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。     

应对多回并列直流换相失败的送端系统安全稳定控制措施研究

大容量特高压直流工程的陆续投运进一步加剧电网"强直弱交"特性,送受端系统的耦合作用和相互影响愈发显著,受端系统故障引发的多并列直流同时换相失败会对送受端电网造成巨大的冲击,严重挤压送端电网稳定运行空间,若电网稳定裕度较低,甚至会导致全网崩溃,因此需针对多并列直流送出系统同时换相失败采取一定的安全稳定控制措施。基于三区域交直流互联系统等值模型,该文从机理分析角度提出应对多回直流同时换相失败故障冲击下互联系统安全稳定控制措施,并针对换相失败故障的特殊性对控制措施的适应性进行了分析,最后基于"三华"实际电网算例对控制措施的有效性进行仿真验证。     

面向电网规划的多馈入直流换相失败功率冲击模拟方法

多直流馈入受端电网的交直流、多直流耦合交互特性显著,由交流故障引发的多回直流换相失败问题已经成为影响受端电网安全稳定运行的关键约束。但在电网规划阶段,因缺乏直流工程的实际参数,相关部门仍采用CIGRE推荐的准稳态简化模型开展电网安全稳定分析计算,获取的直流换相失败对交流电网的功率冲击特性严重偏离实际情况。在综合考虑直流近区无功支撑能力对换相失败恢复的影响,并计及因多馈入直流间交互作用导致的非换相失败直流功率扰动基础上,提出一种提高多馈入直流换相失败对交流电网功率冲击模拟精度的仿真方法。实际多馈入直流受端系统的仿真算例验证了该方法的有效性。     

应对多直流同时换相失败的直流功率能量补偿调制方法

多条直流同时发生换相失败,短时大额功率冲击将造成送端交流系统区域断面出现大幅功率振荡,甚至解列运行。分析了多直流同时换相失败对送端交流系统稳定性的影响;以功率冲击能量作为衡量换相失败严重程度的依据,基于联络线稳定性指标对多直流同时换相失败引起的送端系统稳定性问题进行了量化分析;研究了直流送端区域差异造成送端系统稳定程度不同的原因;基于换相失败功率冲击能量提出了应对多直流换相失败的直流功率补偿调制方法,"三华"电网算例仿真结果验证了所提方法的有效性。该方法能够增强系统应对换相失败功率冲击的能力,减少直流送端切机容量,有助于提高交直流混联电网的运行稳定性和经济性。     

特高压直流输电工程逆变侧控制策略优化设计

特高压直流输电在电网中的应用越来越广泛,送端电网与受端电网间采用多回直流相连,在一回直流故障时,通过提升其他直流实现功率紧急支援。在受端电网相对较弱的情况下,当需要大幅紧急提升直流功率时,如逆变侧采用传统修正的定熄弧角控制,会出现换相失败的情况。为此,分析了产生换相失败的原因及交流系统强度和提升量对换相失败的影响,并在现有逆变侧控制策略的基础上,提出一种预防换相失败的控制器,通过引入熄弧角测量值,实现熄弧角闭环控制,从而保证换相裕度,避免换相失败。在实时数字仿真系统(RTDS)中进行了试验验证,结果表明,所提策略可解决特高压直流大幅提升功率时的换相失败问题。     

交直流电力外送通道的协调控制分析

针对高压直流大功率运行时发生换相失败、再启动等故障可能引起大量不平衡功率在送端交流电网涌动甚至造成交流电网解列的问题,对比了受端故障引起的直流故障与人工设置直流故障的影响,发现用人工设置直流两次同时换相失败代替扫描受端交流故障可兼顾安全性和可操作性。比较了定功率总和情况下直流不同功率组合故障时对送端交流断面的功率冲击,提出了用直流功率之和作为分档标准。分析了送端电网开机位置及容量对直流冲击的支持作用,提出了送端交流电网开机容量分档控制策略。应用PSASP软件分析了满足直流满功率运行对交流外送断面的约束以及保证交流外送断面能力对直流功率的需求。提出了交流断面的预控策略,在保证电网安全的基础上可提高交直流协调外送能力。     

多馈入直流同时换相失败案例分析及仿真计算

随着特高压直流工程的大规模建设,交直流系统之间与直流系统之间的关联越来越紧密。受端电网单一交流故障可能引发多直流同时换相失败,对送受端电网造成冲击。对一起因受端电网交流故障引发的多馈入直流同时换相失败故障案例,采用机电暂态仿真分析换相失败对送受端电网的影响,采用机电—电磁混合仿真方法分析多馈入直流系统间的相互影响,并确定故障可引起直流换相失败的交流线路范围,最后给出了相关建议。     

特高压直流输电系统换相失败预测环节对送端电网影响分析

分析了计及换相失败预测环节对特高压直流工程在逆变侧交流故障情况下的响应行为,探讨了特高压直流换相失败预测环节对送端电网直流送端电气量的影响以及换相失败预测控制环节参数的灵敏度。结果表明,换相失败预测环节的投入可以起到减少换相失败持续时间的作用。最后,在逆变侧电压跌落出现换相失败后,分析了其对传输有功功率恢复速度及送端交直流系统的稳定性能的影响。     

新一代大容量调相机在电网中的应用研究

研究了新一代调相机在我国特高压直流送受端的应用。首先结合直流对于调相机的技术需求,研究了调相机模型,提出基于不同时间尺度的次暂态、暂态、稳态3种运行特性。然后,基于酒泉—湖南直流风火打捆送端,从增加系统短路比、降低新能源高压脱网风险、抑制稳态过电压等角度研究了调相机在特高压直流送端的应用效果;基于华东多直流馈入受端电网,从提高直流多馈入短路比、降低多回直流同时换相失败的风险、提升严重故障下的系统电压稳定水平等角度研究了调相机在特高压直流受端电网的应用效果。最后,从设备角度提出新一代调相机在运行维护、无功响应特性等方面相较于传统调相机的技术优势,旨在为调相机后续投入工程运行提供技术支撑。     

三峡近区电网交直流系统故障案例分析

交直流系统间故障相互影响已越来越常见,交流系统故障引发直流系统出现换相失败是其中非常普遍的一种,某些情况下可能会给电网带来电压波动或者功率波动,严重工况时可能引发直流闭锁等严重故障.结合2011年夏季用电高峰期间三峡近区交直流系统出现的一次故障事件,在详细介绍事件发展经过的基础上,对受端电网交流故障引发直流系统换相失败和三峡近区交流系统功率波动进行了仿真再现,对比分析直流换相失败激发送端电网功率振荡过程.最后从系统规划建设、新技术应用、运行控制、交直流系统二次设备配置等4个方面给出了交直流系统故障相互影响研究的相关建议与措施.     

抑制换相失败期间送端电网过电压的控制策略研究

在受端交流系统发生故障时,基于电网换相换流器的直流输电系统存在换相失败的问题,这会导致直流输送功率中断,送端无功功率过剩将造成送端交流电网过电压,可能会造成风机等新能源设备脱网。因此,提出了一种抑制换相失败期间送端过电压的控制策略,在发生换相失败时快速投入逆变侧旁通对,并根据交流滤波器总输出无功功率计算出故障期间低压限流控制特性(VDCOL)的直流电流指令值。该策略可使直流系统在有功功率中断的运行模式下,保证送端换流阀能够正常换相并维持一定的直流电流,从而避免发生送端交流电网过电压的问题。仿真结果验证了该控制策略的有效性,在不同短路比的强、弱交流系统中均可适用。     

区域互联多回直流换相失败对送端系统的影响

为增强直流互联大系统运行特性认识水平,针对区域电网间多回互联直流同时换相失败展开研究。分析其成因;摸索其发生后送端系统频率、电压的变化特性;剖析其对送端系统的影响范围和程度。研究结论是:虽然区域互联多回直流换相失败往往不可避免,但是直流功率由于换相失败和控制系统的作用突变时,送端近区机组出力在各种因素的作用下紧跟着变化,送端近区显现出功率相对平衡的暂态特性。多回直流同时换相失败对送端系统的影响仅局限在近区较小范围内,不会影响大系统稳定运行。     

考虑交直流无功交互特性的换相失败预测控制优化方法

换相失败预测控制在减小换相失败风险的同时将增大直流系统的无功消耗,但当前研究均未考虑其在多回直流系统与受端电网之间无功交互的影响,因此提出了考虑交直流无功交互特性的换相失败预测控制优化方法。首先,分析了换相失败预测控制作用下交直流混联电网的态势演化规律。然后,综合考虑功率冲击和无功功率来评估各回直流系统对受端电网的影响程度,并据此对换相失败预测控制参数进行优化设置。最后,基于实际电网对所提协调优化方法进行了仿真分析。仿真结果表明,该方法能在有效降低整体换相失败功率冲击的同时,避免直流系统吸收过多无功功率而威胁交直流混联电网的无功电压稳定,有利于故障后的无功电压态势向恢复稳定的方向演化。     

多回直流换相失败后送端三机群系统稳定机理及影响因素研究

在电网"强直弱交"新形势下,直流送受端交流系统之间的相互影响逐渐突显,需要开展多回直流换相失败后送端三机群交流系统的稳定机理和影响因素研究。文章推导了三机系统的转子运动方程,根据2个稳定模式固有的周期比例关系实现了解耦,采用等面积法则分析了多回直流换相失败后的送端三机群系统稳定机理,并分析了机组转动惯量、换相失败形式、换相失败范围等关键因素对送端三机群系统稳定性的影响,最后采用三机等值系统算例和"三华"实际系统算例进行了验证。研究表明,送端三机群系统2个稳定模式之间的耦合作用将使得系统的稳定性变差。文中研究将直流功率扰动后送端两机系统的稳定机理扩展到三机系统,可以为电网实际运行提供依据和参考。     

适应多直流馈入受端电网的柔性直流配置方法

远方清洁能源经直流大容量远距离送入负荷中心是电网的发展趋势。加强交流网架等传统措施已不能满足多直流馈入受端电网安全稳定运行需求,迫切需要研究柔性输电新技术的应用可行性。首先分析了多直流馈入受端电网安全稳定运行面临的风险与挑战。结合柔性直流输电技术优势,针对潮流分布不均导致的交流断面输电能力受限问题,提出了支撑断面输电能力最大化的柔性直流布局方法,并量化了柔性直流并网后断面输电能力提升效果。针对交流故障诱发多回直流同时换相失败问题,提出了降低两回直流同时换相失败风险的柔性直流配置方法,并量化了诱发两回直流同时换相失败的交流系统故障区域降低效果。以河南电网实际数据为例验证了所提方法的有效性。在关键输电断面配置柔性直流可充分挖掘现有输电设备潜力、提升断面输电能力,显著缩小引起两回直流同时换相失败的交流故障区域范围,提升电网安全稳定运行水平。     

直流送受端故障对送端系统稳定性影响的对比分析及控制措施

在电网"强直弱交"特性不断加强的形势下,送受端故障引起的多回直流换相失败和功率瞬降,都可能导致送端互联系统失稳。为此文章对比分析了送受端故障后的直流响应特性以及引发送端系统失稳的可能模式和影响程度,并在此基础上提出了多种控制措施,采用"三华"实际电网算例进行了验证。结果表明,送受端故障引发系统失稳的可能模式相似,实际系统中受端故障对稳定性的影响更严重,可通过采取控制措施保证系统稳定运行。研究结论可以为电力系统实际运行提供参考。     

交流系统故障对特高压直流输电换相失败的影响

研究了多馈入直流系统换相失败的机理,分析了不同类型交流故障下换相失败的特征.针对金沙江±800 kV级特高压直流输电(UHVDC)工程建立仿真模型,研究了金沙江送出工程逆变侧交流系统单相永久故障、三相故障以及三相故障单相拒动对UHVDC换相失败的影响,结果显示:逆变侧交流系统故障越严重、电压波动越大,直流发生换相失败的时间越长;直流发生换相失败期间,最低输送功率越高,对系统保持稳定越有利;故障点距离直流逆变站越近,直流受到的扰动越大,直流换相失败期间输送的功率越低.指出影响直流动态性能的因素应包括直流控制保护系统和直流送、受端接入系统的网络结构.     

云广直流孤岛系统逆变侧交流故障仿真研究

云广特高压直流孤岛运行时,送端电网短路比和有效惯性常数显著低于联网方式,承受扰动能力较弱。如果逆变侧交流系统发生接地故障导致逆变站换相失败,直流电压和直流功率将大幅降低,引起送端孤岛系统过电压和频率升高。利用PSCAD/EMTDC电磁仿真软件,针对云广直流孤岛系统两种典型运行方式,研究了逆变侧交流系统故障对送端孤岛系统的影响。仿真结果表明:逆变侧交流系统故障引起的直流换相失败持续时间越长,整流侧交流系统短路比和有效惯性常数越小,送端孤岛系统受故障影响越严重;云广直流在两种典型孤岛运行方式下,逆变侧交流系统发生故障时,送端孤岛系统都能保持暂态稳定。     

直流换相失败对送端电网的影响分析

基于一次直流换相失败的PMU数据进行实例分析,并对故障进行了仿真,将仿真结果与PMU数据进行了对比,分析直流换相失败对送端电网的影响。此外,本文对云南电网异步运行后直流换相失败对送端电网的影响也进行了分析,与同步互联情况下进行了对比,并对异步联网下的稳定问题提出了相关建议。     

特高压交直流电网机电-电磁暂态混合仿真特性分析

为深入分析高压直流系统动态行为对交流系统的影响,同时兼顾交流系统的庞大规模和仿真速度要求,采用了中国电科院开发的机电-电磁混合仿真程序,对三华交流系统进行了机电暂态建模,对7回跨区直流系统进行了详细电磁暂态建模。计算表明,混合仿真能较好复现实际故障过程,较为准确地对含不对称故障、多回直流换相失败在内的故障形态进行模拟;交流系统扰动可能引起多回直流同时换相失败,对电网产生较大冲击,需要送、受端交流系统提供更强支撑。