新能源并网系统短路比指标分析及临界短路比计算方法

短路比作为评估新能源并网系统电压支撑强度的重要指标,其准确性与实用性之间存在矛盾,且由于构建方法众多导致临界短路比计算不统一。该文对新能源并网系统的短路比指标进行分析,并提出临界短路比计算方法,实现对系统电压支撑强度的评估。首先,建立新能源并网系统的等效分析模型,依据叠加定理分析新能源接入对节点电压的影响,推导交流系统短路容量以及计及多馈入相互影响的新能源等效并网容量;进一步,提出两个等价短路比指标：依据短路比的容量比概念,提出基于容量计算的短路比指标SCR-S,以及通过分析短路比与节点电压之间的关系,提出基于电压计算的短路比指标SCR-U,通过解析推导SCR-U与SCR-S完全等价关系,SCR-U形式及解析表达更加简单。其次,基于最大传输功率提出临界短路比数值的理论算法,进一步求解临界短路比的极值,建议将临界短路比极值2作为划分新能源并网系统强弱的标准,当SCR-U小于2时,系统为弱系统。然后,结合SCR-U及临界短路比提出系统电压支撑强度评估方法,当SCR-U小于临界短路比时,系统处于P-V特性不稳定区域。最后,通过算例验证了采用SCR-U及临界短路比极值对电压支撑强度进行评估的准...     

基于广义短路比的多馈入系统强度量化原理与方法:回顾、探讨与展望EI北大核心CSCD

随着直流和新能源等电力电子设备的大量接入,电力电子多馈入系统(简称多馈入系统)成为现代电力系统的一种典型形态。多馈入系统的安全稳定运行能力与其受扰后的电压响应性能密切相关,工业界常用系统电压支撑强度(简称系统强度)的概念描述由电网和设备动态构成的闭环系统的电压响应性能,用电网强度概念描述不考虑这些设备动态的等效交流电网的特性。现有研究一般认为电网强度与系统强度之间存在正相关性,并认为短路比能够描述电网强度,却并未揭示电网强度、短路比和系统强度之间的内在联系。为此,该文聚焦小扰动下的系统强度问题,从抗扰性、同步稳定性以及静态电压稳定性3个角度描述系统强度特性,回顾将多馈入系统动态解耦为多个单馈入系统动态的系统强度量化原理,阐明广义短路比指标与系统强度之间的解析关系,并揭示系统强度–电网强度–设备临界短路比三者之间的内在联系。研究表明,广义短路比反映了电网的多端口电压与电流的最大灵敏度,与短路电流无必然联系;电网广义短路比与设备临界短路比的相对值可一定程度反映多馈入系统的安全稳定裕度。进一步,给出用于量化系统强度的广义短路比集中判据和单母线视角下的分散判据,并阐明传统CIGRE多馈入短路比与广义短路比的联系和区别。最后,利用算例验证量化原理与方法的有效性。     

基于相对等效短路比的新能源——柔直送出系统振荡风险评估

新能源基地并网系统面临与电压支撑强度密切相关的振荡稳定性问题,在海量运行方式下,逐一建立精细化模型的稳定性分析过程耗时较长。短路比指标可直观反映新能源并网系统的电压支撑强度和稳定裕度,但现有短路比无法适用于无同步机电源的系统。为此,将短路比概念合理扩展至全电力电子化系统,基于戴维南等效网络来度量新能源-柔直送出系统电压支撑强度,进而提出了能快速评估新能源-柔直送出系统振荡风险的相对等效短路比计算方法,并阐明相对等效短路比能够全面考虑新能源场站发电功率、交流网架结构以及新能源设备变流控制系统等多重因素对振荡稳定性的影响,最后通过算例验证了相对等效短路比评估方法的有效性。     

新能源基地柔性直流送出系统小扰动电压支撑强度评估

系统电压支撑强度（简称系统强度）常用于描述系统电压响应性能和量化安全稳定水平,其中基于短路比的强度量化指标在描述新能源送出极限时具有简单直观的特点。然而,现有基于短路比的分析基础是以同步机提供短路容量或电压支撑为前提,难以适用于无同步机支撑的新能源基地柔性直流送出系统。为此,该文从小扰动角度探讨新能源基地柔性直流送出系统的强度评估问题,首先推导了该系统中多端口电流对母线电压的灵敏度传递函数矩阵,阐述了受扰后母线电压响应与系统静态电压稳定/小扰动同步稳定的定性关系;然后,基于送端柔直电压源等值思路,并结合新能源设备临界短路比提出了源-网分离的系统强度评估方法,将广义短路比推广应用到全电力电子系统,所提出的方法能快速分析在系统运行点处的静态电压稳定/小扰动同步稳定裕度,确定系统强度的薄弱环节以及系统强度提升的优化路径;最后,多风电场经柔性直流送出系统算例验证了评估方法的有效性。     

基于故障后稳态电压安全约束的新能源并网系统电压支撑强度量化分析方法EI北大核心CSCD

新能源并网系统电压支撑强度低,故障清除后易发生稳态电压安全问题,新能源机组反复进入低电压穿越,严重时脱网,影响系统的安全运行。该文计及新能源并网系统各馈入支路之间存在的相互作用,采用短路比(short-circuit ratio,SCR)表征新能源并网系统电压支撑强度,建立故障后稳态电压安全约束下的电压支撑强度量化分析模型。首先,通过分析并网点电压与新能源规模、系统短路容量之间的关系,提出单馈入系统的故障后低电压数学分析模型,在此基础上计及各支路之间的相互影响,建立多馈入系统数学分析模型,提高了分析模型的实用性;然后,采用短路比表征电压支撑强度,量化分析新能源并网系统的电压支撑强度对故障后稳态电压安全问题的影响程度,系统短路容量越小,新能源规模越大,电压支撑强度越低,故障后稳态电压安全问题越严重;进一步,以0.9pu作为故障后稳态电压安全约束,提出满足该约束时系统最小短路容量以及新能源最大并网规模的计算方法;最后,通过算例对故障后稳态电压安全数学分析模型、系统最小短路容量,以及新能源最大并网规模量化方法的准确性进行验证,为提高新能源并网系统运行的安全性提供参考。     

新能源多场站短路比定义及指标

随着新能源在电力系统中占比不断增加、接入形式的多样化,局部地区出现了新能源并入弱交流电网的场景,这是出现宽频带振荡、过电压等问题的影响因素之一,因此,亟需提出理论科学、工程实用的新能源接入规模的量化评估指标。该文首先基于短路比的物理本质,提出计及场站间相互影响的新能源多场站短路比(multiple renewable energy stations short circuit ratio,MRSCR)定义及计算方法,并根据系统阻抗比与短路比间的关联关系,给出针对不同阻抗比范围的计算解析表达式。其次,对新能源多场站临界短路比进行定性分析,并基于典型电网参数计算结果从工程应用的角度提出MRSCR临界指标。最后,依托电力系统分析综合程序(power system analysis synthesis program,PSASP)开发MRSCR计算模块,通过时域仿真算例验证所提出MRSCR对多新能源场站接入系统电压强度表征作用的有效性。     

基于暂态过电压约束的新能源并网系统电压支撑强度量化分析方法EI北大核心CSCD

在新能源并网系统中,具有动态无功支撑能力的新能源机组是引发工频暂态过电压的重要无功源,新能源并网系统电压支撑强度对暂态过电压水平有着重要影响。该文计及新能源并网系统多馈入支路之间的相互影响,采用短路比指征电压支撑强度,建立量化电压支撑强度对暂态过电压影响程度的数学关系模型。首先,针对单馈入系统,分析暂态过电压发生时刻并网点电压与无功功率、短路容量之间的关系,建立单馈入系统暂态过电压数学分析模型。然后,采用电压相量法分析多馈入系统中各支路之间的相互作用对暂态过电压的影响,建立多馈入系统的暂态过电压数学分析模型;以短路比作为电压支撑强度的表征指标,依据该模型量化分析电压支撑强度与暂态过电压之间的关系,系统短路容量越小,无功盈余越多,暂态过电压越严重。其次,以1.3pu作为暂态过电压问题的安全约束,提出满足该约束下交流系统最小短路容量以及新能源并网系统最大无功规模的计算方法。最后,分别建立多个场景的算例,验证暂态过电压数学分析模型的准确性以及系统最小短路容量及最大无功规模计算方法的有效性,为新能源并网规划与运行提供参考。     

基于实时戴维南等值参数估计的短路比分析

针对风电接入多场站电力系统暂态稳定问题,依托短路比对系统的暂态稳定性进行判定。首先,建立新能源并网系统等效模型,运用时域仿真的戴维南等值参数法来求解系统暂态的戴维南等值参数;在此基础上,计算交流系统短路容量,推导得出新能源并网系统短路比,并构建短路比与节点电压的代数关系,得到系统短路比关于节点电压的计算式;最后,基于系统最大传输功率计算得出临界短路比,通过对比实现对系统暂态稳定的实时评估。仿真结果表明,基于时域仿真的戴维南短路比计算准确,算法的适应性强。当短路比小于临界短路比时,系统处于特性不稳定区域,反之则处于稳定区域。     

新能源临界短路比对电网运行参数灵敏度分析方法

针对系统运行中临界短路比实际值伴随交流侧运行参数实时变化导致临界短路比经验值不够灵敏准确的问题,提出一种新能源临界短路比对电网运行参数灵敏度分析方法,以判断工程中常用临界短路比的准确性。首先,构建一种考虑静态负荷的交流侧戴维南电路数学模型和新能源临界短路比计算方法;然后,推导出新能源并网系统临界短路比对交流系统参数灵敏度分析方法;最后,通过算例分析表明负荷等参数变化对新能源并网系统临界短路比的计算值存在较大影响。所提方法弥补了临界短路比经验取值在系统实际运行中易因工况变化导致的指标不再灵敏准确的缺陷。     

含大规模光伏并网的弱送端系统的电压稳定性

随着新能源电力的蓬勃发展,中国西北地区的高压直流送端系统逐渐呈现出新能源占比高、交流网架薄弱、转动惯量小等特征,由此引发的弱送端系统电压稳定性问题不容忽视。首先,从含大规模光伏并网的弱送端换流母线静态电压调节灵敏度出发,推导了影响换流母线电压稳定性的因素。进而设计了光伏并网临界容量的计算流程,为光伏场站选址定容提供依据。提出了送端综合短路比指标（sending-end comprehensive short circuit ratio,SCSCR）,用来描述含大规模光伏并网的弱送端交流系统的支撑强度。比较了SCSCR、短路比、有效短路比等指标,结果表明SCSCR与弱送端系统静态电压稳定性更具相关性。SCSCR指标可以简化弱送端系统电压稳定性的分析过程,指导高比例新能源外送系统的电源组织与拓扑设计。     

多馈入交直流系统短路比的定义和应用

随着我国电网的发展,南方电网和华东电网出现了多馈入交直流系统。由于传统短路比不能考虑直流间的相互作用而亟待提出适用于多馈入交直流系统的短路比定义。通过理论分析推导多馈入短路比,证明传统短路比是多馈入短路比的特例。通过提出的多馈入交直流系统的解耦模型推导多馈入临界短路比的函数表达式,证明多馈入临界短路比与电压灵敏因子的等价关系,提出判断多馈入交直流系统强弱的指标。最后,通过理论分析和算例仿真说明利用多馈入短路比指标判断电压稳定、动态过电压、谐波谐振的有效性,证明所提出指标的合理性及在电网规划和运行中的重要作用。     

多馈入交直流系统短路比影响因素分析

随着我国电网的发展,我国南方电网和华东电网出现了多馈入交直流系统。多馈入短路比能够同时反映交流系统的强弱以及直流系统间的相互作用,是构建多馈入直流系统的重要参考指标。通过理论分析深入研究了影响多馈入短路比变化的因素,分析了直流落点间的电气距离（互阻抗1、网络结构,包括网络拓扑、线路阻抗、电源分布等对多馈入短路比的影响,给出了多馈入短路比的变化规律,并通过两馈入直流系统验证了结论。     

送端系统对交直流系统输送功率极限的影响

分析了直流输电系统整流侧连接于不同强度交流系统的运行特性,研究了定电流控制下整流侧的功率输送极限。通过分析功率曲线和换相角曲线,指出了送端系统在额定电流控制下能够保证稳定运行,并且发现受换流器换相角的限制,整流侧系统强度越小,直流输电系统整流侧的输送能力越弱;提出了电流调制裕度和短路比之间的关系,指出了能够保证一定功率提升裕度的送端系统最小短路比。通过进一步分析参数变化对电流调制裕度和短路比之间关系的影响,指出在相同的短路比下,换流变压器参数的选取(额定容量和等效电抗等)对送端系统输送功率极限有较大的影响。     

多馈入直流系统的量化分析指标及其应用

在MIIF和MIESCR指标的基础上,对MIIF的概念进行了推广,使针对多馈入直流系统的量化分析指标能够适用于交直流系统不同运行方式分析的需要。解决了长期以来对多馈入直流系统中各直流落点间电气距离、交流系统相对强弱缺乏量化指标和分析方法问题,并结合南方电网2008年丰大运行方式,介绍了MIIF和MIESCR指标的计算和应用分析方法。     

多馈入直流交互影响强度的评估指标

多直流馈入电网已经提出了几种改进的短路比指标,但对其有效性一直缺少全面和定量的评估。文中以含有5回直流的南方交直流并联电网为蓝本构造了多组仿真测试模型,对评估多馈入直流受端电网强度的2种多馈入短路比指标和多馈入影响因子指标的性能进行了系统、全面的定量评估,指出了指标存在的不足和适用范围。提出了一个评估多直流间交互影响强度的新结构性指标———暂态电压支撑强度指标。通过新指标与CIGRE推荐指标的对比以及指标与受端电网暂态电压跌落和直流换相失败持续时间等特征量之间的定量关系分析,验证了新指标的适用性。     

交直流混合输电系统交互作用量化指标研究

中国直流多落点系统的电网格局在南方电网、华东电网和四川电网中形成。现有的多馈入交互作用冈子和多馈人短路比没有考虑交直流并联多落点系统送、受端换流站间的相互影响．没有计及换流站的无功损耗。统筹考虑所有换流站的相互作用．采用复功率形式计人换流站无功损耗．将现有交互作用因子和多馈入短路比扩展到交直流并联多落点系统中．提出复功率短路比．证明系统强度不仅与电网结构参数和直流功率的变化有关,还受换流母线电压的影响。通过算例仿真说明复功率短路比对换流母线抗电压跌落能力有一定表征作用,更加适用实际研究的需要：弥补了现有短路比定义未考虑无功影响而导致评价过于乐观的不足,有助于指导实际交直流互联电网的安全稳定分析及其规划设计。     

MMC-HVDC的稳态运行范围研究

针对基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统（modular multilevel converter based high voltage direct current, MMC-HVDC）,研究了交流系统对MMC-HVDC稳态运行范围的影响并且揭示了限制直流功率输送能力的关键因素。首先,文章基于一个单端的MMC-HVDC系统,列写出完整的数学模型。其次,分别研究了交流系统短路比、换流变压器容量和换流站容量对换流站稳态运行范围的影响。最后,研究了并联无功补偿电容器对MMC-HVDC运行范围的影响。计算结果表明,当交流系统短路比较大时,MMC-HVDC的运行范围主要受到换流变压器容量的限制;当交流系统短路比较小时,MMC-HVDC的运行范围主要受到交流系统短路比的限制。此外,无功补偿电容能改善MMC-HVDC的运行范围。     

高压直流输电系统短路比在线估计

高压直流输电系统中,获得实时短路比具有重要意义,其关键是实时取得交流系统的短路容量.基于戴维南等值电路,提出一种利用独立随机矢量协方差特性求解戴维南等值参数来计算短路容量,从而获得短路比的方法.为避免传统方法中戴维南等值参数的漂移问题,根据交流侧电气量测量值,求取其均值和偏差,利用独立随机矢量协方差特性对阻抗解析式进行简化,采用滑动数据窗在线计算得到等值阻抗.用等值阻抗计算得到交流系统短路容量,从而计算实时短路比,实现高压直流输电系统短路比的在线估计.通过理论仿真和对德阳-宝鸡±500 kV高压直流输电工程实测数据的分析,验证了方法的准确性和实时性.