特高压紧急直流功率支援策略研究

采用扩展等面积法(EEAC)分析了多机系统中特高压(UHV)紧急直流功率支援(EDCPS)提高系统暂态稳定性的机理,深入研究了UHVDC在大扰动下的EDCPS策略,包括支援起始时刻、支援速率、支援数量和支援持续时间等对功角稳定和电压稳定的影响.研究结果表明EDCPS能改善故障后系统的暂态稳定性,但直流提升量要适当,较大的提升量能够改善功角稳定性.但也加大换流站的无功需求.对正在恢复中的节点电压产生不利影响;紧急功率支援投入要适时,过早将加大换流站的无功需求.过迟则将不能有效地增加等效加速面积;提升速率不能太快,否则也将加大无功需求,削弱换相电压的稳定;在等效单机无穷大系统(OMIB)功角的回摆过程中适当回降直流功率能更好地改善系统的暂态稳定性.最后,研究负荷特性、静止无功补偿器(SVC)和低压限流单元(VDCOL)特性对EDCPS策略及效果的影响.     

SVC对特高压紧急直流功率支援的影响

在分析紧急直流功率支援提高系统暂态稳定性机理、静止无功补偿器(SVC)原理及参数设置的基础上,仿真研究了大扰动下SVC对特高压紧急直流功率支援的影响.结果表明:SVC能为换流站交流母线提供无功支持,使其电压在故障后快速恢复,有利于特高压直流功率的快速紧急提升,能更有效地弥补故障后送、受端网区的功率缺额,改善故障后的稳定裕度;安装SVC虽能提高故障后的电压水平却可能会减小熄弧角.故障后500 kV主网形成孤岛情况下,加装SVC能一定程度上改善电压和支援效果,整流侧能减少切机量.     

紧急直流功率支援时的无功功率配合研究

紧急直流功率支援能够提高单回直流双极闭锁后系统的稳定性,而换流站无功功率容量的不足往往会导致直流功率无法提升至指定功率值,大大减弱紧急直流功率支援的效果。为此,对直流换流器无功功率消耗进行分析,提出3种紧急直流功率支援期间的无功功率补偿方式,即:分段切除故障直流换流站内滤波器;加装静止无功补偿器;改进直流整流站附近的发电机励磁控制。仿真结果表明这3种措施均能在直流暂时过负荷期间弥补直流输送功率的缺额,提高系统的稳定性。分段切除故障直流换流站内的滤波器仅对故障直流换流站附近的其他直流线路功率有一定影响,且容易导致故障直流换流站过电压;静止无功补偿器及整流站附近发电机励磁控制均可减少紧急直流功率支援后的切机量,但发电机励磁控制效果更佳。     

利用直流功率调制增强特高压交流互联系统稳定性

特高压交流试验示范工程投运后显著地增强了华中、华北两大电网之间的电力交换能力,但特高压系统的大功率传输也对华中、华北电网联网安全稳定运行提出了更高的要求。利用直流输电系统传输功率的快速可控性,可以为暂态过程中的交流互联系统提供紧急调控手段,起到功率支援和阻尼振荡的作用。为此,对利用华中电网的直流输电系统进行紧急功率支援以提高交流互联系统暂态稳定性以及采用直流调制阻尼特高压线路功率振荡进行了研究。仿真结果表明,利用直流输电系统的紧急调控手段可以减少华中电网的切机切负荷量,增强特高压互联系统的暂态稳定性,并可提高交流系统阻尼,有效地抑制电网区域间的功率振荡。     

含柔性直流电网紧急频率协调控制策略

基于常规直流功率提升的紧急频率控制需消耗大量无功功率,导致电网电压稳定性下降。柔性直流输电具有有功、无功解耦、可动态提供无功支撑等优势,在此基础上分析了提升直流输电功率实现电网发生功率缺额时频率控制原理。提出一种基于柔性直流输电技术与常规直流输电技术的紧急频率协调控制策略,以频率控制对系统电压稳定性负面影响最小为目标,计及近区电网交流断面潮流安全约束,建立线性优化模型求解得到系统有功缺额下各直流功率紧急提升量。对华东电网某实际算例进行仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。     

基于曲线拟合的多送端高压直流功率支援策略

为研究多送端交直流混联系统中直流闭锁故障后的紧急功率支援策略,探讨了关键机组有功功率对直流功率调整的响应规律,进而通过曲线拟合的预测算法,定量分析了不同的直流功率支援投入时刻和支援量对系统暂态稳定的支援效果,结合关键机组的加速能量指标优化整定直流功率支援的参数,从而最大程度降低送端的稳控切机量。我国某实际电网的仿真验证了本文算法的有效性。     

有利于多馈入直流输电系统协调恢复的VDCOL控制策略研究

提出了一种适用于一般多馈入直流输电系统(MIDC)协调恢复的依赖于电压的电流指令限制单元(VDCOL)控制策略,该策略在各直流控制系统中综合应用不同类型的VDCOL控制,以改善逆变侧交流电网的暂态稳定性。对常规的VDCOL的特性曲线进行了改进,使得故障切除后的系统恢复期间直流电流的恢复滞后于电压的恢复,从而减小换流站无功消耗,促进交流换相电压的恢复。通过对南方电网的仿真研究表明,该控制策略对不同系统运行方式下的不同故障地点和类型具有较好的适应性,有效地提高了多馈入直流系统的暂态稳定性。     

基于广义动力学原理的紧急功率支援策略北大核心CSCD

高压直流输电系统的紧急功率支援可以提高系统的暂态稳定性,但支援数量、时间、速度等因素直接决定了支援效果。文中分析了故障后交直流系统运动特性,建立了交直流系统的广义动力学模型,通过冲量定理建立了紧急功率支援时间和支援数量与系统运动特性的关系,进而提出了基于广义动力学原理的高压直流输电紧急功率支援方法。并通过仿真验证该控制方法可有效地提高故障后交直流系统的稳定性。     

交直流并联电网中直流功率紧急控制影响及优化研究

直流功率紧急控制可以提高故障后系统的暂态稳定水平,广域测量系统(WAMS)的快速发展为实现大电网交直流协调控制提供了技术前提。基于扩展等面积准则(EEAC)介绍了直流功率紧急控制提高系统暂态稳定性的机理,针对交直流并联电网中直流功率紧急控制造成的送受端电网不平衡功率通过交流通道形成的反馈可能导致某些关键断面潮流加重、恶化系统失稳模式的问题,认为交流控制措施(切机、切负荷)和直流功率紧急控制措施存在协调的空间。为评价交直流协调控制效果,建立了交直流协调优化控制的数学模型,将该协调问题转换为以控制代价最小为目标的优化问题。通过实际系统的仿真算例验证了交直流协调优化的必要性。     

大容量柔性直流输电系统接入对电网暂态稳定性影响分析

结合厦门柔性直流输电科技示范工程,分析大容量柔性直流输电系统接入对电网暂态稳定性影响机理,利用PSD-BPA暂态稳定仿真程序对大容量柔性直流输电系统接入电网后暂态稳定进行仿真分析。结果表明:柔性直流输电系统接入对交流电网单一故障暂态稳定影响不明显;柔性直流输送功率大小及短路比对暂态过程电压有影响。随着柔性直流输电系统向交流电网输送功率增大,电压稳定水平将提高,短路比越小,效果越明显。针对交直流混联电网安全稳定问题,提出相应的措施建议。     

柔性直流接入对弱受端电网恢复特性的影响及优化措施

随着柔性直流输电系统电压等级和输电容量不断提升,采用电压源型换流器的柔性直流输电技术在我国得到了大量应用,同时其对电网的影响也进一步增强。文中基于PSD-BPA机电暂态仿真软件中新开发的计及故障穿越策略的柔性直流控制系统,比较了不同直流接入方案下弱受端电网受扰恢复特性的差异。在此基础上,分析了柔性直流控制方式、直流传输功率大小以及故障穿越控制策略等因素对换流站动态有功和无功功率特性的影响。最后针对西藏弱受端电网电压稳定问题提出了优化方案,仿真结果表明优化柔性直流故障穿越控制关键参数可以改善弱受端电网故障后的恢复性能。     

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。     

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.     

混合双馈入高压直流系统最大传输功率控制方法

常规高压直流(LCC-HVDC)与柔性高压直流(VSC-HVDC)落点之间存在电气通路时就构成了混合双馈入高压直流系统。VSC-HVDC系统具有有功、无功功率独立可调的特点,通过调节VSC-HVDC系统输出的有功、无功功率,可以提高在同等受端电网强度下LCC-HVDC系统的功率输送能力。在建立混合双馈入高压直流系统的数学模型和仿真模型的基础上,通过给出求解混合双馈入高压直流系统临界稳定状态的数值解法,分析了混合双馈入高压直流系统在不同受端电网强度下的功率输送能力,总结出调节VSC-HVDC系统输出的有功、无功功率对LCC-HVDC系统功率输送能力的作用规律,并在此基础上根据系统状态参数随受端电网强度的变化规律提出了混合双馈入高压直流系统基于定虚拟点电压控制的最大传输功率控制方法,该控制模式能针对受端电网强度的变化自动调节系统的功率参考值,使得混合双馈入高压直流系统能始终运行在输送最大有功功率的工作状态。     

基于VSC-HVDC有功支援和自适应低频减载的 区域电网频率控制

相比采用交流线路连接,当区域电网采用柔性直流输电(VSC-HVDC)连接时,主网不主动响应区域电网频率变化,降低了区域电网调频能力。提出基于VSC-HVDC有功支援和自适应低频减载的区域电网控制算法。当区域电网频率跌落时,利用增量法估计有功功率缺额。在保证主网频率安全的前提下,通过VSC-HVDC向区域电网提供有功支援。然后根据区域电网频率跌落幅度,确定是否进行低频减载,设计了自适应低频减载算法。仿真结果表明,所提出的频率控制算法能有效维持区域电网频率稳定,减少低频减载量。     

基于VSC技术的交直流混联系统静态电压稳定分析

大区域电网间采用异步互联是未来电网发展趋势,直流输电技术是实现异步互联的关键技术。VSC-HVDC输电技术是直流输电技术的主要发展方向之一,与传统的较为成熟的PCC及CSC技术不同,基于VSC技术的交直流混联系统静态电压稳定性问题研究较少,对此问题进行较为深入的探讨,提出基于VSC技术的交直流混联系统静态电压稳定性分析方法,并使用算例进行AC/VSC-HVDC系统的电压稳定性计算,算例结果证实算法的可行性。     

基于VSG技术的VSC-HVDC输电系统受端换流器控制策略

针对传统换流器控制策略下柔性直流（voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC）输电系统难以有效参与交流系统频率的动态调节以及交直流系统间功率传输不平衡等问题,在对虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG）运行机制特性进行研究的基础上,提出了一种基于VSG技术的VSC-HVDC输电系统受端换流器控制策略。首先,基于VSC-HVDC输电系统拓扑模型,分析了换流站虚拟同步化的可行性;其次,将具有有功模糊PI下垂控制的VSG技术引入到高压直流输电系统,通过调整下垂系数,使柔性直流输电系统逆变器在稳态运行及暂态故障下可以保障系统有功功率平衡传输,使其具有协调控制交流系统频率和直流系统电压的能力;最后,在Matlab/Simulink中构建了一个三端系统用于仿真验证。结果表明：VSC-HVDC输电系统在采用VSG控制策略后,可以改善交流电网的惯性水平,使频率变化得到衰减,其调压控制功能也能在稳态和暂态下提供较好的功率支撑作用,有效提高了交直流系统的稳定性和可靠性。     

基于VSC-HVDC并网风电场的低电压穿越技术研究

VSC-HVDC系统应用于大规模风电集中并网、远距离输送时,要解决电网故障时风电场的低电压穿越(LVRT)问题。为此,提出VSC-HVDC系统与风电场的协调控制策略。低电压穿越期间,通过HVDC两端变流站对电网提供无功支持并采用基于频率控制的快速功率降低算法控制风电场馈入功率,维持直流线路功率平衡。同时,提出风电机组分层控制,使之与HVDC功率控制相协调,保持风电机组的电压稳定。VSC-HVDC系统与风电场间无需通信连接,无需增加设备投资,具有较好的经济性。最后,算例仿真结果验证了该控制策略的快速性和有效性。     

一种送端电网单回直流极限承载能力评估方法

大容量特高压直流输电技术为送端电网清洁电能的远距离跨区消纳提供了有效手段,但随着直流馈出数量和容量的增加,“强直弱交”矛盾凸显,直流闭锁故障后的频率稳定问题会对送端电网造成较大威胁,制约送端电网直流馈出能力的进一步提升。为有效量化送端电网直流极限馈出能力、辅助评判目标网架适应性,提出了一种计及频率稳定约束的单回直流极限馈出能力评估方法。首先,对大容量直流双极闭锁场景下送端电网的频率稳定特性进行分析,构建暂态频率指标与直流闭锁量之间的解析表达式。进而,协同考虑稳控切机和直流紧急功率支援等电网第二道防线紧急控制措施,评估频率稳定约束下送端电网可承载的单回直流极限馈出容量。最后,基于四川省电网2030年规划系统进行算例分析,结合BPA软件仿真验证所提方法的有效性。     

支撑城市电网分区互联的柔性直流优化控制技术

针对城市电网分层分区网架供电能力不足、负载不均衡、安全可靠性差等问题,提出一种支撑城市电网分区互联的柔性直流优化控制策略。首先,针对城市电网安全经济运行需求建立了稳态和暂态优化控制目标;其次,建立了计及负载均衡和网络损耗的综合评价指标,采用逐步逼近法快速求解柔性直流最优功率,以实现稳态下城市电网潮流最优控制;设计了基于换流站功率裕度的多端柔性直流自适应下垂控制策略,合理分配故障后各分区紧急功率支援,同时减小直流电压偏差。以郑州城市电网实际算例仿真验证了所提方法的有效性和工程实用性。