网后,电网特性发生根本性变化,暂态稳定约束成为江西电网运行及控制主要约束条件。深入研究交直流混联背景下江西电网暂态稳定水平及其影响因素具有现实指导意义。基于PSASP程序建立江西电网220 kV以上交流系统及±800 kV分层直流模型,仿真分析了直流系统典型故障、直流近区交流系统典型故障及交流环网对电网暂态稳定的影响。提出了提升暂态稳定水平的控制策略及应对措施,为特高压入赣后电网安全稳定运行奠定了基础。     

考虑连锁故障风险的交直流混联系统容量最优分配

将交直流混联系统的连锁故障风险与交直流容量最优分配这2方面结合考虑的研究迄今未见报道,旨在研究考虑连锁故障风险的交直流容量最优分配问题,作者进行了交直直流容量最优分配问题的初步分析和数学建模,提出了连锁故障蒙特卡洛仿真算法和交直流容量最优分配隐式枚举算法,对修改的IEEE 39算例系统进行了计算,求得使系统连锁故障与大停电风险最小的交直流容量分配最优解,分析了各种因素对交直流容量最优分配的影响。结果说明交直流混联系统的交直流容量分配存在一个比例均衡的最优方式,而应用所提方法可以从连锁故障与大停电的角度对此进行定量计算,这将为电力系统的实际规划运行提供一定的参考。     

基于特高压交直流混联电网的调相机无功补偿及快速响应机制研究

为了改善特高压交直流混联电网的无功功率调节能力,国网公司近年来在送、受端加装了很多了大型调相机。目前,大型调相机的暂态及动态特性复杂,主要受电机本体及励磁系统的影响,也与特高压交直流电网结构及故障等因素有关。为充分发挥和提升大型调相机对特高压电网电压的支撑作用,满足特高压交直流混联电网对大型调相机无功快速出力的需求,根据特高压直流的云-广±800kV电网结构搭建PSCAD/EMTDC仿真模型。结合目前实际的湖北电网运行特点,研究大型调相机对受端电网交、直流侧电网电压的影响。分析大型调相机对系统电压的无功支撑作用以及快速响应机制,为今后国家电网公司在特高压直流电网中安装大容量的调相机提供参考和建议。     

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。     

构建大电网的安全网

“2014年1月27日±800千伏天中特高压直流输电工程的投运标志着河南电网进入特高压交直流混联电网新时期。一年来,河南电网保持安全稳定运行,特高压交直流混联电网运行风险综合防控体系建设与实践功不可没。”2月16日,国网河南省电力公司总经理侯清国告诉记者。     

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。     

含分层接入特高压直流的交直流混联电网机电— 电磁暂态混合仿真研究

特高压直流分层接入系统在提升受端电网电压支撑的同时也带来了不同层间系统耦合关系复杂等问题。为准确研究特高压分层接入后交直流混联系统运行特性,结合±800 kV雅中—江西分层接入特高压直流输电工程,基于ADPSS搭建含特高压分层直流输电系统的交直流电网混合仿真模型。首先通过仿真对比验证了纯电磁暂态模型的正确性。然后对比分析关断角独立控制指令阶跃响应下混合仿真模型和纯电磁暂态模型的仿真结果,验证了混合仿真模型的准确性和优越性。最后与机电暂态模型进行故障仿真对比。仿真分析表明,混合仿真能够准确反映特高压直流分层接入后混联系统动态特性,提供很好的仿真模型基础。