风光火打捆多直流弱送端电网安全稳定防御系统研究

风光火打捆多直流弱送端电网新能源占比高、直流外送规模大、系统转动惯量水平低,交流网架承载能力弱,功角、频率、电压稳定问题突出。文中在总结西北电网风光火打捆后新的特性基础上,分析了当前电网安全运行面临的问题,指出现有感知、控制手段的不足。重点研究了风光火打捆多直流外送电网安全稳定防御系统的构建方案,阐述了防御系统的主要功能,即同步稳定控制、频率控制、全过程电压控制等,介绍了多资源广域协调控制和新能源全景监控等关键技术。评估效果表明,防御系统建成后可有效应对特高压直流的故障冲击,有效阻断连锁反应,提升西北电网的安全稳定运行水平,指导风光火打捆多直流弱送端电网的控制技术发展和工程实践。     

多直流、高占比新能源电力系统应对严重扰动新技术研究

随着西北电网新能源的快速发展与直流外送规模持续扩大,当前多直流、高比例新能源电网应对严重扰动能力不足,电网的暂态稳定问题制约了直流外送水平和新能源消纳能力。定性分析了大功率直流冲击、高占比新能源对电网稳定性影响,从加强电网规划、强化电网安全稳定三道防线、加强新能源发电低电压穿越适应性及新技术应用等方面,提出了增强电网稳定水平的措施。     

综合多类型措施的频率紧急协调优化控制研究

随着电网精益化运行要求的提高,直流紧急功率支援、发电出力快速升降、负荷控制等连续调节型控制技术在当今电网运行控制中得到越来越多的关注。针对我国新能源及跨区特高压直流规模不断扩大形势下电网面临的频率突出问题,分析了故障后暂态频率安全特性及控制需求,计及各类控制措施响应特性、控制代价及暂态频率安全裕度量化指标,制定了多类型控制措施的协调配合原则和思路,提出了一种综合多类型措施的频率紧急协调优化控制决策方法。在保证电网频率安全的前提下,通过协调连续和离散控制措施,降低电网故障后频率控制代价,适应了现代电网精益化频率稳定控制要求。基于实际规划特高压直流送端电网,仿真验证了所提方法的可行性。     

大型异步互联电网中送端电网频率偏差峰值计算

大型区域电网通过直流异步互联之后,电网功角稳定性得到提升,但在送端电网一侧,外送直流故障会造成电网频率升高,引发频率稳定问题。在电网频率稳定性研究中,电网频率偏差峰值是一个重要指标。针对电网频率偏差峰值的计算,首先通过单机系统得出基于电网频率偏差变化率的电网频率偏差峰值计算方法;接着将该方法拓展到实际电网的频率偏差峰值计算,并分析了频率偏差峰值计算在直流附加控制与稳控切机中的应用;最后通过单机系统和云南电网算例进行仿真验证。仿真结果表明,基于频率偏差变化率的频率偏差峰值计算结果准确,适用于实际电网,具有工程实用价值。     

大规模新能源接入弱同步支撑直流送端电网的运行控制技术综述

风电和光伏发电等新能源在近年来得到了大规模快速发展,大规模开发、集中式送出是中国新能源发展的主要特征之一。目前中国西北等地风光新能源基地普遍通过特高压直流输电系统送至远方负荷中心,直流送端附近配套火电机组少,系统频率调节和无功/电压支撑能力弱,振荡问题突出,已经形成或即将形成弱同步支撑直流送端电网系统,运行控制难度大。文章从系统频率调节、无功/电压控制、次同步振荡机理与抑制等3个方面对大规模新能源接入弱同步支撑直流送端电网的运行控制技术国内外研究现状进行综述,分析已有研究存在的问题,尝试给出了后续研究建议和展望。     

风电场参与西北送端大电网频率调节的快速频率响应能力实测与分析

近年来,西北电网新能源快速发展,直流外送规模不断扩大,因新能源机组无一次调频能力,电网频率控制的结构性困境日趋显现,迫切需要新能源机组参与大电网快速频率控制。本文介绍了西北电网试验风电场参与电网快速频率响应典型方案,结合现场试验及2016年西北电网频率特性试验,首次在国内系统性完成了风电场快速频率响应能力实测分析。结果表明,风电场可参与电网快速频率响应,其响应特性与常规电源一次调频相当,具有较好的应用前景。     

受调峰和安全稳定约束的华东电网新能源承载规模研究

随着“十四五”新能源布局向中东部倾斜,中东部的新能源发展速度高于西部、北部地区,对受端电网新能源承载能力的研究变得越来越迫切。文中针对华东受端电网,提出了一种评估新能源承载规模上限的方法。该方法依托中国电科院研发的生产模拟软件,统筹直流规模、弃电率、交流断面限制、储能应用等因素,在满足电力电量平衡、调峰平衡等约束前提,优化求解各类电源开发规模,求得受调峰约束的新能源发展上限;依托综合仿真试验研究系统(Power system department-bonneville power administration, PSD-BPA）,兼顾直流规模、直流功率敏感性,在满足单一直流功率缺额不触发低频减载、第一级安全稳定标准等约束条件,利用时序仿真法求得受频率稳定、电压稳定约束的新能源发展上限;通过比较论证,提出制约华东电网新能源规划发展的主要影响因素、承载规模和应对措施。     

大规模新能源基地对疆电外送影响研究

随着新疆与西北电网750千伏交流联网,±800千伏天中直流(哈郑直流)的建成投运,新疆电网形成"四交、一直"疆电外送通道,电网进入了特高压交直流混合运行的新时期。然而新疆幅员辽阔,独特的能源分布、地理结构、绿洲经济形成了大规模风电、光伏新能源基地,自备电厂、高载能用户的大量密集扎堆无序接入,增加了电网的控制难度,若电网风险控制不当,将蔓延影响了疆电外送,电网安全稳定运行面临较多问题,安全风险较大。本文按照安全稳定导则、安全稳定控制导则的有关标准,结合新疆电网运行情况,对新疆大规模新能源基地对疆电外送的影响进行分析,并提出对策与建议。     

计及安全稳定约束的多直流送出电网新能源极限渗透率估计方法

基于电网换相换流器的高压直流系统是大型能源基地电力外送的重要技术手段,然而新能源渗透率的提高会降低送端电网的安全稳定性。为保证多直流送出电网的安全稳定运行,提出一种计及安全稳定约束的多直流送出电网可承受新能源极限渗透率估计方法。推导各类安全稳定约束的表达式,包括短路电流约束、多直流短路比约束以及频率稳定约束;在考虑安全稳定约束的情况下建立多直流送出电网优化调度模型;给出优化调度模型分段线性求解方法,并基于该方法提出新能源极限渗透率估计方法。修改的IEEE 39节点系统仿真结果验证了所提方法的有效性。     

考虑直流联络线功率调整的跨区风电消纳模型

为了应对风电在西北地区难以大规模消纳带来的挑战以及当前跨区域电力外送方式存在的问题,考虑直流联络线功率调整以促进跨区域风电消纳成为目前的研究热点。首先以受端电网的直流接入量为目标,优化得到了其直流功率安全接纳限值;然后结合该值以送端电网内火电成本、弃风成本以及直流联络线功率偏差惩罚成本之和为优化目标,同时考虑直流联络线功率的优化以及送端电网内的安全运行约束条件,建立了一个混合整数二次规划(mixed integer quadratic programming,M IQP)模型;最后以具有高压直流外送通道的西北某电网为例对模型进行了验证。仿真结果表明所提模型能够促进风电的跨区域消纳,提高互联系统的经济性。     

基于多调频资源协调控制的西北送端大电网新能源快速频率响应参数设置方案

自2016年开始,西北电网组织开展新能源参与送端大电网快速频率响应研究及试点试验工作。试点结果表明新能源具备参与电网快速频率响应能力,且性能优于常规电源机组。该文对西北送端大电网快速频率控制需求进行分析,提出了光伏、风电分段参与电网调频指标,按照"调频权责明晰、各类型机组协同配合"的思路,完成了基于多调频资源协调控制的西北送端大电网新能源快速频率响应参数设置方案。通过在PSASP电网稳定仿真程序完成新能源快速频率响应功能建模,完成大电网稳定仿真分析。结果表明,采用风电、光伏差异化设置方案,较好地统筹了各类型电源快速调频能力,实现各类型机组快速调频行为协同配合,有效提升了送端大电网频率安全防控水平。目前,该方案已经由西北能监局批准在西北电网正式推广应用。     

新能源发电调控参与的送端电网直流闭锁紧急频率控制策略快速优化

对于含高渗透率新能源发电的送端电网,直流闭锁后可通过快速降低新能源场站功率替代高代价的切常规机组操作,来实现更加经济的频率安全控制.因此,针对送端电网直流闭锁故障,该文提出一种新能源场站协同常规机组的紧急频率控制策略优化模型,在保证频率安全的同时最小化系统控制代价.此外,考虑到直接求解上述含微分方程约束的非线性优化模型...     

基于事件驱动的西北电网紧急备用支援技术

随着区域电网送受电规模的逐年增加,直流大功率缺失故障严重影响了电网频率稳定和输电安全。结合西北电网多直流、大送端的特点,从控制模式、考核机制和运行方式方面,分析了动态区域控制偏差(area control error,ACE)在西北电网应用的适应性问题;提出了西北电网紧急备用支援的系统架构,以扰动事件为驱动主体,自动执行备用共享组内的联络线计划修正;提出了基于扰动事件的功率损失容量计算方法,通过对扰动事件分类分析建立逻辑矩阵,便于从复杂的设备扰动中识别出故障信息;提出了考虑安全约束的备用支援分摊策略,以省级电网中间层模型参与分摊容量计算和关键断面校验,满足广义联络线与断面安全的运行控制要求。最后,结合实例验证了该系统的有效性,在大功率缺失故障下能够充分发挥区域电网备用优势,提升电网的安全稳定运行水平。     

“十三五”电力规划中新能源大规模外送的安全稳定问题

"十三五"期间国家科学推进远距离、大容量电力外送,特高压快速发展,《电力发展"十三五"规划》中提及的东北扎鲁特—山东及华北胜利—锡盟特高压外送工程等都为重要的电力外送通道,规划中的电网格局将出现大规模汇集电力通过直流送出、大规模新能源接入及交直流并列运行等特征,直流输送容量的提升将给电网安全稳定带来新的挑战和问题。依托国家电网仿真中心,从特高压交直流大规模电力外送的暂态稳定性方面进行安全稳定校核,剖析大规模电力外送给电网所带来的一系列新问题,提出可能的应对措施,有效解决国家电网"十三五"规划电网中大规模电力外送通道面临的主要安全稳定问题。     

光伏电站快速频率响应技术研究及应用

随着大容量高比例的新能源集中接入电网,电源结构发生较大变化,电网可用的快速频率响应资源逐步减少,同时大规模新能源基地通过特高压直流外送规模不断扩大,若出现大功率直流闭锁将对电网频率安全造成严重威胁,电网的调频压力及安全运行风险不断增大,亟需新能源参与电网快速频率响应,提升大电网频率风险防控水平。介绍了新能源电站快速频率响应性能要求,面向已有或新建的光伏电站,提出了快速频率响应典型方案,开发了新能源电站一体化控制系统,并在光伏电站开展了示范应用,实现了电站AGC/AVC和快速频率响应功能的集成,达到了光伏电站对电网频率和电压主动支撑的目的。     

多回直流闭锁故障下云南电网频率协调控制研究

云南外送直流发生单极闭锁、多极闭锁及多回直流组合闭锁故障后,都会导致送端有功功率大量盈余,云南电网高频现象突出且可能出现频率长期越限等问题.直流输电系统的附加控制可以改善交流系统的频率稳定控制特性.首先介绍了云南电网的安全稳定控制系统及切机定值,再对云南电网当前的直流控制系统配置情况进行说明,考虑了云南外送直流发生单极...     

考虑跨区直流调峰的新能源参与电力平衡可信容量提升方法研究

“碳达峰、碳中和”背景下，能源转型和绿色发展迎来新机遇。合理制定新能源纳入平衡的方案，指导火电装机规划，对科学“减碳”具有重要意义。为此，该文以西北电网为例，研究提出了考虑跨区直流备用调峰的新能源参与电力平衡可信容量的提升方法。首先，结合新能源出力特性，分析了不同空间、时间下的新能源可信容量变化规律，分析降低保证率提升新能源可信容量的可行性。其次，分析了新能源参与电网平衡的机理，推导出在确定的火电装机降低预期下，新能源可信容量提升与直流跨区调峰之间的量化关系。最后，分析了西北、华东电网负荷的“错峰效应”，给出了跨区直流备用调峰的送端电网新能源参与平衡的方案。实例表明，直流参与跨区调峰后，可显著增加新能源可信容量、有效降低火电开机、增加新能源发电量，通过直流低频次、短时支援，进一步发挥特高压跨区直流资源优化配置作用，提高送端电网的清洁占比。该文所提方案兼顾电网供电可靠性与新能源消纳需求，可指导火电和新能源装机规划，加强科学“减碳”顶层设计，服务“双碳”目标落地。     

直流闭锁故障下风电并网功率和直流输送功率的耦合关系分析

中国一次能源和负荷成逆向分布,新能源基地集群通过特高压直流群外送,新能源高占比电网中风电和直流耦合关系复杂。首先,建立电网分析模型,研究风电和直流在电网频率、电压方面的耦合关系。其次,根据最大频率偏差耐受能力,计算风电和直流在频率方面的耦合关系。再次,根据直流闭锁故障后风电暂态过电压总脱网量约束,推导风电并网点的暂态压升,计算暂态压升和脱网量的关系,得到直流和风电在暂态过电压方面的耦合关系。理论计算结果表明：风电和直流呈负相关性。根据2020年西北电网青豫直流和近区风电并网功率的仿真结果,验证了理论推导的正确性。     

基于矩估计理论的特高压电网落点规划研究

为了促进我国“西电东送”和大规模新能源消纳,将汇入网络无法消纳的新能源转换为直流外送是关键途径,因此,亟须研究支撑电网安全经济运行的特高压直流落点规划技术。本文考虑了多直流外送功率联合优化对送端电网的支撑能力,建立了基于安全性-经济性平衡的直流落点与送端网架联合规划模型,并提出了基于矩估计理论赋权的灰色综合优选方法进行求解,最后以宁夏电网为例,分析得出天都山变电站为最优送出直流落点,验证了本文所提方法和模型的有效性。     

VSC-HVDC参与送端电网的调频控制策略

电压源型直流输电(voltage sourced converter-high voltage direct current, VSC-HVDC)具有控制灵活且易于在送受端扩展新落点等优点，有助于新能源的友好接入，因而在新能源基地的直流输电中具有广阔的应用前景。随着柔直送端电网新能源占比不断增加，导致送端电网系统等效惯量持续降低、调频能力大幅减弱。针对高新能源渗透率的送端电网系统，利用VSC-HVDC对有功功率的独立与快速调节的特点，在传统的定有功功率控制中引入有功功率-频率(P-f)斜率特性，设计反下垂控制策略，使其参与送端交流系统的频率调节。并在PSCAD/EMTDC中搭建两端柔性直流输电电网模型进行仿真验证。结果表明，所提出的控制策略提高了送端系统的频率稳定性，具备一定的有效性与可行性。