构网型储能与调相机的暂态过电压抑制能力对比研究

高压直流输电系统出现闭锁、换相失败等故障时,会引起送端换流站附近新能源电站的瞬时电压波动并易导致其脱网。首先,分析了构网型储能开环控制策略的运行原理、响应特性和关键参数影响。然后,分析了调相机的无功响应特性,并将构网型储能无功控制模型与调相机的励磁调节控制模型进行对比。最后,搭建了包含特高压直流、光伏、调相机、构网型储能的半实物仿真系统,进行了直流换相失败故障下的交流暂态过电压抑制效果对比试验。结果表明,容量相同的构网型储能和分布式调相机在无功瞬时响应速度、抑制交流暂态过电压能力方面可以实现相近的效果。     

抑制直流连续换相失败的调相机暂态强励控制策略

直流连续换相失败严重威胁电网的安全稳定运行,若换相失败次数过多,直流将发生单级或双极闭锁,可能引起电网的频率和电压失稳,研究可行的抑制直流连续换相失败的措施十分必要。为此,提出了调相机持续暂态强励以抑制直流换相失败的控制策略。首先介绍了直流换相失败的机理及影响因素,然后分析了调相机常规励磁控制策略在直流连续换相失败期间无法持续提供动态无功支撑的原因,最后提出了调相机以换流站交流母线电压跌落作为判断标准,在直流换相失败期间持续强励的控制措施,并基于华东电网典型数据进行了仿真验证。仿真结果表明,该控制策略能够充分利用调相机的动态支撑能力,有效减少直流因交流故障引起的连续换相失败次数,防止控制保护系统动作导致直流闭锁而威胁受端电网安全稳定运行。     

动态无功补偿对风电场暂态电压的影响及控制策略

近年来大规模风电机组连锁脱网事故频发,严重威胁电网安全稳定运行,风电机组脱网机理与防御控制策略需深入研究。首先从理论上分析了含动态无功补偿装置的风电场在电网故障期间风机机端高电压现象的机理,仿真分析了静止无功补偿器（static var compensator,SVC）响应时间对风电场暂态电压特性的影响,指出SVC暂态无功调节的滞后性是导致故障下风电机组因高电压脱网的主要因素,并提出了电网故障下风电场的无功协调控制策略：即通过协调SVC与风机自身无功出力,在故障发生时紧急闭锁SVC,投入风机跨接器（Crowbar保护电路）,在故障清除后经一定延时重新投入SVC,从而提高风电机组的故障穿越能力。仿真结果表明该文提出的控制策略能有效抑制故障下风机高电压脱网问题。     

不同动态无功补偿装置对直流系统故障引发送端暂态过电压的抑制效果对比

直流输电系统在发生换相失败、直流闭锁等故障时,会引发送端暂态过电压。本文分别在基于电磁暂态的两区域直流系统算例和基于机电暂态仿真的大电网算例中分析比较了在直流换相失败及闭锁故障时,3种动态无功补偿装置的抑制能力。仿真结果表明,基于电磁暂态的两区域直流算例和基于机电暂态的大电网算例得到的结论基本一致,相互印证,即同步调相机具有更好的暂态过电压抑制能力。最后,通过优化调相机的直轴暂态电抗和直轴暂态时间常数等关键性能参数,能够更好地抑制直流故障导致的送端交流母线的暂态压升。     

风电直流外送系统风机高压脱网的风险评估北大核心CSCD

风电集中接入的直流外送系统发生线路故障、换相失败及直流闭锁等问题时,可能引起风机大规模高压脱网,对其风险进行评估意义重大。在风机高压脱网原因分析的基础上,文中建立了衡量故障发生可能性的概率模型,对不同故障严重程度下的脱网容量、电压越限等量化指标进行计算,进而提出了系统直流侧故障引起风机高压脱网的风险评估方法。在上述工作基础上,文中基于PSCAD/EMTDC软件搭建了典型风电直流外送系统的电磁暂态仿真模型,获得了不同故障下系统暂态特性及各故障的后果严重程度,利用所提方法量化评估了系统不同运行条件下的风机高压脱网风险。结果表明,距离送端换流站电气距离越近的风电场受到直流侧故障影响的程度越高,风机出力水平越高其高压脱网的风险越大,交流侧火电支撑和动态无功补偿可有效降低风机高压脱网风险。研究结果对风电直流外送系统的安全运行具有指导意义。     

基于虚拟电阻的高压直流换相失败期间送端电网暂态过电压抑制方法

针对高压直流输电系统换相失败易引发送端电网暂态过电压的问题,提出了一种基于虚拟电阻控制的送端电网暂态过电压抑制方法。分析了高压直流系统发生换相失败期间整流站交流侧的无功动态特性及其引发送端电网暂态过压的机理。根据影响暂态过电压水平的关键直流控制变量分析并结合换相裕度边界条件,设计了基于虚拟电阻的送端暂态过压控制器。控制器可根据送端电网暂态过压水平动态调整整流站触发角,实现送端电网的暂态过电压抑制目标。仿真算例表明,所提控制方法通过虚拟电阻环节与常规定电流控制协调配合,能有效抑制换相失败期间送端电网暂态过电压水平。     

抑制直流单极闭锁引起大规模风电机组脱网的直流控制策略

直流单极闭锁故障下交流系统暂态过电压会导致直流近区域新能源机组脱网.针对这一问题,详细分析了单极闭锁对暂态过电压的影响机理并进行验证,发现交流系统大量无功盈余是引起暂态过电压骤升的根本原因;然后基于对单极闭锁故障下健全极整流器功率特性的剖析,以稳态下整流侧换流母线处无功的平衡状态为目标,推导建立了健全极直流电流指令值表达式,提出抑制暂态过电压的直流控制策略.当暂态过电压无法被完全抑制时,为避免风机脱网,提出投入合理容量的调相机进一步抑制暂态过电压的协调抑制策略.最后,基于DIgSILENT仿真平台搭建改进的CIGRE双极标准测试模型与天中直流外送系统模型进行验证.结果 表明,该策略能有效阻断暂态过电压的传递,避免风机大规模脱网.     

新一代大容量调相机在电网中的应用研究

研究了新一代调相机在我国特高压直流送受端的应用。首先结合直流对于调相机的技术需求,研究了调相机模型,提出基于不同时间尺度的次暂态、暂态、稳态3种运行特性。然后,基于酒泉—湖南直流风火打捆送端,从增加系统短路比、降低新能源高压脱网风险、抑制稳态过电压等角度研究了调相机在特高压直流送端的应用效果;基于华东多直流馈入受端电网,从提高直流多馈入短路比、降低多回直流同时换相失败的风险、提升严重故障下的系统电压稳定水平等角度研究了调相机在特高压直流受端电网的应用效果。最后,从设备角度提出新一代调相机在运行维护、无功响应特性等方面相较于传统调相机的技术优势,旨在为调相机后续投入工程运行提供技术支撑。     

高压直流输电系统单极闭锁故障下同步调相机与STATCOM的对比研究

当高压直流输电系统送端换流站发生单极闭锁故障时,换流站交流侧将出现无功功率过剩,导致换流站交流侧电压骤升,进一步会引起送端电网各发电设备端电压的骤升。因此,需要在送端交流侧附近加装适当的暂态无功补偿装置以提高系统的稳定性。为此该文先从运行原理、响应特性等多个角度对同步调相机和静止同步补偿器两类暂态无功补偿装置进行分析。然后再对比分析单极闭锁故障下两者在高压直流输电送端系统的应用效果。最后结合单极闭锁故障下切除部分无功补偿装置的措施,得出同步调相机具有更强的暂态无功支撑能力和暂态电压调节能力的结论。     

常规直流送端近区电网中调相机和柔性直流的无功协调控制

在我国电网异步互联与新能源基地能源外送的需求下，我国将形成送端为常规直流同时接有调相机和柔性直流的输电系统。针对此系统，探讨了调相机和柔性直流的无功控制机理，比较了两者的无功响应特性，分析发现柔性直流过补偿无功会增大换相失败风险，而且调相机的无功调节容量利用也不充分。基于此，提出了一种调相机和柔性直流的无功协调控制策略，其目的在于加快柔性直流无功响应速度，缓解其无功过补偿问题，进而降低换相失败风险，同时提升调相机无功调节容量利用率。最后，典型算例仿真结果表明，所提无功协调控制策略可充分利用调相机的无功调节容量，抑制故障瞬间的暂态低电压，降低故障切除后换相失败的风险。     

多直流协调的新能源送端地区暂态过电压抑制策略

针对直流闭锁故障导致的高比例新能源多直流送端系统暂态过电压问题,文中首先分析多直流间的交互影响机理,引入多馈出电压交互作用因子,揭示了直流闭锁导致其他健全直流近区域交流系统暂态过电压的根本原因。其次基于直流闭锁故障下调相机不同时间尺度的无功特性与整流侧换流母线电压的定量关系,在改进直流系统整流侧控制的前提下,于整流侧母线处投入调相机并以调相机暂态无功特性对其容量进行配置,降低了调相机所需投入容量。然后整合了调相机与整流器的无功调节能力,据此提出多直流、多无功设备协调配合的暂态过电压抑制策略。最后在PSCAD仿真平台中搭建两直流送端系统模型,验证了所提协调策略对暂态过电压的抑制效果以及调相机容量的配置效果。     

抑制多馈入直流换相失败的同步调相机优化配置方法

多馈入直流系统中交流侧短路故障发生后,导致交流系统电压持续降低进而引起多条甚至全部直流同时发生换相失败,使电网安全稳定性受到严重破坏。同步调相机具备过载能力,且其无功输出受系统电压影响小,在面对交流故障带来的电压跌落可以提供较强的无功支撑,从而抑制直流换相失败的发生。为了抑制直流换相失败,提出了一种抑制多馈入直流换相失败的同步调相机优化配置方法,对其安装地点及容量这两个方面同时进行了优化配置。首先从直流换相失败持续时间出发,且考虑各直流间相互作用,提出了一种抑制换相失败效果指标;然后根据电气距离确定了安装待选区域,由无功补偿响应指标筛选出同步调相机最佳补偿地点;随后建立了同步调相机配置优化模型,对最佳配置方案进行二阶段的求解,获得最终配置方案;最后在实际大电网仿真结果表明,所得最终解能够考虑经济性的同时有效抑制交流故障引起的多馈入直流换相失败。     

基于同步调相机降低换相失败风险的仿真研究

首先通过对引起换流站逆变侧发生换相失败的主要原因进行分析,然后结合引起换流站逆变侧发生换相失败的主要原因来分析同步调相机的次暂态、暂态和稳态特性对其影响,仿真计算了换流站逆变侧交流系统电压幅值跌落的临界值以及电压上升10%情况时,逆变侧是否装设同步调相机时换流器发生换相失败故障情况的对比,仿真结果表明同步调相机良好的次暂态、暂态和稳态特性可以全时间尺度为系统提供无功补偿和电压支撑,不仅提高了逆变侧交流系统电压的稳定性,而且还能有效的预防换流器发生严重换相失败故障甚至抑制换相失败的发生。     

不同控制策略对双馈风机暂态特性影响仿真研究

本文根据网侧基于电网电压定向的矢量控制策略和直接功率控制策略及机侧基于定子磁链定向的矢量控制策略和直接功率控制策略,在PSCAD平台上分别搭建了基于矢量控制策略和直接功率控制策略的两套双馈风机仿真模型,对比分析了电网发生对称性短路故障导致机端电压不同程度轻微跌落和严重跌落时基于不同控制策略的风机的暂态特性,分析了不同时刻投入撬棒电路时基于不同控制策略的风机短路电流特性,并仿真分析了基于不同控制策略的网侧变频器不发无功时对直流母线电压的稳定作用及发无功时对电网电压的支撑作用,最后总结了不同控制策略对双馈风机对称性短路故障暂态特性的影响。     

考虑过电压抑制的特高压直流弱送端系统无功控制策略

直流闭锁等扰动引起的送端电网过电压,已成为限制直流输送能力和新能源消纳的主要约束。基于±800 k V扎鲁特—青洲(简称鲁固)特高压直流弱送端电网,结合扎鲁特换流站调相机工程和东北电网系统保护建设,提出了协调换流站滤波器(电容器)、调相机及换流站近区同步机组的过电压抑制策略。一方面,电网稳态运行时,充分利用换流站及其近区调相机和同步机组补偿阀组消耗无功,减少滤波器(电容器)的投入量,从而降低直流闭锁滤波器(电容器)滞后切除引起的暂态过电压。另一方面,调相机和同步机组无功输出增大,为抑制直流闭锁潮流大规模回退引起的稳态过电压提供了充足的回降无功备用。最后基于鲁固特高压直流送端电网验证了策略的有效性。     

基于超导磁储能和变流器重构的DFIG连续故障穿越方案

由高压直流输电系统换相失败引起的送端风电场母线低高电压连续故障,会对双馈感应发电机(DFIG)产生严重的暂态冲击,现有单一的风机低压、高压故障穿越方案难以完全适应此类连续故障穿越的要求。为此,提出了一种结合重构式网侧变流器与超导磁储能装置的软硬件协同穿越方案,以提升DFIG的连续故障穿越能力。在故障期间,网侧变流器由并联运行模式切换至串联运行模式,以维持定子端电压不变为目标,并控制转子侧变流器根据并网点电压自适应发出动态感性/容性无功电流。仿真结果表明,所提方案既可以维持DFIG的机端电压,又可以为电网提供无功支撑,有效地实现DFIG的低高电压连续故障穿越。     

±800 kV雁淮特高压直流送端电网安全稳定特性及控制策略

为深入研究无配套火电支撑的风火打捆特高压直流配套稳控系统控制策略,分析了雁淮直流投运初期送端电网安全稳定特性,研究了近区风电不同接线方式对直流换相失败后风机暂态过电压的影响。提出了综合应对直流近区及山西北部电网潮流转移和电压稳定的切机控制策略,实现了多区域分散可切机组的协调配合,设计了稳控装置配置及实现功能。通过研究雁淮直流送端稳控系统与山西北部交流稳控系统的耦合特性,量化了两套稳控装置相继动作带来的可切容量不足风险,提出不同停机备用水平下雁淮直流预控功率。仿真结果验证了所提策略的有效性与合理性,研究结论可为无配套火电支撑的风火打捆直流外送系统的安全稳定分析及控制策略制定提供参考。     

大规模风电直流送出系统过电压抑制措施及控制方案优化研究

大规模风电特高压直流集中外送系统中,直流故障时由于扰动大且风电机组抗电压扰动能力差,暂态过电压问题突出,导致直流功率和新能源功率形成互相制约的矛盾关系,严重影响大规模风电特高压直流外送系统安全稳定运行和近区新能源消纳。为解决上述问题,提升大规模直流送出系统稳定水平及新能源消纳能力,分析了大规模风电直流送出系统电网暂态压升机理及影响过电压水平的因素,根据影响过电压水平的关键因素,提出利用风机过压保护差异性,允许部分风机高压保护动作脱网,利用直流FLC(Frequency limit control)功能及联切风电场电容器阻断大规模新能源连锁故障、优化风电机组无功控制特性等多项组合措施以降低过电压的思路。根据上述思路,以祁韶直流风电送出系统为研究对象,制定了直流近区新能源优化控制方案,仿真计算结果证明了文中所提思路的有效性。文中成果已经在祁韶直流运行控制中得到实际应用,有效提升了新能源消纳能力和系统稳定水平。     

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。