改善系统频率稳定性的多直流功率紧急支援协调控制策略

直流功率紧急支援能够有效改善多直流馈入电网在大功率缺额故障扰动后的系统频率稳定性。文中分析了直流功率紧急支援的原理,提出了一种综合考虑直流过负荷能力、直流运行工况和交流输电能力的单回直流实时可提升功率的估算方法。基于交流电网的安全稳定约束,提出了区域电网最大可支援能力的计算方法和“同送出同馈入”的多回直流实际支援量的协调优化算法。在此基础上,提出了改善系统频率稳定性的多直流功率紧急支援的协调控制方案,并在华东多直流馈入电网中进行了仿真验证。     

±1100kV直流系统分层接入方式下的功率协调控制

结合±1 100kV特高压直流分层接入方式下受端连接多个交流系统的特点,建立了逆变侧各换流器的附加功率—电压控制,通过独立控制各换流器触发角实现对其输送功率的独立调节。同时,为了减少在紧急功率控制过程中各换流器发生换相失败的可能,提出最优功率比的概念,将整流侧阶梯式功率提升指令按最优功率比进行预估,并分配给逆变侧各换流器的附加功率—电压控制,实现对逆变侧各换流器提升功率的协调控制。基于PSCAD仿真平台,采用±1 100kV特高压直流系统逆变侧分层接入500kV/1 000kV交流系统的仿真系统进行验证。结果表明,附加功率—电压控制器能够实现对换流器输送功率的独立控制,有利于发挥分层接入方式下潮流分布可控的优势。功率协调控制策略在紧急功率控制时能够将直流功率合理分配给各换流器,有利于充分利用各换流器输送功率的能力,并减小换流器发生换相失败的可能。     

多馈入交直流系统关联测量分散协调控制

介绍了关联测量分散控制基本原理,针对多馈入交直流系统,采用关联测量的分散协调控制原理推导直流线路的附加控制策略,提出基于关联测量矢量直流系统附加控制的分散协调控制策略.该方法只需要当地信号,控制结构简单,易于实现.算例结果表明,该方法能够充分利用HVDC的快速响应能力,实现多条直流线路的分散协调控制、功率支援和电压保持,具有很好的鲁棒性并能提高系统的稳定性.     

矩阵束辨识多直流系统控制敏感点

附加直流控制是抑制低频振荡的有效手段,在多直流输电系统中,附加直流控制地点选择与振荡抑制效果息息相关,选择合适的控制地点尤为关键.基于矩阵束方法辨识得到了振荡模态强相关机组对于多馈入各条直流线路的灵敏度,通过灵敏度进一步挖掘出振荡模态对应的控制敏感点,在控制敏感点附加直流控制将获得最优性能.使用了基于综合性能指标寻求最优参数的小方式直流调制对川渝电网振荡模态进行了仿真验证,结果表明了控制敏感点的准确性.     

混合多馈入直流系统VSC-HVDC和滤波器的无功协调控制

为了减少常规直流输电(LCC-HVDC)的滤波器投切,充分利用柔性直流输电(VSC-HVDC)的无功调节容量和其动态调节无功的优势,提出一种适用于LCC-HVDC和VSC-HVDC电气距离较近情况下的混合多馈入直流系统的无功协调控制策略.分别分析了LCC-HVDC和VSC-HVDC的无功控制原理及其控制特点,基于滤波器投切和VSC-HVDC两者的无功控制优势,设计了混合多馈入直流系统的无功协调两级控制模块,达到减少滤波器投切,抑制暂态低电压和过电压的目的.在PSCAD/EMTDC中搭建混合多馈入直流系统模型并进行仿真验证,仿真结果表明所提协调控制策略的控制效果优于VSC-HVDC采用定无功功率控制和定交流电压控制.     

直流逆变站电压稳定测度指标及紧急控制

特高压直流逆变器在大功率传输有功功率的同时,需要由大容量容性滤波器和电容器组补偿其无功消耗。以逆变器和补偿器为主要部件的直流逆变站,其综合动态无功特性会对受端交流系统电压稳定性产生显著影响。该文分析了交流电压大幅波动过程中,逆变站综合动态无功需求特性,以及交流戴维南等值系统无功供给能力特性;揭示逆变站因电压降低无功需求增大,以及交流系统因联系电抗增加无功供给能力降低,导致无功供需失衡,是直流威胁受端系统电压稳定的根本原因。提出基于交流戴维南等值参数的逆变站动态电压稳定测度指标,定量评估直流逆变站馈入受端系统的电压稳定裕度;基于该指标,提出改善受端系统电压稳定性的直流电流控制策略。仿真结果验证了稳定测度指标及电流控制策略的有效性。     

直流馈入受端电网暂态电压与频率稳定紧急协调控制策略

为应对多直流馈入受端电网直流闭锁故障导致的暂态电压和暂态频率稳定问题,提出一种综合考虑直流功率紧急提升、调相机紧急控制和切负荷的紧急协调控制策略。首先,采用了基于多二元表的暂态稳定裕度指标,分析了直流功率紧急提升和调相机紧急控制对受端电网暂态电压稳定的影响,提出了受端电网多控制手段紧急协调控制方案。其次,基于该控制方案,计及暂态电压和暂态频率稳定约束,以控制代价最小为目标,建立了多控制手段下受端电网紧急协调控制优化模型。然后,采用灵敏度法将模型线性化,考虑了直流功率紧急提升对暂态电压稳定的负面影响,并采用逐次线性规划方法求解。最后,通过华东电网实际案例结果验证了所提控制策略的有效性。     

基于多回直流功率转移的受端电网节假日期间电压控制

节假日期间,电网负荷大幅下降,潮流轻载导致容性无功过剩,电压显著升高。对于多直流馈入受端电网,受直流换流站内绝对最小滤波器投入组数的制约,密集落点的多个直流换流站在直流低功率运行方式下会同时向交流电网注入大量容性无功,导致电网电压大幅升高且难以通过常规电压调整手段控制。提出了考虑多回直流功率转移的电压控制策略,在不改变直流总送电计划的基础上,通过优化分配多回直流的功率来改变直流与交流电网的无功交换数量,进而有效降低电网电压。华东电网实际案例和仿真计算均显示,在多回直流之间进行有功功率转移能有效地改善多直流馈入受端电网的无功潮流分布,合理控制系统电压。     

考虑无功功率协调控制的并行直流系统紧急功率支援

直流系统紧急功率支援需要考虑无功功率协调控制以提高系统电压稳定水平。文中分析推导了直流系统有功功率输送和无功功率消耗的比例关系,研究了多直流系统相互间紧急功率支援时导致的换流站近区暂态电压跌落问题,提出了紧急投入备用无功功率、充分利用故障直流无功功率补偿能力和交直流系统间功率分配的协调控制等策略,以实现无功功率的合理分...     

连接弱交流系统的高压直流换流站无功补偿协调控制策略

在馈入端交流系统强度较弱、直流传输功率频繁波动的高压直流系统中,换流站无功补偿设备的协调控制对改善换流母线电压的稳定性具有重要意义。提出了一种基于静态同步补偿器(STATCOM)和电容器组相互协调的多模式协调控制策略,主要包括换流母线电压无静差跟踪额定电压的稳态调压模式、换流站参与近区交流系统电压调节的自动电压控制(AVC)模式,以及换流母线发生短路故障时抑制电压波动与换相失败的暂态控制模式。基于实际工程参数,在电磁暂态仿真软件(PSCAD)建立了±800kV酒泉—湖南特高压直流输电系统仿真模型,并在直流功率波动、AVC中心下发指令电压和馈入交流系统短路故障等多种工况下对该多模式控制策略的性能进行了仿真验证。仿真结果论证了所提出的换流站无功补偿设备协调控制策略的合理性和有效性。     

SVC与HVDC非线性协调滑模变结构控制的研究

针对逆变站消耗的无功功率与电压稳定之间的矛盾,采用静止无功补偿器（SVC）对直流逆变站进行无功补偿,从而在改善系统的稳定性的同时,使逆变侧电压更具稳定性。通过建立含有直流功率调制和静止无功补偿器的系统状态方程,并运用非线性系统理论以及变结构控制理论,设计出了直流与静止无功补偿器的非线性协调控制规律。最后对系统进行仿真,其结果表明该控制规律能有效地提高系统的暂态稳定性,并能进一步改善交流系统的电压,达到良好的控制效果。     

多馈入直流输电系统的协调恢复策略研究

为了改善多馈入直流输电系统的恢复性能,提出了一种协调恢复策略。该策略通过直流双侧附加前馈控制实现多馈入直流各子系统的整流侧和逆变侧的协调,使两侧的控制量能够快速地跟踪系统的给定值;通过Fuzzy-VDCOL环节对系统故障和恢复期间的直流电流指令进行动态调节,维持系统的功率平衡和电压稳定,实现直流子系统之间的协调。仿真分析表明:该协调恢复策略可使多馈入直流输电系统的恢复性能得到很好地改善。     

动态无功补偿装置提高多馈入直流恢复的布点方法

交直流混联系统中交流系统短路故障发生后,由于交流系统电压不能恢复或持续降低而引起多回直流输电系统连续发生多次换相失败甚至闭锁,采用动态无功补偿装置提高多馈入直流换相失败过程中电压恢复。分析了不同地点及程度交流故障下不同补偿装置直流恢复速度,从多馈入直流间相互影响的交互作用因子出发,计及不同直流传输功率故障后对系统稳定性的影响,定义了多馈入直流交互影响权重系数,确定动态无功补偿装置补偿区域边界,考虑动态无功—电压灵敏度以确定动态无功最佳补偿地点,制定了工程实用的多馈入直流系统动态无功补偿装置布点方案。大电网仿真结果表明,在同等容量的动态无功补偿装置下,推荐方案能有效减少交流故障引起的多馈入直流同时换相失败。     

混合多馈入直流输电系统连续换相失败抑制策略

随着直流输电工程应用的增多,一旦常规直流发生连续换相失败将会对电力系统的稳定运行产生极大的影响,因此为了抑制混合多馈入直流输电系统中常规直流的连续换相失败,本文从提升常规直流换相电压的角度出发,提出了混合多馈入直流输电系统的协调控制策略。该策略根据常规直流的实时无功缺额动态调节柔性直流输出的无功功率与有功功率,从而改变其暂态稳定运行点。通过该策略的协调控制可以抑制常规直流的连续换相失败以及较大限度提升直流输电系统有功功率的传输能力。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了混合双馈入直流输电系统的仿真模型,验证了该协调控制策略的有效性。     

混合多馈入交直流混联系统中长期电压分级协调控制

随着高压直流输电的发展,柔性直流与常规直流接入同一或电气距离较近交流母线,形成混合多馈入交直流混联系统。为充分发挥柔性直流功率解耦及快速调节特性,减小常规直流换相失败概率,并保持交直流混联系统电压安全稳定,文中提出了一种混合多馈入交直流混联系统中长期电压分级协调控制方法。首先,对混合多馈入交直流系统进行建模,并分析柔性直流不同控制方式下控制量对交流母线电压灵敏度的求解方法。其次,构建两级协调电压控制,系统级控制以交流系统最低节点电压轨迹偏差和控制成本最小为目标;换流站级控制以保证常规直流馈入母线电压和换相裕度为目标。根据发电机无功裕度设计不同的控制方案,针对常规高压直流输电熄弧角和有功功率,避免其发生控制冲突,设计两级协调策略。最后,仿真结果表明所提控制方法能够明显提高交直流混联系统的中长期电压稳定性。     

混合直流输电系统无功协调控制策略优化

针对多回直流落点于同一交流系统,且其中有一回或几回直流为柔性直流工程,构成混合多馈入直流输电系统的发展趋势,建立了一种并联混合型直流输电模型。传统直流输电工程无功控制中的gamma-kick功能用以减轻滤波器投切瞬间对交流系统造成的无功冲击及电压扰动,但该种控制功能以增大关断角,牺牲运行经济性为代价;在并联混合直流输电系统中,通过对柔性直流单元与滤波器投切的协调控制,将滤波器投切过程中馈入交流系统的阶跃型无功功率等效置换成斜线型无功功率,可以减少无功冲击和电压扰动,取代gamma-kick功能。在PSCAD/EMTDC中进行仿真建模,并以电压变化绝对值和电压暂态变化率为指标,对换流母线电压的波动进行定量分析,验证了无功协调控制功能的有效性。     

多直流馈入系统电压支撑强度指标及其在南方电网STATCOM配置方案研究的应用

采用EMTDC和BPA仿真工具,分析了动态无功设备对交流系统故障情况下直流逆变站母线电压和直流功率的影响。配置动态无功设备情况下故障后直流逆变站电压及功率恢复的时间加快,同一时刻直流逆变站电压及功率都比无动态无功设备情况下有所提高,且直流功率的增量与电压的增量基本呈比例关系。从有效抬高各逆变站的母线电压,改善直流功率的恢复特性,提高系统稳定性的角度出发,提出各母线对多回直流逆变站电压支撑强度的指标。该指标可以用于动态无功设备配置站点对多回直流支撑作用的敏感性分析。在该指标计算和系统稳定分析的基础上,提出了南方电网STATCOM的配置方案。该方案被采纳,相关工程已在2013年投产。     

预防多馈入直流输电系统换相失败的直流功率控制方法

为了预防多馈入直流输电系统换相失败及同时换相失败的问题,提出了一种直流功率控制方法。在定量分析直流功率对逆变侧换流母线电压影响的基础上,利用回降故障直流功率、增大系统电压稳定裕度的方法防止换相失败。该方法根据逆变器之间的相互作用关系,将多馈入直流输电系统换相失败分为2种不同场景,针对不同场景设计了相应的直流功率控制策略,并给出了对应的直流功率控制启动判据,计算了直流功率调节量及其调节速率。在PSCAD仿真平台搭建多馈入直流输电系统模型,所提出的直流功率控制方法能够有效避免多馈入直流输电系统换相失败及同时换相失败。     

同步调相机对直流逆变站运行特性的影响分析

特高压直流换流站配置的无功补偿装置主要用于提供有功功率传输时消耗的无功功率,因此其动态特性对交直流混联电网的电压稳定性、直流运行特性产生显著影响。基于直流逆变站的控制特性,对交流电压大幅波动过程中同步调相机对直流逆变站的运行特性的影响进行深入分析,揭示了同步调相机的无功出力特性以及逆变站电气量的响应特性,并通过仿真算例进行了验证。该工作为多直流馈入电网中大容量同步调相机的接入奠定了理论基础。     

柔性直流与常规直流协调的紧急功率支援策略研究

柔性直流(VSC-HVDC)具有响应速度快、有功无功解耦、可向交流系统提供无功支撑等运行特性。将柔性直流纳入电网紧急控制系统,可在提升交直流电网暂态稳定性基础上降低常规切机切负荷控制的代价。基于扩展等面积法则(EEAC),研究直流紧急功率支援提高故障后系统暂态安全稳定性的机理;通过对不同类型直流功率调制的对比研究,指出柔性直流与常规直流(LCC-HVDC)的紧急功率支援在改善故障后系统功角恢复方面存在差异,紧急控制应考虑不同类型直流的控制优先级;提出为保障故障后电网暂态稳定所需直流紧急支援功率计算方法,并结合不同故障情况下直流功率支援的优先级制定相应的紧急协调控制策略。