特高压直流分层接入方式下受端换流母线静态电压稳定性研究

特高压直流分层接入方式交直流系统间、高低换流阀组间以及2层不同电压等级的受端交流系统间均存在着电气耦合关系,系统的无功功率调节和电压稳定问题更加复杂。为解决该问题,在传统单馈入电压稳定指标(VSI)基础上提出了多馈入电压稳定指标(MVSI),并结合特高压直流分层接入数学模型,推导出多馈入电压稳定指标的计算方程。在此基础上研究特高压直流分层接入方式下受端系统参数、直流系统运行状态对换流母线静态电压稳定性的影响。分析结果表明,减小受端交流系统阻抗、2交流系统等值联系阻抗、直流系统输送功率,增大关断角均能有效提高换流母线静态电压稳定性,同时受端交流系统等效阻抗角也会对换流母线静态电压稳定性产生影响。     

特高压直流分层接入方式下换流母线电压的稳定性

特高压直流分层接入交流电网的新方式可提高受端电网接纳直流功率的能力,从电网结构、直流控制方式等方面合理分析特高压直流分层落点近区500 k V层和1 000 k V层换流母线的电压稳定性问题亟待深入研究。为此首先分析了不同层逆变器的功率输出特性,并基于降阶雅克比矩阵推导了换流母线处电压稳定性因子的计算方法,进而提出了分层接入方式下各层换流母线的电压稳定性判据,判据表明综合电压稳定性因子越接近于0说明系统的电压稳定水平越好。利用该判据,分析了不同直流控制方式下电压稳定性的差异,得到了不同控制方式下电压稳定性的排序。从排序看出,整流站采用定电流控制或定功率控制、逆变站高低端逆变器都采用定电压控制的综合电压稳定性因子最小,为0.314 0,说明各层换流母线电压稳定水平最好;整流站采用定功率控制、逆变站高低端逆变器都采用定熄弧角控制的综合电压稳定性因子最大,为0.672 8,说明各层换流母线电压稳定水平最差。同时研究了直流功率输送水平对换流母线电压稳定的影响。最终得出的结论为:整流站控制方式由定功率变为定电流,或者逆变站高低端逆变器控制方式由定熄弧角变为定电压都能够提高分层直流落点处电压稳定水平;相对低的直流功率输送水平也对提高各层换流母线处电压稳定性有利。最后,以锡盟—泰州直流输电工程为背景的算例仿真证明了该分析方法的合理性和有效性。     

交直流并联系统的换流母线电压稳定性分析

随着中国交直流互联电网的发展,迫切需要研究换流母线的电压稳定问题。文中首先给出了交直流并联系统的简单模型,在此基础上介绍了并联交流系统强度指标以及负荷裕度曲线和电压稳定临界曲线。然后以两区域四机交直流混合系统为例,根据负荷导纳模型算法准确求取节点的功率裕度,采用上述2种曲线分析方法详细讨论并联交流系统强度和受端系统等值阻抗对逆变站换流母线电压稳定性的影响。最后对比分析了不同直流系统稳态控制方式下换流母线的负荷裕度,研究结果表明受端为弱交流系统时,采用整流侧定电流 — 逆变侧定电压的控制方式将有利于提高系统稳定性。     

特高压直流分层接入下交直流系统中长期电压稳定协调控制

与传统特高压直流单层接入方式相比,分层接入方式从电网结构上改善了交流系统对多馈入直流系统的接纳能力和电压支撑能力,在潮流分布与控制上更加灵活、合理。为了充分利用分层接入直流系统快速功率调节能力,避免或减少中长期电压失稳过程中切负荷造成的经济损失,文中提出一种特高压直流分层接入下的交直流系统中长期电压稳定协调控制方法。首先,基于直流分层接入系统准稳态模型,推导了不同直流控制方式下换流母线电压对分层接入直流逆变器传输功率的灵敏度解析表达式,并建立交直流系统电压轨迹预测模型。综合考虑直流电流和高、低端逆变器熄弧角的调制,基于预测轨迹构建协调电压控制的滚动优化模型,对直流分层注入功率和交流系统各电压控制手段进行协调控制。对山东电网规划系统的仿真分析表明,所提方法能够有效协调直流传输功率在交流电网中的分配,提高了系统电压稳定性并减少了切负荷损失。     

特高压直流分层接入受端系统电压稳定性分析

特高压直流分层接入方式下,受端交流系统相互耦合,其无功电压特性更为复杂。如何评价分层接入方式下受端系统的电压稳定问题亟待研究。首先提出了直流分层接入方式下的电压稳定因子指标,并基于交直流混联系统的等值模型及特性方程,推导了分层接入电压稳定因子的计算方法。最后,针对不同直流控制方式和不同网架结构时的电压稳定因子大小,分析了多种运行方式下受端系统的电压稳定性。结果表明,直流系统采用整流侧定电流或功率,逆变侧均定电压控制方式最有利于受端系统换流母线的电压稳定。     

直流电网阻抗建模与振荡机理及稳定控制方法

维持直流母线电压稳定是直流电网高效、安全、稳定运行的前提。多个电压源变换器(Voltage Source Converter,VSC)经下垂控制接入直流电网,下垂控制等效于在VSC直流端口增加虚拟电阻,实现多VSC之间的功率分配的同时增加了系统阻尼。但研究发现,采用直流电压下垂控制的VSC,其输出阻抗会在电压控制带宽外呈现负阻性,该负阻抗会与线路阻抗、负载输入电容及恒功率负载(Constant Power Load, CPL)相互作用,引起直流系统振荡。针对此问题,建立了典型的单母线直流电网系统小信号模型,分析了直流系统的稳定性。提出一种虚拟阻容性阻抗的稳定控制方法,使得VSC输出阻抗在电压控制带宽外保持较大的正阻性,抑制直流系统的振荡。同时所提方法能够增大VSC直流端口的容性阻抗,增强直流系统的惯性,提升母线电压抗负载波动的能力。最后,仿真验证了所提控制方法的正确性和有效性。     

特高压直流输电接入江西电网动态电压稳定分析

以特高压直流输电线路接入江西电网为背景,基于江西电网规划数据,采用BPA作为分析软件,对江西省电网的动态电压稳定性进行分析.结合稳定曲线分析工具,依据动态电压稳定判据进行仿真计算,结果表明:江西电网系统内所有500kV(除赣高安、赣芦洲、赣新余外)及其以上电压等级交流线路发生三相短路故障,江西电网无需采取任何措施,江西省内枢纽母线动态电压稳定;赣高安、赣芦洲、赣新余分别发生三相短路故障后会引起赣换流母线电压失稳,采用直流功率调制措施后失稳现象消失;直流系统发生闭锁故障后,赣换流母线电压偏高,采取切除无功补偿措施,母线电压恢复正常.     

基于最小换流母线电压的多馈入直流系统换相失败判断方法

基于最小换流母线电压的概念,提出一种以最小换流母线电压为判据快速判断多馈入直流系统换相失败的方法。基于节点阻抗矩阵,利用节点电压交互作用因子,计算系统中各节点发生短路接地时换流母线电压;以最小换流母线电压为判据判断直流系统是否发生换相失败;分别分析计算多馈入直流输电系统不同子系统受短路故障影响情况。最后,对IEEE-30节点标准测试系统进行仿真计算,验证所提出的基于最小换流母线电压的多馈入直流系统换相失败判断方法的有效性和准确性。     

特高压直流分层接入方式下预防换相失败的优化措施

换相失败是晶闸管换流阀逆变器的常见故障,为提高直流系统抵御换相失败的能力,实际工程中直流控制保护系统基于换流母线电压提出了许多预防换相失败的算法,然而在直流分层接入方式下,常规预防换相失败的控制功能在某些工况下失效。该文建立特高压直流分层接入系统电磁暂态仿真模型,基于分层接入相互作用因子和换流母线谐波特性,研究预防换相失败的优化措施。提出高低端换流器预防换相失败的协调优化措施和基于滑窗离散傅里叶变换(discrete Fourier transformation,DFT)谐波电压检测的预防换相失败控制算法。研究结果表明:该方法能够在交流系统故障和变压器充电过程减小直流系统发生换相失败的几率。     

电力系统负荷节点在线电压稳定指标研究

利用同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)测得任意(非PV)节点及其相邻母线的电压、线路潮流等实时数据,建立一种新的网络等值模型。同时,基于该模型提出了综合考虑负荷节点有功功率和无功功率的在线电压稳定指标;提出在线电压稳定有功功率指标和在线电压稳定无功功率指标分别用作表征负荷节点的有功功率裕度和无功功率裕度,作为对节点(系统)在线电压稳定指标的补充。如果负荷节点在线电压稳定指标值接近临界值1,则表明系统临近电压崩溃。EPRI-36节点仿真分析表明该方法可有效判断系统电压稳定性,适用于在线电压稳定监测和预估。与其他指标的对比结果体现了本文模型和指标的合理性与优越性。最后通过对山东电网500 k V主网负荷节点电压稳定裕度评估简要说明本文所提方法的可行性。     

特高压直流分层接入电网的落点选择研究

特高压直流分层接入交流电网不同电压等级的运行方式,为缓解大容量直流接入受端电网后的潮流疏散问题提供了有效手段。直流落点选择是一个多目标决策问题,考虑到直流分层接入电网的特点及影响,建立了直流分层接入电网的综合评价指标,在此基础上利用逼近理想解排序法(TOPSIS法)建立了对应的直流分层接入落点选择策略。以实际电网中特高压直流分层接入为例,采用所提方法评价了不同的直流分层接入方案,验证了方法的有效性,所提方法可方便地应用于对实际规划电网中直流分层接入落点方案的选择。     

特高压直流分层接入下混联系统无功电压耦合特性分析

为了从电网结构上解决特高压直流带来的受端电压支撑能力和潮流疏散困难的问题,我国学者率先提出一种特高压直流分层接入交流电网方式,该方式下受端交直流混联系统的电气耦合更为复杂,其无功电压交互影响机理亟待深入研究。为此,文章首先以某实际工程为基础,建立了特高压直流分层接入方式下受端混联系统的等值数学模型;在改进的交流侧分层接入相互作用因子基础上,同时考虑高低端换流器耦合作用,分析了该系统无功电压的交互影响机理;最后,在PSCAD中搭建等值仿真模型,通过稳态和动态时域仿真,验证了分层接入方式下混联系统的无功电压耦合特性与交流侧和直流侧的交互影响均相关,并提出一种可判断高低端换流器同时发生换相失败可能性大小的方法。     

计及负荷电压静态特性的电力系统最小负荷裕度的快速评估

负荷裕度是静态电压稳定性最重要指标之一,定义了非线性复变电力系统的最小负荷裕度。利用非线性电路动态等值方法,引入功率参变量,构造拉格朗日函数。证明非线性电力网络负荷节点获取极大有功功率的必要条件：负荷静态等值阻抗模等于负荷节点看进系统的动态等值阻抗模,然后提出评估电压稳定性的阻抗模裕度指标。同一扰动下,阻抗模裕度越小,电压稳定性越薄弱,节点负荷裕度越小,只需计算最薄弱节点的最大负荷裕度,即系统最小负荷裕度。通过阻抗模裕度最先到达零来确定最薄弱节点获取的极大有功功率,计算其最大负荷裕度。计及负荷功率扰动方式与负荷电压静态特性,通过对IEEE30节点系统的仿真表明：单节点负荷功率扰动方式及恒定阻抗与恒定电流负荷比例的增加,提高了系统的最小负荷裕度。     

特高压直流分层接入方式下稳态特性研究

探讨了特高压直流分层接入方式下交流系统逆变侧换流母线间电压相互作用影响关系的求解方法,并得出相互作用因子数学表达式。通过PSCAD仿真验证了所求的相互作用因子的准确性。分析了分层接入时,2组换流器采用不同控制方式时对相互作用因子的影响。根据所求的相互作用因子,得出分层接入时系统短路比。特高压直流分层接入方式下,在保持直流输电总功率不变的同时,当分层接入不同的受端系统时,可以使总功率在1000 kV与500 kV两级电网重新分配。最后分析了潮流重新分布时,特高压直流分层接入方式对系统换流器换相失败的影响。     

基于虚拟惯性控制的直流微电网稳定性分析及其改进方法

虚拟惯性控制可以增强直流微电网的惯性,防止直流母线电压突变,但其对系统稳定性的影响还不明确。以基于虚拟惯性控制的直流微电网为研究对象,推导并网换流器和恒功率负载的小信号模型,得到电源侧输出阻抗和负载输入阻抗。根据频率分析法和阻抗匹配准则,分析虚拟惯性系数和恒功率负载对系统稳定性的影响。从阻抗匹配的角度出发,提出串联虚拟阻抗减小电源侧输出阻抗,从而提高系统稳定裕度。     

同步调相机对特高压直流输电系统最大传输功率的影响

为了研究同步调相机对特高压直流输电系统最大传输功率的影响,建立了含同步调相机的分层接入特高压直流输电系统模型,得到了系统稳态功率传输数学模型,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了数学模型的正确性。采用最大传输有功功率增加量指标,研究了系统短路比和同步调相机容量对分层接入特高压直流输电系统最大传输有功功率的影响。最大传输功率与分层接入特高压直流输电系统静态稳定裕度相关,为了研究同步调相机对分层接入特高压直流输电系统静态稳定裕度的影响,提出了直流输电系统的静态稳定储备系数,在500 kV侧系统短路比为3条件下,投入300MVA同步调相机比不投入时分层接入特高压直流输电系统静态稳定储备系数提高了2.14%,结果表明,接入同步调相机可以有效提高分层接入特高压直流输电系统的最大传输功率和静态稳定裕度。     

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。     

特高压直流分层接入方式在多馈入直流电网的应用研究

随着我国特高压交直流技术的广泛应用,多馈入直流集中落入受端负荷中心将是未来我国电网发展所面临的重要问题。为从电网结构上有效解决多馈入直流系统的问题,提出一种特高压直流分层接入交流电网的方式。研究分层接入方式直流多馈入短路比计算方法的适用性,从理论上对比特高压直流不同接入方式下多馈入直流电网的系统特性,证明特高压直流分层接入方式有助于提高多馈入直流系统的电压支撑能力,引导潮流在1000kV与500kV层级间合理分布。结合国家电网规划,仿真验证了特高压直流分层接入方式的优势。     

交直流输电系统交互影响特性分析

根据国家电网公司的规划,为保证浙江省的电力供应,±800kV特高压直流输电工程溪洛渡—武义直流、宁东—浙北直流将相继接入浙江电网。交直流系统之间的复杂交互作用使得浙江电网相关研究更加复杂,交互影响特性亟待深入分析。在分析浙江电网发展概况的基础上,以CIGER标准模型为基础,建立单直流和两直流系统模型,研究交直流系统强度对故障时换流母线电压稳定性的影响,将单条直流和多直流不同运行方式下交直流系统的稳定性进行对比,总结相应的结论,为特高压直流输电工程接入浙江电网的稳定运行提供参考意见。     

网侧分层接入500kV/1000kV交流电网的特高压直流系统控制保护方案

受端分层接入500 kV/1000 kV不同电压等级交流电网的特高压直流接线方式在世界上属于首创,其控制保护没有可借鉴的经验。系统研究了该种接线方式的直流控制保护系统方案。分析了特高压直流受端网侧分层接入500 kV/1000 kV交流系统接线方式对直流控制保护的特殊要求,提出了网侧分层接入特高压直流控制保护系统的分层结构和功能配置方案,分析了功率正送和功率反送运行方式下直流控制策略的差异,提出了适用于正、反送运行方式的直流控制策略。对分层接入控制系统的关键功能,如阀组间电压平衡控制、分接头控制、无功控制、功率转移及分配等功能进行了分析和研究,提出了各功能的原理及实现方法。提出了受端分层接入直流工程直流保护的分区和功能配置,以及与常规特高压直流工程的差异。最后对直流场测点配置进行了分析。研究成果已应用于在建的分层接入特高压直流工程。