交直流并联大电网广域阻尼控制技术理论与实践

为应对长期以来威胁南方电网安全运行的区域间功率振荡问题,南方电网公司2005年承担了国家重大产业技术专项“多回直流基于广域信息的自适应协调控制”。该项目力图构建一个以广域测量系统的信息为输入、以南方电网多回直流功率为输出的闭环阻尼控制系统。3年来该项目完 成了项目理论分析、控制系统设计、样机研发、RTDS测试、现场安装、联合调试、试运行评估、闭环扰动测试等一系列工作。世界上第一个调制多回直流的广域阻尼控制系统即将在南方电网投入正式运行。为此,回顾了该项目所完成的各阶段工作,介绍了交直流并联大电网广域阻尼控制技术从理论到工程实践的历程中所遇到并解决的一系列的关键技术问题。     

基于广域自适应多直流协调控制的RTDS仿真研究

为验证基于广域控制的自适应多回直流协调控制方案的有效性与可靠性,同时分析其对现有的直流极控系统的影响,搭建了包含10个机箱的大型交直流混合输电系统的RTDS仿真模型,对已开发完成的多回直流协调控制系统的软硬件进行测试。通过模拟实际电力系统不同的运行状态、故障情况,测试了协调控制系统保护闭锁逻辑的准确性,分析了其与现有直流保护、控制系统之间的相互影响,考核了整套装置的可靠性。对开发RTDS的功能和扩展应用范围具有极为重要的意义。     

直流广域自适应阻尼控制器设计与RTDS实验

传统的阻尼控制器较难适应系统结构与运行方式的变化,导致电网的低频振荡现象仍然时有发生.设计了一种基于广域动态信息的自寻优自适应阻尼控制器.该控制器使用改进的Prony算法,在线分析得到系统弱阻尼区间振荡模式的阻尼比,并据此通过自寻优的方法调整控制器的参数.该方法避免了现有自适应阻尼控制方法中存在的系统降阶模型辨识的困难,其控制效果通过在南方电网直流调制中的仿真应用得到了验证.进一步,实现了该直流自适应阻尼控制器的软硬件系统,并在基于实时数字仿真器(RTDS)与广域测量系统物理装置的实验平台上进行了测试.闭环控制实验结果说明了此自适应策略的有效性及广域阻尼控制的可行性.     

云广直流并联运行时南方电网系统模型简化的研究

云广±800kV直流输电工程的功能试验及动态性能试验、多直流相互影响研究等研究项目需要应用EMTDC和RTDS等仿真软件进行必要的仿真研究,从而提出了含有±800kV云广直流的南方电网系统模型的简化问题。由于南方电网规模巨大,必须在保持南方电网主要特征的前提下建立简化模型。通过分析云广特高压直流加入后南方电网的特性,划分同调机组,进行等值化简,并对等值系统参数进行了优化,最终建立了南方电网的等值模型。在短路容量、系统潮流、暂态稳定等方面的计算和比较表明,等值网络的特征和原始网络基本一致,可以用于EMTDC和RTDS仿真研究。     

南方电网失步解列系统特性RTDS仿真试验研究

对南方电网目前配置的失步解列系统的定值设置及协调配合进行实时仿真研究,建立了南方电网交直流混合实时数字仿真(RTDS)模型,搭建了由RTDS、失步解列系统、功率放大器、直流控制保护装置组成的实时闭环试验系统.试验中模拟了线路故障、直流闭锁及其组合故障,全面测试了严重故障下南方电网失步解列系统动作特性,分析比较了失步解列系统分别在开环控制、闭环控制两种RTDS实时仿真测试模式下的动作规律,并与BPA离线仿真人工判断结果相比较.结果表明针对检验的几种典型严重故障方式,南方电网失步解列系统动作配合正确.试验克服了厂家试验存在的功能单一、离线仿真人工估计等缺陷,是RTDS应用于失步解列系统研究的重大尝试,为进一步将RTDS应用于整个安稳系统实时仿真研究积累了方法经验.     

南方电网直流暂态稳定控制策略的设计与实现

针对交直流大电网暂态功角稳定控制问题,基于控制直流功率加快耗散系统暂态能量的机理,研究提出了有效的直流暂态稳定控制策略并进行了工程应用探索。提出了直流功率作用系数指标,并通过系统暂态能量函数分析,论证了直流功率作用系数在广域频率信号集成和直流稳定控制设计中的关键作用。围绕南方电网云广特高压直流暂态稳定控制器的设计和实施,详细介绍了广域量测信号的选择和直流功率控制幅度的设置过程。在南方电网的大规模RTDS数模混合仿真平台上进行的控制装置实测试验表明,所设计的暂态稳定控制器可以明显抑制系统大扰动后的功角振荡,有效提高云广交流断面的暂态稳定极限输电能力。     

基于子空间辨识和遗传算法的多回直流协调阻尼控制器设计

提出了一种多回直流协调阻尼控制器的设计方法,用子空间辨识法对系统降阶建模,用遗传算法进行参数寻优,并对时滞系统稳定性进行了评估。首先利用基于Prony分析的主模比指标计算法选择直流控制器的广域输入信号,通过仿真得到扰动下系统输入输出数据,基于数据对系统进行子空间辨识,得到系统开环状态空间方程。其次将控制器加入开环系统得到闭环系统状态空间方程,以多种运行方式下的系统最小阻尼比最大化为优化目标,针对闭环系统状态空间方程,用遗传算法对控制器参数进行协调优化。采用基于自由权矩阵的时滞稳定性判据,分析含有多回直流协调控制器的广域电力系统的时滞稳定性。最后以南方电网为例,对多回直流协调阻尼控制器进行仿真,仿真结果表明,通过该方法所得到的多回直流协调阻尼控制器能够较好地提高电网阻尼水平,并满足时滞系统稳定性的要求。     

汽轮发电机组轴系扭振保护装置RTDS测试

利用RTDS实时仿真技术,对盘南电厂装设的机组轴系扭振保护TSR装置,形成闭环测试系统,对扭振保护装置的性能进行试验研究。闭环测试系统由实时数字仿真系统、扭振保护装置,功率放大器以及实际的直流控制保护装置等组成。搭建了基于南方电网的交直流混合RTDS模型以模拟各种不同开机方式和不同的直流运行方式的系统运行方式。解决了将转速信号转换为扭振保护装置所要求的高频方波脉冲信号的问题。对扭振保护装置的功能和动态特性进行了较为全面的验证。这是国内首次将联接实际直流控制保护装置的RTDS应用于汽轮机组扭振保护装置的性能测试。     

基于RTDS和实际控制系统的±800 kV直流输电系统仿真

电力系统仿真是研究电力系统特征和电力控制技术的主要手段。为深入研究特高压直流输电技术和特高压交直流混联系统的特性,基于实时数字仿真器RTDS和南瑞继保自主研发制造的世界上首台±800kV直流控制保护样机搭建了±800kV直流输电系统的闭环仿真系统模型。由于能够在任何工况下准确模拟直流输电系统行为的仿真方法只有电磁暂态仿真,所建基于RTDS的仿真模型较之机电暂态仿真模型能够提供更深刻和准确的仿真结果;由于考虑了实际UHVDC控制与保护设备的控制作用,仿真将更能反映实际交直流系统的动态特性和更具备实际工程的参考价值。基于南方电网云广特高压直流输电系统的"孤岛运行"方式参数的仿真分析进行了必要的说明,阐明了所搭建的闭环特高压直流仿真系统可用于研究特高压直流控制保护技术和全面分析特高压直流输电系统的特征。     

多回直流输电系统间协调控制的的研究

结合南方电网的实际情况,综述了直流输电系统调制控制对改善交流系统动态和暂态稳定性的作用,对多回直流输电系统间功率调制功能协调控制的可行性和必要性进行了分析,提出了在南方电网内对多回直流输电系统调制功能进行协调控制的构思,针对多回直流调制功能在不同控制策略下的计算分析表明,多直流输电系统的协调控制减少了送端系统切机和受端电网切负荷,对改善南方电网交流稳定性方面有重要作用,根据研究结果提出了协调控制实现的初步方案。     

高压直流输电极控系统的RTDS模型

极控是高压直流输电系统运行所不可或缺的。文章基于直流输电的调节理论和极控的基本功能要求,在实时数字仿真器RTDS上建立了较通用的极控模型,使高压直流输电系统RTDS模型能够按照设计参数仿真运行并模拟各种故障。该研究已应用于我国西北-华中背靠背直流联网工程。     

特高压工程的DCC800直流保护与控制系统配合逻辑分析

在锦屏—苏南、向家坝—上海特高压直流输电工程中直流保护和控制系统采用DCC800硬件平台,直流保护与控制系统通过eTDM总线完成数据交换,包括所有的保护动作信号。对直流保护和控制系统的配合逻辑进行了详细的阐述和研究,包括直流保护与控制的硬件组成,直流保护与控制系统间的信号交换,直流控制系统对保护信号的处理,以及控制系统软件中"三取二"选择逻辑、保护矩阵的配置以及不同类型的动作响应等;此外,对DCC800与西门子技术的控制保护系统进行了比较分析。根据工程实际运行状况来看,采用该设计理念的直流控制和保护系统运行稳定、可靠。     

多换流器并联特高压直流系统控制策略及仿真

并联高压直流输电系统是多端直流系统的一种特殊方式,并联扩建方案经济性好、运行灵活方便。利用实时数字仿真器(RTDS)建立了±800kV双换流器并联、10GW双极直流输电仿真模型。直流控制保护模型采用所开发的直流输电控制保护样机,与RTDS构成实时闭环仿真试验环境。控制策略采用电流裕度控制,整流侧两个换流器均定电流,逆变侧一个换流器定电压,另一个换流器定电流。控制系统架构按双极/极控制层,换流器层控制进行设置。换流器层控制实现两个换流器的触发控制,双极/极控制层产生电流和电压参考值指令,经分配后,发送至换流器层控制。利用该仿真系统对双换流器并联的直流输电系统启停、稳态运行工况、换流器在线投退、功率分配策略等进行仿真研究,结果表明所提出的控制策略和开发的控制保护样机可以满足双换流器并联的高压直流输电要求。     

高肇直流“07·1·15”故障的RTDS仿真对比研究

用实时数字仿真系统RTDS重现了2007年1月15号高肇直流极2线路故障,将仿真实验结果和实际故障录波结果进行了对比研究,提出使用残差相似度来表征动态仿真的整体误差。研究结果表明,南方电网RTDS仿真系统中的电网元件模型,尤其是直流输电系统模型是准确和可信的。     

分层接入方式下锡泰特高压直流输电系统阀组电压平衡控制

锡盟—泰州±800kV特高压直流输电工程,采用分层接入的方式,在泰州换流站分别接入1 000kV和500kV交流电网。在这种新型电路结构下,如何保证单极中接入不同电压等级交流电网的两个串联阀组的直流电压均衡,对于直流输电系统的安全稳定运行是非常重要的。结合锡盟—泰州直流工程,在分析直流输电系统控制策略的基础上,对分层接入的阀组电压平衡控制进行研究,提出了电压平衡控制策略和中点分压器容错处理方法。通过RTDS建模试验验证了控制策略的正确性,并在锡盟—泰州特高压直流工程获得应用。