基于静态安全域的交直流混联大电网关键线路辨识

特高压直流输电系统的相继投运导致电力系统运行特性改变,交直流混联大电网的薄弱环节将出现变化。为辨识出交直流混联电网中的关键线路,避免大停电事故的发生,提出一种基于静态安全域的交直流混联电网关键线路辨识方法。采用静态安全域分析方法构建交直流混联电力系统的静态安全域,考虑交流线路潮流越限与直流逆变站闭锁判据,结合支路潮流模型,提出适用于交直流混联电力系统的静态安全裕度计算方法。以静态安全裕度为指标,给出交直流混联电力系统的关键线路辨识流程。最后使用江西电网实际电力系统进行仿真分析,结果验证了所提方法的合理性和有效性。     

基于混合换流器的多端交直流系统潮流计算

基于电网换相换流器(LCC)和基于电压源换流器(VSC)在稳态模型和工作原理上有本质的不同,当这2种换流器混合运用于同一个多端直流输电系统,系统的稳态数学模型和潮流计算方法也发生了相应的变化。首先描述了该混合多端交直流系统的稳态模型,然后在综合考虑2种换流器工作原理的基础上,导出了该混合系统的潮流计算数学模型。为实现系统的功率平衡和保证各换流器有一定的裕度配合运行,分析了混合系统控制方式的配置原则,利用牛顿法得到了一种适用于该系统的交替求解算法,并给出了算法的具体实现步骤。最后,分别通过两端和多端的混合直流输电系统算例验证了该算法的准确性和有效性。     

含可控串联电容换流器的交直流系统静态安全域刻画与分析

传统电网换相直流输电发生换相失败的概率较大,且需要大量的无功补偿,而基于强迫换相原理的可控串联电容换流器(CSCC)可解决该问题。从静态安全域的角度出发,给出了含CSCC直流输电的交直流系统静态安全域断面刻画方法及边界面演变分析。安全域的几何直观性能方便调度人员或规划人员综合考虑换流器无功需求、换相失败概率、阀电压峰值限值、可控电容及换流阀的投资成本等因素,在域内选取合适的运行点,并有利于提前采取适当的安全控制措施,最大限度地降低CSCC直流输电一旦发生换相失败造成的后果比常规直流输电更严重的可能性。     

含VSC-HVDC的交直流系统内点法最优潮流计算

电压源换流器(voltage source converter,VSC)在稳态模型和工作原理上与传统高压直流输电(high voltage directcurrent,HVDC)的换流器有本质区别,因此传统的交直流系统最优潮流计算方法不适用于含基于电压源换流器高压直流输电(VSC based HVDC,VSC-HVDC)的交直流系统。讨论一种适用于原对偶内点法(primal-dual interior-pointmethod,PDIPM)和预测校正内点法(predictor-corrector PDIPM,PCPDIPM)解最优潮流的VSC-HVDC稳态模型。基于该稳态模型,将VSC-HVDC直流网络与交流系统结合起来,对交直流系统进行联立求解,并对多组算例进行仿真和分析,算例结果表明原对偶内点法在解决含VSC-HVDC的最优潮流问题的能力上,保持了传统内点法最优潮流的高效性,而在同样的条件下,预测–校正内点法迭代次数大大少于原对偶内点法。     

多端VSC-HVDC系统交直流潮流计算

电压源换流器VSC(Voltage Sourced Converter)与传统高压直流输电(HVDC)换流器在物理模型和工作原理上有本质区别．因此传统的交直流系统潮流计算方法不能在VSC构成的多端直流输电系统VSC—MTDC(VSC Multi—Terminal HVDC)中直接使用。首先描述了MTDC潮流计算的数学模型。随后在综合VSC工作原理及控制方式的基础上,推导了适用于VSC—MTDC潮流计算的VSC数学模型。进而由换流器控制量M(调制度)和6(PWM相位角)的不同组合,列出了4种运行控制方案。并针对每种控制方案给出了其交直流潮流交替求解的接151方程。最后以一含3个VSC的系统为例,对其中1个VSC的不同运行控制方案进行潮流分析,结果表明采用交替算法的潮流算法交直流接口简单清晰、程序编写方便且通用性好。     

考虑换流变压器和无功补偿协调控制计算AC/DC系统有功-电压曲线

在绘制交直流混合输电系统有功一电压曲线的过程中应该考虑直流的调整控制作用.如果将直流系统简单视为定功率负荷,通过仿真发现,计算得到的静态电压稳定裕度偏保守,并不能反映直流系统的控制作用.在采用连续潮流法求解交直流混合系统有功一电压曲线的过程中,根据换流器的阀组控制方式和直流系统运行特征(无功功率控制方式),调整换流变压器分接头,并根据无功控制需求投入换流站无功补偿装置,求得的有功一电压曲线及电压稳定临界点能够反映直流输电系统控制对电力系统稳定性的影响.     

基于内点法的交直流系统电压稳定性评估

针对交直流系统稳定分析时直流变量约束、运行方式调整以及计算收敛性问题,基于原始-对偶内点法提出分段求解交直流系统负荷裕度的新算法。由交直流网络间的耦合关系和换流器转换方程,推导出直角坐标系交直流系统的Jacobi、Hessian矩阵,进而用原始-对偶内点法求解直流控制方式不变的交直流系统的负荷裕度。交直流系统直流控制方式会发生调整,提出分段求解负荷裕度的方法,即分别用内点法求解系统不同直流控制方式的最大负荷增量再求和,该方法能方便考虑直流变量约束及运行方式的调整。经算例验证该算法在交直流系统稳定计算中对初始值选择要求不高,收敛迭代次数少。     

考虑换流器内部故障的LCC-HVDC动态平均化建模方法

随着多个高压直流输电工程陆续投入运行,中国输电网呈现交直流混联的特征,其稳态与暂态特性区别于传统的交流互联电网。常规高压直流线路采用晶闸管换流器作为交流系统与直流系统的接口,换流器内部发生故障往往给系统的运行带来安全风险。研究高压直流换流器内部故障对电网运行的影响,需要建立准确高效的直流换流器暂态模型。基于分立开关的直流换流器详细模型在仿真过程中需处理大量开关动作事件,计算效率无法满足大规模交直流混联电力系统在线分析的需求。提出一种考虑内部故障的高压直流输电系统动态平均化模型,能够准确模拟由于直流换流器内部故障引起的暂态响应,且具有较高的计算效率,并以CIGRE标准直流输电系统为例验证了所提出模型的准确性与高效性。     

最优乘子法及其在交直流电网潮流计算中的应用

最优乘子法具有收敛可靠性高,能较好处理病态潮流,潮流无解时能给出最小二乘解等优点,在实际电力系统中得到广泛应用。在推导最优乘子法求解二次方程组的原理的基础上,基于直角坐标系建立了电压源换流器的稳态等效模型,从而将交直流电网潮流计算问题转换为二次方程组的数值求解问题,实现了潮流计算模型与计算方法的解耦,降低了潮流计算代码实现的复杂性。针对大规模交直流电网潮流计算收敛困难问题,提出了含多平衡机及多机联合调压的潮流计算统一迭代模型以改善大规模交直流电网潮流计算的收敛性。通过对含厦门柔性直流输电工程的福建电网某运行方式进行仿真计算,验证了所提模型的正确性及方法的有效性。     

实用高压直流输电稳态模型及潮流算法解析

交直流混合输电系统的潮流计算是静态安全分析以及暂态稳定、电压稳定、小干扰特征值等分析计算的前提和基础。深入解析和理解电力系统广泛应用的商业计算软件中高压直流输电系统的数学模型、混合系统潮流求解算法,并掌握影响收敛性的相关因素,对提高大电网分析人员的计算效率具有重要意义。首先推导了国内广泛应用的BPA潮流计算软件中,双端高压直流输电系统的准稳态模型;解析了交直流潮流交替求解算法流程;通过对一双端高压直流输电系统的潮流解轨迹的计算和分析,揭示了交直流系统的相互影响特性;总结了决定特高压直流运行状态和交直流潮流收敛特性的影响因素。     

直流输电系统控制参数对交直流连接母线电压幅值的影响

采用灵敏度分析方法对交直流输电系统稳态运行条件下的相互影响作了详细分析。分析了直流输电系统控制参数变化对直流输电系统输送的有功功率和需要的无功功率的影响,进而导致交直流连接节点电压的变化情况。采用解耦求解与联合求解2种方法讨论了不同控制方式下,直流输电系统控制参数对交直流连接母线电压幅值的影响。结合交直流输电系统的计算结果,总结了直流输电系统电压设定值、电流设定值、触发角(或熄弧角)设定值、功率设定值以及换流变压器变比对换流器有功功率和无功功率的影响,以及这些控制量对交直流连接母线电压幅值的影响。其影响的大小和方向取决于系统采用的控制方式以及系统网络参数。运用所提出的方法易从计算得到的灵敏度矩阵中分析交直流输电系统之间稳态运行条件下的相互影响。     

基于最优潮流的含VSC-HVDC交直流系统最大输电能力计算

已有的交直流系统最大输电能力计算模型无法直接应用于含电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)的交直流系统的最大输电能力计算问题。文中提出了一种基于最优潮流的最大输电能力计算方法,通过将最优潮流模型拓展到系统的多种运行状态,从而能够准确反映N-1安全约束及N-1故障后VSC-HVDC的控制约束。为解决因考虑N-1安全约束导致的模型求解规模过大的问题,针对含VSC-HVDC的交直流系统的特点,进一步提出一种同时考虑故障对静态电压稳定性及支路传输容量越限影响的N-1故障筛选方法。为保证解的性能,在优化软件AMPL中调用COUENNE求解器对以上模型进行求解,能够同时给出最大输电能力和相应的VSCHVDC控制方式及参数整定值。通过修改的4节点系统、IEEE 118节点系统及辽宁省鞍山电网,验证了所提方法的有效性。     

基于连续潮流法及内点法的交直流负荷裕度算法

基于连续潮流法和原始-对偶内点法,提出了一种新的分段求解交直流系统负荷裕度方法。首先根据直流系统的调节特性,运用连续潮流法计算初始运行点到直流控制方式调整点系统的负荷增量。然后基于交直流网络间的耦合关系,推导得到交直流系统的Jacob i、Hessian矩阵,进而运用原始-对偶内点法求解直流控制方式改变后交直流系统的负荷裕度。该方法具有较好的收敛性,且能方便考虑直流量的约束和控制方式调整的问题,并经算例仿真验证该方法的准确性和快速收敛性。     

基于连续潮流法及内点法的交直流负荷裕度算法

基于连续潮流法和原始-对偶内点法,提出了一种新的分段求解交直流系统负荷裕度方法.首先根据直流系统的调节特性,运用连续潮流法计算初始运行点到直流控制方式调整点系统的负荷增量.然后基于交直流网络间的耦合关系,推导得到交直流系统的Jacobi、Hessian矩阵,进而运用原始-对偶内点法求解直流控制方式改变后交直流系统的负荷裕度.该方法具有较好的收敛性,且能方便考虑直流量的约束和控制方式调整的问题,并经算例仿真验证该方法的准确性和快速收敛性.     

基于连续潮流法的含双端VSC-HVDC交直流系统负荷裕度分析

为了分析含双端VSC-HVDC交直流系统的静态电压稳态特性,结合交替求解法和连续潮流法给出一种交直流连续潮流法。根据初始输入得到初始解确定负荷增长方向,引入负荷裕度参数。通过调节VSC-HVDC的控制策略,最终得到系统不同情况下的负荷裕度,采用左特征向量乘子法对系统进行负荷裕度灵敏度计算。对含双端VSC-HVDC的IEEE39节点系统和IEEE118节点系统进行建模仿真,得出了系统负荷裕度以及负荷裕度灵敏度近似线性的变化规律。直流线路功率流向对系统负荷裕度的影响相反,验证了方法的有效性。     

计及直流系统影响的交直流受端电网静态电压稳定分析

交直流受端电网的电压稳定特性与直流系统的控制策略和运行状态密切相关。本文提出一种计及直流系统过渡方式的静态电压稳定计算方法,通过对直流换流器在过渡方式中的电压响应特性进行机理分析,构建了直流换流器控制模式的切换策略;在连续潮流方程中引入直流功率参与因子表征在过渡方式中直流系统的参与作用,可有效解决直流馈入功率参与负荷功率增量平衡场景下的静态电压稳定分析问题。南方电网某直流受端区域电网静态电压稳定分析算例验证所提方法的有效性,并对受端直流换流器运行控制策略及直流参与因子等进行了深入比对分析,对交直流受端电网的运行与控制具有参考价值。     

基于安全距离灵敏度的交直流混联系统安全校正策略

大型交直流混联系统中,直流系统的大容量、灵活可控等特征使得交直流混联电网的动力学特性有了根本变化,运行控制难度急剧增大。直流闭锁后潮流的大范围转移将严重影响系统的稳定运行,迫切需要研究交直流混联系统的安全校正策略。为此,提出一种基于静态安全距离灵敏度的交直流混联系统安全校正方法。在交直流混联系统静态安全域理论的基础上,为了适应电力系统在线计算的要求,对安全域边界面进行线性回归拟合并给出修正安全距离及其灵敏度的计算方法。通过对安全域的伸缩变化以表征不同维度变量的控制代价,并在此基础上求取安全校正指导矢量。根据各控制变量对指导矢量的灵敏度和各控制变量的实际调节能力对其进行排序,并依次将其代入安全校正模型中进行求解,以使得调节过程中的总调整量最小。对改造后的IEEE 39节点交直流混联系统和简化实际电网进行分析计算,结果验证了所提安全校正策略的正确性与有效性。     

基于N-1准则的VSC-MTDC输电系统稳态调控方案

分析了电压源换流器型多端直流输电(VSC-MTDC)系统的安全稳定运行条件,给出了VSC-MTDC系统的控制系统分层结构和直流潮流计算方法。提出了一种基于N-1准则的多端直流输电系统稳态运行调控方案;基于连续潮流计算和换流站的电压、功率限制,设计了应对主导站和非主导站停运的调控策略,给出了直流输电系统指令值的计算步骤,并讨论了解的存在性问题。提出了换流站停运调控策略无解情况下有功功率指令值的优化方法,定义了优化后有功功率指令值的评价指标以用于寻找最优解。以典型的五端直流输电系统为例,利用MATLAB编程验证该调控方案的可行性与准确性。计算结果表明,该调控方案能够为VSC-MTDC系统提供可靠安全的指令值。     

含多端柔性直流互联的交直流电力系统静态安全分析

含电压源换流器的多端直流系统在工作原理及控制方式上与常规直流系统存在本质区别,现有静态安全分析无法直接对含多端柔性直流的交直流系统分析计算。文中以传统交流电网静态安全分析为基础,首先,提出了多端柔性直流混联系统的交直流静态安全分析计算框架,阐述了功能实现方法及采用的关键技术。然后,在预想故障计算中考虑了交直流电网运行条件变化情况,保证计算结果与实际电网运行状态一致,提高了静态安全分析计算的准确性。最后,通过构建含四端柔性直流的交直流混联系统仿真模型,验证了算法的有效性和实用性。     

含VSC-HVDC的交直流混合系统潮流计算

全控型电力电子器件电压源型换流器VSC(Voltage Source Converter)的出现,为直流输电发展提供了新方向。在分析多端VSC-HVDC稳态模型基础上,导出了其适用于牛顿法潮流计算数学模型。提出了一种应用统一迭代法对含有VSC交直流混合系统进行计算的方法。通过修改IEEE-14节点系统仿真结果验证了该算法的有效性和准确性。