送端系统机群摆动对直流功率恢复特性影响研究

近年来,我国交直流混联电网发展初具规模,电网安全稳定特性发生深刻变化,大容量特高压直流输电系统与传统交流电网的交互影响、耦合特性进一步复杂化。该文重点研究送端电网机群摇摆对近区特高压直流功率恢复特性的影响,发现当直流故障激发送端机群振荡后,随着系统戴维南等值电势幅值不断下降,直流换流母线电压跌落将造成直流功率在恢复过程中再次出现塌陷,对交流输电通道形成二次冲击,影响交流薄弱断面输电能力。最后基于实际电网算例,分析受端电网单永故障下多回直流同时发生相继换相失败故障对送端电网稳定性的影响。研究结论可为电网运行人员合理安排运行方式提供依据,有利于保障大区互联电网安全稳定运行。     

西电东送广东电网的送电及受电能力系统研究中的关键技术

为配合国家西部大开发战略,实现贵州、云南、天生桥及三峡等向广东送电10GW目标、在相关项目的系统规划设计及研究过程中主要解决了以下问题：受端电网的无功及电压支撑问题;直流系统控制方式及直流系统恢复速度对系统的影响问题;受端电网无功负荷对受电能力的影响问题;500kV交流线路故障清除时间对输电能力的影响问题以及送端电源相联对输电能力的影响等。     

馈入弱交流系统的直流输电换相失败恢复特性对输电能力的影响分析

馈入弱交流系统的直流输电在运行中面临的一个主要问题,是受端交流系统故障可能引发逆变器换相失败,且在故障清除时往往导致受端系统进一步变弱,使交直流系统难以恢复稳定运行,甚至最终导致直流系统闭锁。本文基于电磁暂态仿真,研究馈入弱交流系统的直流输电在逆变站近区故障导致换相失败以及受端系统进一步变弱情况下的故障恢复特性,以故障恢复动态过程结果评估直流输电系统的稳态运行输送能力。所采用的分析方法可用于实际运行中直流输电输送能力的校核。     

特高压直流输电对系统安全稳定影响研究

以金沙江一期、锦屏梯级水电基地外送采用特高压直流输电方案为依托,研究了2015年前后大容量直流馈入华东、华中、华北交流同步电网对处于交直流并列运行系统的安全稳定影响。分析了特高压直流发生单一及严重故障时交流输电通道及受端电网承受故障冲击的能力及系统的安全稳定水平;送、受端换流站近区交流系统发生单一或严重故障对直流系统的影响及系统的安全稳定水平;交流通道加装静止无功补偿器(SVC)、系统负荷特性变化、增加直流功率调制功能情况下特高压直流双极闭锁时系统的安全稳定性。     

混合直流输电系统送端交流暂态电压特性研究

对于大规模新能源特高压直流外送系统,受端电网故障可能导致送端电网电压剧烈变化,严重威胁送端电网的安全稳定运行,因此送端电网暂态电压是直流输电系统适应性的重要考虑因素。混合直流输电结合了常规直流和柔性直流的优势。针对大规模新能源混合直流外送应用场景,首先介绍了两端混合直流输电系统典型拓扑,建立了相应数学模型,阐述了基本控制结构。然后分析了当受端交流电网发生短路故障,采用不同直流输电拓扑方案时送端电网的交流暂态电压特性。最后在PSCAD/EMTDC搭建了不同混合直流输电系统仿真模型,验证了上述分析的有效性。     

天广交直流并联输电系统的稳定研究

天广交、直流输电系统将成为我国超高压电网中第一个交、直流并列运行的输电系统。文章简要地叙述了该系统的情况，并对系统的稳定问题进行了探讨，其中包括直流系统的过负荷能力、调制功能与交流线路输送能力的改善，及其交流系统电压支持对系统稳定水平的提高，直流双极故障时系统稳定措施等问题     

适应多直流馈入受端电网的柔性直流配置方法

远方清洁能源经直流大容量远距离送入负荷中心是电网的发展趋势。加强交流网架等传统措施已不能满足多直流馈入受端电网安全稳定运行需求,迫切需要研究柔性输电新技术的应用可行性。首先分析了多直流馈入受端电网安全稳定运行面临的风险与挑战。结合柔性直流输电技术优势,针对潮流分布不均导致的交流断面输电能力受限问题,提出了支撑断面输电能力最大化的柔性直流布局方法,并量化了柔性直流并网后断面输电能力提升效果。针对交流故障诱发多回直流同时换相失败问题,提出了降低两回直流同时换相失败风险的柔性直流配置方法,并量化了诱发两回直流同时换相失败的交流系统故障区域降低效果。以河南电网实际数据为例验证了所提方法的有效性。在关键输电断面配置柔性直流可充分挖掘现有输电设备潜力、提升断面输电能力,显著缩小引起两回直流同时换相失败的交流故障区域范围,提升电网安全稳定运行水平。     

大电网故障下的银东直流动态特性研究

采用一种基于物理等效的方法对直流系统的受端——山东电网500 k V大电网进行等值处理,建立银东直流PSCAD模型,分析山东电网交流联络线模拟单相接地故障和三相短路故障对银东直流动态特性的影响,为银东直流输电工程的稳定运行和故障处理提供技术指导和理论依据。     

分极接入模式的多端直流特点与故障响应比较

大容量直流输电受端采用多端直流接入模式,有利于解决其大容量直流馈入电网特别是多回直流集中馈入电网带来的稳定性问题。介绍了分极接入、并联多端接入两种主要多端直流受端接入模式的设计特点,对交直流故障进行了电磁暂态仿真分析,对比了两种直流受端接入模式的故障响应特性、对控制保护的影响以及对受端电网影响的区别,指出分极接入模式下任何一极接入弱交流系统,均会影响整个直流系统的稳定运行能力,直流线路瞬时故障期间另一极接入的逆变站受影响小。研究结果可以为电力系统应对大容量直流接入优化设计提供参考。     

海上风电接入多端柔性直流输电系统中换流站退出运行时直流功率再分配策略

大容量海上风电场通过多端柔性直流输电系统接入主网是未来极具前景的并网方式。研究了岸上换流站故障退出运行后,基于电压源型换流器的多端直流输电系统(voltage source converter based multi-terminal HVDC,VSC-MTDC)直流功率的优化再分配策略。岸上健全换流站间的功率再分配可分为自消纳情景与无法自消纳情景。首先,针对自消纳情景,以减小潮流重分配对交流电网频率稳定影响为优化目标,合理地重新配置各受端换流站的控制器,使转移功率完全被故障端换流站所在交流电网消纳;其次,针对无法自消纳情景,保持故障端换流站所在交流电网内的其余健全换流站满发,并利用源侧风电场的桨距角控制以及虚拟惯量控制减小换流站退出功率冲击对岸上电网频率稳定影响。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建改造的39节点系统,所设计的直流功率再分配策略对系统频率稳定提升得到了验证。     

适用于交直流混联受端电网的机组组合模型及算法

特高压直流双极闭锁后,受端电网可能出现频率降低、功率大范围转移等运行情况,甚至引起低频减载、线路越限等电网事故。针对上述问题,提出一种用于交直流混联受端电网的机组组合模型,考虑了直流闭锁后的一次调频容量约束和二次调频后节点电压、线路功率等电网运行约束条件,保证直流闭锁后电网频率和潮流仍可运行在合理范围内。根据模型特点,采用基于Benders分解的混合整数规划算法进行求解,得到直流最优输送容量、最优机组启停和出力计划,在充分消纳直流输送功率的同时提高了交直流受端电网运行的安全性。最后,通过改进后的10机39节点和江苏电网两个典型的交直流混联电网算例进行仿真计算,结果验证了所述模型和算法的正确性和有效性。     

高电缆化率对直流受端输电网谐波传递特性的影响

电缆线路占比增加将使直流受端输电网谐波传递特性发生改变。首先提出了电缆化率的概念,并推导出准确计及电缆化率的输电线路谐波模型,继而建立了计及电缆化率的交直流谐波经直流逆变站出线传递的谐波电压传递系数模型。最后,以上海宜华直流输电工程为例详细分析了在不同直流逆变站出线方式下电缆化率对直流受端输电网谐波相互传递特性的影响。研究结果表明：直流系统与受端输电网谐波相互传递特性受直流逆变站出线方式、线路参数、电缆化率及谐波频次制约;电缆化率增加会引起谐振频率左移,高频段谐波偏移程度更显著;所推导模型可根据线路实际参数、电缆化率定量分析谐波放大程度,作为未来受端输电网电缆线路规划及建设的重要依据。     

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。     

LCC-FHMMC混合直流输电系统受端交流系统故障穿越控制策略

送端采用电网换相换流器（LCC）、受端采用全半桥子模块混合型模块化多电平变流器（FHMMC）的LCC-FHMMC混合直流输电系统,当受端交流系统发生故障时,受端交流电压跌落,受端功率传输受阻,盈余的功率导致子模块电容过电压,甚至可能造成设备的严重损坏。为此,提出了一种基于FHMMC直流电压降压运行的受端交流系统故障穿越控制策略,使其直流电压始终低于逆变侧交流母线的电压有效值。同时,整流侧LCC保持常规的定直流电流控制,保证逆变侧的直流电流在额定值附近运行,从而实现了进入直流系统的有功功率与逆变器向受端交流系统输出的有功功率之间的平衡。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台上对LCC-FHMMC混合直流输电系统受端交流系统发生的对称故障和不对称故障分别进行了仿真分析,仿真结果验证了所提控制策略能够快速有效地穿越受端交流系统故障,并抑制子模块电容过电压。     

多馈入直流受端电网动态无功补偿选址研究

随着大容量直流输电的广泛应用,若动态无功功率储备不足,当发生直流闭锁等严重故障时,系统面临暂态电压失稳风险。提出综合电压涨幅指标法研究多馈入直流受端电网的动态无功补偿选址问题。通过系统电压弱区域分析和时域仿真,结合静止无功补偿器（SVC）的响应指标和容量等参数确定SVC的最优安装地点。对大规模交直流混联系统仿真结果验证了所提方法的有效性和工程实用性。     

混合直流系统中直流侧故障暂态电流的解析表达与故障特性的研究

由基于线性换流器高压直流输电系统(LCC-HVDC)和基于电压源换流器高压直流输电系统(VSC-HVDC)共同构成的混合直流输电系统,其故障特性与传统直流输电系统不同。针对此问题,对混合直流输电系统中直流侧故障暂态电流特性进行了研究。首先建立了送端电网采用LCC型换流站、受端电网采用VSC型换流站的两端混合直流输电系统,利用拉普拉斯变换定理推导了直流侧故障时的等效电路,解析了LCC侧和VSC侧直流故障电流简易表达式。其次,在简易表达式的基础上,充分考虑送端LCC侧换流站的触发角动态变化过程和受端VSC侧换流站交流电流的馈入,进一步解析了两侧精确的故障电流表达式。然后,从故障电流幅值、谐波等方面对比分析了三种高压直流系统中直流侧故障电流的变化特征。最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提故障电流解析表达式的正确性。     

计及电压弹性力的多动态无功装置优化运行

为提升受端电网电压支撑能力和减少直流连续换相失败风险,文中提出一种多动态无功装置运行优化方法。首先,考虑故障后电网电压恢复速度和直流熄弧角变化关键特征,提出适用于受端电网的电压弹性评估指标,精确衡量受端电网故障后的电压恢复能力;然后,以电压弹性最大为优化目标,多动态无功补偿装置无功出力为优化变量,考虑受端电网潮流平衡、节点电压上下限等稳态约束和暂态约束条件,建立多维非线性含微分方程的数学优化模型;最后,采用粒子群算法对上述模型进行优化求解,以实际苏州南部电网为例进行仿真验证,结果表明文中方法可有效提升短路故障后电网电压恢复速度,并减少直流连续换相失败次数。     

直流调制对南方电网交直流混联输电系统暂态稳定裕度的影响

交直流混联输电系统中,直流系统的控制及调制措施对系统的暂态稳定具有重要影响。以南方电网2005年丰大运行方式下,贵广直流单极运行、天广直流双极运行为例,当北通道交流输电系统发生扰动时,研究了直流系统在一定的控制方式下,调制增益的变化对系统暂态稳定裕度及直流系统的影响;分别取北通道功率变化率及南通道功率变化率为调制信号对系统暂态稳定裕度及直流系统的影响;考察了直流系统运行在不同控制方式下时,大方式调制和双侧频率调制等措施对混联系统暂态稳定裕度、送端电网机组及直流系统的影响,研究结果对实际电网运行中直流调制措施的制定具有一定的参考价值。     

机组协同-分布卸荷的风电场-柔直并网系统故障穿越方法

为降低风电场-柔性直流并网系统在交流主网发生低电压故障时的穿越成本,提出一种直流耗能装置与风电机组卸荷电路协同作用的电网故障穿越策略,在电网故障时送端换流器配合风电场快速降低直流功率输出.由于直流耗能装置仅在故障发生的前期、风电场输出功率下降前起到限制直流电压升高的作用,该策略能够显著降低直流耗能装置的体积.在此基础上,该策略将直流耗能装置中的耗能电阻分散置入到受端模块化多电平换流器中,进一步降低了卸荷成本.最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中,构建了风电场-柔性直流并网系统的仿真算例,对所提出的故障穿越方法的正确性和有效性进行了验证.     

500kV统一潮流控制器提高大容量直流馈入系统电压稳定性的研究

500 kV统一潮流控制器作为一种新型的动态电力电子设备可用于控制受入通道的有功潮流,合理分配受端电网受入的电力;同时,统一潮流控制器又可同时作为动态无功设备为系统提供无功支撑。文章对含500 kV统一潮流控制器的大容量直流馈入系统展开电磁暂态分析,对交直流系统、统一潮流控制器以及相关控制系统进行详细PSCAD建模,并根据统一潮流控制器并联侧的动态特性设定无功响应策略。结果表明,统一潮流控制器可提升大容量直流馈入系统的电压稳定性,同时可缓解近区直流换相失败的情况。