基于轨迹灵敏度的暂态过电压两阶段优化控制

为抑制风电经高压直流外送方式下的直流送端系统暂态过电压,提出一种基于轨迹灵敏度的暂态过电压两阶段优化控制方法.首先,构建以控制实施代价和电压预测偏差为暂态过电压控制模型的目标函数,为解决暂态过电压非线性控制模型效率低的不足,借助暂态过电压和恢复阶段电压对控制量的轨迹灵敏度,将非线性控制模型转换成以控制量增量为独立控制变量的二次规划模型,提高暂态过电压的优化控制效率.然后,针对暂态过电压失稳场景,在故障发生前求解暂态过电压预防控制的控制量变化值,并实施暂态过电压预防控制,避免严重的暂态过电压危害,若控制实施后恢复阶段电压不安全,则求解恢复阶段电压控制的控制量变化值,调节控制量直至恢复阶段电压运行在安全范围内,所提控制方法可在抑制直流送端系统暂态过电压的同时,保证暂态过电压恢复过程的安全性,可为调度人员的暂态过电压稳定控制提供参考.最后,通过修改后IEEE 39节点系统的仿真分析验证所提控制方法的有效性.     

大规模并网风电场的无功电压紧急控制策略

近年来频发大规模风电机组连锁脱网事故,需要深入研究事故发生的机理以及防御该类事故的措施和方法。文中首先基于实际风电外送电网拓扑和参数建模,仿真重演了风电机组连锁脱网事故的暂态过程;分析了该暂态过程中风电机组和无功补偿装置的动态无功响应能力。提出了综合考虑以上动态无功响应能力的大规模风电场全过程无功电压紧急控制策略:在电压跌落期间,风电机组网侧变流器基于电压变化量提供实时动态无功支撑,以缓解电压跌落;在故障切除之前,主动切除部分无功补偿装置来抑制暂态过电压;在故障恢复阶段,根据电压判据重新投入无功补偿装置,为系统提供无功调节能力。最后,通过仿真验证了所述策略的可行性和有效性。     

基于复杂网络理论的直流受端系统暂态电压控制选点方法

在合适的地点安装无功补偿装置可以大幅提升直流受端系统的暂态电压稳定性,因此有必要对无功补偿选点进行研究。首先,提出了暂态电压跌落面积指标;然后,根据时域暂态仿真结果,建立了控制候选节点出线故障与其他节点暂态电压跌落面积指标之间的相关性矩阵;接着,采用K-核分解的方法对候选节点的重要性进行排序,并由此确定系统的暂态电压控制节点。将上述方法应用于华东电网和广东电网,仿真结果证明,在该方法得到的控制选点处增加动态无功补偿可以更好地提升受端系统的暂态电压稳定性。     

考虑快速动态无功补偿的二级电压控制

提出了一套考虑快速动态无功补偿装置(如静止无功补偿器/静止同步补偿器(SVC/STATCOM))的二级电压控制体系,致力于在稳态电压控制和暂态电压稳定中充分发挥SVC/STATCOM快速动态无功补偿的优势,其包含两个相对解耦独立的控制阶段:第1阶段将SVC/STATCOM与传统无功调节设备统一纳入协调二级电压控制模型,充分利用SVC/STATCOM的快速调节特性,并防止反调;第2阶段建立二次规划模型进行动态无功储备的优化控制,利用慢速动态无功补偿装置置换出SVC/STATCOM的无功功率,提高电网动态无功储备水平。通过时序和空间上的相互协调,充分发挥各类无功补偿装置在二级电压控制和暂态电压稳定预防控制中的作用。Nordic系统的算例测试结果证明,该体系能够有效提高传统二级电压控制的响应速度,避免SVC/STATCOM与传统电压控制装置间的反调现象;同时,能够有效地进行暂态电压稳定的预防控制,提高扰动后的系统电压的恢复效果。     

三级电压控制体系下大电网暂态电压安全仿真及其控制策略

在Matlab环境下,借助电力系统分析工具箱(PSAT)实现了包含三级电压控制系统的大电网动态时域仿真,并分析其对广东电网暂态电压安全性的影响。结果表明该系统的二级电压控制紧急动作模式虽然有利于广东电网故障后的暂态电压恢复,但不能阻止暂态电压不安全事故的发生。进而,建立了针对暂态电压不安全故障的紧急切负荷控制优化模型,通过采用轨迹灵敏度法将动态优化模型转化为线性规划模型以获得紧急切负荷控制策略,动态仿真结果验证了所得控制策略能够使广东电网在严重故障后恢复暂态电压安全。     

联于弱交流系统的HVDC系统稳定性分析

受端系统为弱系统时，高压直流系统很容易引起换流站交流母线的电压不稳定现象。评价3种判别交直流系统电压稳定性方法的优缺点，并应用电力系统电磁暂态仿真软件EMTDC对CIGRE高压直流系统模型进行了仿真研究。研究结果表明，换流结合适的无功补偿及直流控制方式有利于系统电压的稳定。     

协调二级电压控制对长期电压稳定的影响分析及改进

利用某大型受端电网的实时数据,借助时域仿真评估协调二级电压控制对其长期电压稳定性的影响。结果表明,若分区内具有较大可调无功裕度,则协调二级电压控制有利于提高电压稳定性,否则影响甚微。针对受端电网发生大扰动后往往无功容量不足的实际情况,提出一种基于轨迹灵敏度的紧急电压控制策略,能够实时地在调控范围内选择控制发电机,并能方便地同其他控制策略结合,以达到更优的控制性能。时域仿真结果证明,这种紧急电压控制策略在大扰动后能够明显提高系统的长期电压稳定性。     

考虑直流调制的交直流系统中长期电压稳定协调控制

综合考虑直流系统整流侧和逆变侧控制量的调制,协调交流系统和直流系统各控制量,提出了一种考虑直流调制的交直流系统中长期电压稳定协调控制方法。首先,推导出换流母线电压对整流侧和逆变侧换流器传输功率的灵敏度解析表达式,并基于轨迹灵敏度建立以节点电压轨迹偏差和控制代价最小为综合目标的模型预测控制优化模型。然后,根据对系统控制轨迹的预测,进行交直流系统控制数量自适应调整和控制地点优选,以提高模型预测控制的效率,协调交直流系统各控制量进行电压滚动优化控制。最后,对交直流混联系统进行仿真,结果表明针对不同的故障场景,所提控制方法均能有效调制直流系统传输功率和熄弧角,全面协调交直流系统的各种控制手段,提高系统中长期电压稳定性。     

考虑机组运行状态的海上风电场无功协调控制

针对由具有无功调节能力的双馈风机DFIG(doubly-fed induction generator)组成的海上风电场,结合海上风电场特点和无功补偿配置情况,在考虑风电场内机组crowbar动作情况、机端电压和因尾流效应导致的风速差异对双馈风机动态无功极限影响的基础上,提出在电网电压跌落期间通过调节转子电流,充分利用场内双馈风机的无功协调控制能力进行最大无功支撑实现低电压穿越;在电网电压恢复阶段,控制场内双馈风机快速输出感性无功抑制电网电压骤升,提高了低穿恢复阶段的过电压抑制能力。基于DIgSILENT/PowerFactory仿真平台,搭建风电场协调控制模型验证所提控制策略的效果。仿真结果表明,所提控制策略在电压低跌落状态下可以充分发挥风电机组的无功出力能力,协助电网电压快速恢复,有效提高故障电网的暂态电压水平。     

暂态电压安全预防控制优化的轨迹灵敏度法

建立电力系统暂态电压安全分析的微分代数方程组模型,并提出求解其预防控制优化问题的暂态电压安全约束最优潮流模型。在该模型中,暂态电压安全约束包括防止系统发生暂态电压失稳和暂态电压延时恢复2个方面;目标函数为系统运行费用最小;控制变量为发电机的有功输出、无功输出、有载调压变压器变比和并联电容器组投入电纳。基于轨迹灵敏度法,得到暂态电压安全约束函数与控制变量之间的近似线性增量关系,从而将优化控制模型转化为非线性规划模型。引入二次罚函数处理变压器变比和并联电容器组电纳等离散控制变量,并采用非线性原对偶内点法求得优化模型的解。对IEEE39节点系统的分析计算验证了所提出的优化模型和算法的正确性和有效性。     

含同步调相机的直流换流站稳态无功协调控制策略

网源稳态调压方式会对系统动态无功支撑能力产生直接影响。针对特高压弱受端电网电压稳定性下降的问题,提出了一种直流换流站内滤波电容欠补偿、同步调相机迟相运行的稳态无功协调控制策略。同步调相机自动电压控制(AVC)子站作为控制中枢,与直流控保系统进行运行信息、动作指令信息和动作报文信息通信,以交直流系统无功交换量为控制目标,通过同步调相机与滤波电容无功置换,达到减少滤波电容投入组数、增加同步调相机稳态无功出力的目的,从源头上减少交流电压跌落导致的直流换流站无功补偿缺额。基于雅中—江西特高压直流投运后的江西电网规划数据,在PSASP仿真平台上开展潮流计算与暂态稳定分析。不同工况下的仿真结果表明,所提协调控制策略可以有效降低弱受端电网电压失稳的风险,提升直流功率的消纳能力。     

多直流协调的新能源送端地区暂态过电压抑制策略

针对直流闭锁故障导致的高比例新能源多直流送端系统暂态过电压问题,文中首先分析多直流间的交互影响机理,引入多馈出电压交互作用因子,揭示了直流闭锁导致其他健全直流近区域交流系统暂态过电压的根本原因。其次基于直流闭锁故障下调相机不同时间尺度的无功特性与整流侧换流母线电压的定量关系,在改进直流系统整流侧控制的前提下,于整流侧母线处投入调相机并以调相机暂态无功特性对其容量进行配置,降低了调相机所需投入容量。然后整合了调相机与整流器的无功调节能力,据此提出多直流、多无功设备协调配合的暂态过电压抑制策略。最后在PSCAD仿真平台中搭建两直流送端系统模型,验证了所提协调策略对暂态过电压的抑制效果以及调相机容量的配置效果。     

考虑无功功率协调控制的并行直流系统紧急功率支援

直流系统紧急功率支援需要考虑无功功率协调控制以提高系统电压稳定水平。文中分析推导了直流系统有功功率输送和无功功率消耗的比例关系,研究了多直流系统相互间紧急功率支援时导致的换流站近区暂态电压跌落问题,提出了紧急投入备用无功功率、充分利用故障直流无功功率补偿能力和交直流系统间功率分配的协调控制等策略,以实现无功功率的合理分...     

多端柔性直流输电系统交流故障穿越仿真研究

针对多端柔性直流输电系统交流侧发生故障,直流系统与电网公共连接点电压也随之跌落的问题,文中提出了一种交流故障穿越技术来维持公共连接点电压稳定。根据公共连接点电压跌落程度增发相应的无功功率从而维持公共连接点的电压稳定,保证系统的有功功率传输。当公共连接点电压跌落程度较大时,增发的无功功率导致交流系统过电流,提出通过降低故障端的有功功率参考值,从而减小交流侧电流幅值,避免过电流的产生。同时,针对有功功率的减小将使系统的不平衡功率进一步增大导致直流电压发生较大波动的现象,通过定直流电压换流站根据直流电压的变化来消纳系统的不平衡功率,从而达到维持多端柔性直流输电系统直流电压稳定的目的。     

上海多馈入直流系统的无功控制策略

以上海多馈入直流规划系统为对象,采用常规稳定分析方法对系统存在的电压稳定问题类型进行了区分。利用静止无功补偿器(static var compensator,SVC)和调相机(synchronous condenser,SC)动态无功补偿装置以及直流换流站内无功控制、直流无功调制等方法提高了该系统抵御上海受端交流系统故障和直流闭锁的能力,改善了该系统的阻尼特性,形成了一套较完整的多馈入直流系统无功控制方法。仿真计算结果验证了该控制策略的正确性和有效性。     

综合灵敏度和静态电压稳定裕度的直流受端交流系统电压薄弱区域评估方法

提出综合无功-电压灵敏度与静态电压稳定裕度的直流受端交流系统电压薄弱区域评估方法,并在灵敏度及静态电压稳定计算中计及了负荷静态电压特性。以计及负荷静态电压特性的交直流电力系统潮流方程为基础,计算交流节点电压相对于直流落点无功功率的灵敏度;基于连续潮流法,计算计及负荷静态电压特性的直流受端交流系统静态电压稳定裕度,综合这2个指标识别电压薄弱区域。并进一步地比较了不同ZIP负荷占比、不同直流控制方式对直流落点近区交流系统电压薄弱区域评估的影响。     

考虑换流站独立控制约束的交直流系统静态无功优化方法

交直流互联电网的三级电压控制结果应当满足换流站运行的独立控制方式,为此,提出一种考虑换流站独立控制约束的交直流系统静态无功优化方法.新模型以三级电压控制周期内直流功率及离散调压设备保持初始运行状态不变为基本假设,在常规交直流系统静态无功优化模型基础上,进一步考虑了直流系统就地无功平衡的死区控制约束以及直流配套电源的非固定边界可调范围约束;算法上,采用内点法进行求解.以中国东北某特高压直流换流站及其近区交流电网仿真验证所述方法的有效性.仿真结果表明,所提方法能够降低换流站离散调压设备的频繁动作风险,实现换流站暂稳态无功功率的协调控制.     

解决超调问题的220kV变电站无功配置方法

针对220 kV变电站单组补偿容量配置偏大、感性与动态无功补偿缺乏引起的电压调控困难问题,提出了220 kV变电站离散与连续相结合的综合无功补偿方案,由一组直接式静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)和采用开关柔性控制技术的并联电容器组组成补偿系统。首先构建了变电站无功补偿调压估算模型和指标——无功超调率,该指标揭示了当前变电站无功补偿配置组数有限和单组容量不宜过大之间的矛盾,使得220 kV变电站采用所提的新型补偿方案成为了解决受端系统的稳态电压控制的精度和暂态电压稳定的超调问题的根本出路。算例表明紧急状态下所提方案能给电网提供有效的动态电压支撑。     

多端柔性直流输电系统交流侧故障穿越功率协调控制

在多端柔性直流输电(voltage source converter based multi-terminal DC transmission,VSC-MTDC)系统交流侧发生故障导致电网电压暂降时,为了维持该侧公共连接点(point of common coupling,PCC)电压水平,设计了故障期间各换流器的有功功率和无功功率协调控制策略。在电网故障期间,故障侧换流器由有功电流控制优先切换到无功电流控制优先,根据电网跌落深度发出相应的无功功率,当增发的无功功率未导致交流侧过流时,剩余的电流容量用于维持故障前的有功传输水平。而当增发的无功功率导致交流侧过流时,提出了通过改变交流系统故障对应的换流器的有功功率来避免交流侧过流。同时提出将基于下垂控制的功率控制策略转换为以输出电压为指令的控制策略,当交流系统故障对应的换流器有功功率改变时,有功功率失去平衡,直流电压因电容充电/放电而升高/跌落,此时其余侧换流器在不需要站间通讯的情况下自动随着直流电压的变化而调整自身的有功功率指令,达到自适应调节、自动分配功率的目的,实现自律分散控制。最后在PSCAD/EMTDC上搭建了多端柔性直流输电仿真模型,验证了该文所设计控制策略的有效性。     

抑制多馈入直流输电系统相继换相失败的协调恢复控制策略

针对多馈入直流系统容易出现的相继换相失败的问题,提出一种渐进恢复控制策略。为了确定各直流系统的恢复顺序,提出多馈入无功运行有效短路比(QMOESCR)指标,用来衡量直流系统受端电网强度和直流系统之间耦合程度的大小,并以此作为协调安排各直流系统故障后功率恢复速率的依据。然后,从改善交直流互联系统故障恢复特性的角度出发,对多回直流系统进行有序恢复,降低多回直流系统恢复过程中的无功需求,从而避免多回直流系统出现的相继换相失败,保证系统的安全稳定运行。分别对简单三馈入直流系统的电磁暂态仿真和南方电网机电暂态仿真的结果表明所提出的渐进协调恢复策略是有效的、可行的。