高比例新能源直流送端系统分布式调相机优化配置

高比例新能源直流送端系统故障可能引发新能源暂态过电压脱网,在新能源场站或汇集站配置分布式调相机是抑制暂态过电压脱网的有效手段。针对高比例新能源直流送端系统分布式调相机优化配置的技术需求,首先分析高比例新能源直流送端系统的暂态过电压传播特性。基于此,提出考虑节点和系统综合暂态压升严重性指标的分布式调相机候选节点筛选方法。然后,以计及运维费用的分布式调相机综合配置成本最小为优化目标,考虑多场景和多故障下的暂态电压稳定性约束,构建分布式调相机优化配置模型。最后,利用粒子群算法进行寻优得到分布式调相机优化配置方案,并构建高比例新能源直流外送试验系统。采用BPA-PYTHON-Matlab联合仿真验证所提配置方法的有效性。     

功角失稳与暂态过电压并存型锡盟交直流弱送端系统特性分析

目前我国电网呈现出大容量直流和高比例新能源集中接入的特点,直流和新能源扰动冲击给电网运行带来深刻影响,亟需开展深入研究。文中旨在研究功角失稳与暂态过电压并存型弱送端系统的特性,首先分析了不考虑风电接入的功角稳定特性,研究了交直流功率分配对功角稳定水平的影响;然后分析了考虑风电接入的功角稳定特性,研究了风火出力分配对功角稳定水平的影响;接着分析了考虑风电接入的暂态过电压特性,研究了风火出力分配对暂态电压峰值的影响;最后分析了功角稳定和暂态过电压的交互影响特性,以及两者对送端系统外送能力的综合影响。通过锡盟交直流弱送端系统实际算例进行了仿真验证,研究成果可为新形势下大电网安全稳定运行提供技术参考。     

大规模风电与直流综合作用对送端系统暂态稳定影响机理

风火打捆交直流外送系统提高了我国新能源的利用率,风电与直流系统共同影响着系统的暂态稳定。针对含大规模风电接入经交直流非并联送出的三区域系统,分析了双馈风机与直流系统的运行特性及对送端系统的影响,将两者的综合作用等效为系统的等值机械功率增量,推导了相应的转子运动方程,得到三区域系统暂态功角稳定分析模型。根据该模型基于扩展等面积定则揭示了大规模风电与直流系统综合作用对送端系统暂态稳定的影响机理,研究了不同故障类型下系统的暂态稳定性。最后通过仿真验证了所提理论的正确性,为大规模新能源跨区域传输的开发利用及其稳定控制提供了理论基础。     

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。     

大规模风电并网与直流运行交互影响仿真分析

为了研究大规模风电集中接入,高比例风火、电打捆外送给交直流混合电网稳定运行带来的风险,通过建立典型风、火电打捆交直流外送系统模型,从风机无功控制模式,风电场动态无功补偿,风、火电打捆比例以及直流闭锁故障等方面仿真分析了交直流混合电网中风电与直流运行的交互影响。仿真结果表明:风、火电打捆外送的交直流混合电网需要配备一定比例的常规电源,常规电源的强惯量和优良的无功电压支撑能较好地支持新能源发电并网运行,有利于降低电网系统电压的波动,减缓新能源发电波动性对电网直流运行的影响,提升电网直流运行的可靠性。     

换相失败下STATCOM助增暂态过电压机理与优化策略

随着新能源发电的大规模接入,交直流输电系统“强直弱交”特点日益突出。当直流输电系统发生换相失败时,弱送端系统会产生暂态过电压。静止同步补偿器(static synchronous compensator, STATCOM)响应电网电压的变化时,其控制环节的滞后性会导致STATCOM对暂态过电压产生助增作用。针对该现象,文章首先分析了换相失败下弱送端系统暂态过电压的产生机理,接着通过分析频率响应特性,对STATCOM响应滞后时间给出了理论推导,最后针对STATCOM响应滞后特性提出了一种基于阻尼投切的优化策略,以抑制STATCOM对过电压的助增作用,并通过仿真验证了优化策略的有效性。     

基于能量同步转换技术的高比例新能源外送地区暂态过电压抑制研究

高比例新能源地区通过大规模常规高压直流外送时,直流输电故障容易引起送端系统暂态过电压问题。通过采用具备电网支撑能力的逆变器设备,并结合高性能控制系统,设计了一种新型的基于能量同步转换技术的装置来抑制新能源暂态过电压。通过适当配置该装置可在提升系统整体稳定水平的同时,较好地抑制直流系统故障后的暂态过电压,解决直流故障引起的新能源大面积脱网问题。最后,通过对青豫直流送端电网的仿真分析和装置的性能测试,验证了其准确性和有效性。     

抑制直流送端系统暂态过电压的直流和风电控制参数协调优化

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,提出一种直流和风电控制参数协调优化方法。首先,从整流站与风电场之间的无功转换角度分析了直流送端系统暂态过电压的产生机理,进而从系统无功特性入手研究了直流整流侧、风电转子侧变流器控制参数影响暂态过电压的机理,为抑制暂态过电压的控制参数协调优化提供了理论依据。然后,构建了以直流送端系统暂态过电压峰值最小为目标的优化模型,通过联合调用的方式,可在电磁暂态模型准确模拟交直流系统电磁暂态过程的基础上,进一步采用改进粒子群优化算法协调优化直流和风电控制参数,从而有效抑制直流送端系统暂态过电压。最后,通过修改后的4机11节点系统和新英格兰39节点系统的仿真分析,验证了所提方法的有效性和准确性。     

溪洛渡、向家坝水电站纯直流输电方案研究

对金沙江一期工程溪洛渡、向家坝水电站采用纯直流输电方案可能出现的重大技术问题进行了研究。叙述了两个方面的研究内容 :交流系统故障时交直流系统间的相互作用特性 ,重点是受端系统 (华东系统和华中系统 )发生交流故障时的系统暂态稳定性 ,以及送端系统发生交流故障时的暂态稳定性 ;各条直流线路发生故障时的交直流系统相互作用特性 ,重点是受端系统的暂态稳定性和送端系统应采取的控制措施     

含大规模风电送端系统对直流系统的影响

随着大规模风电的开发与利用及交直流混联电网的形成,为了研究含大规模风电场的送端系统对直流系统的影响,针对大规模双馈风电场多端交直流外送系统,构建了交直流并联与非并联运行方式下网络拓扑结构;研究了3种情况即:风电场风速变化、风电场故障、换流母线故障时送端系统对直流系统的影响。基于PSCAD/EMTDC软件,搭建了仿真模型,并进行了仿真分析,得到了仿真实验数据和曲线;由仿真结果得到以下结论:风电场处于噪声风时,为保证系统频率稳定所需的火电容量最大;当交直流系统采用非并联运行方式时,风电场故障对直流系统的影响最小;3种运行方式下换流站交流母线故障对直流系统影响差异不大。     

大容量多馈入直流对广东电网运行稳定性影响的研究

针对广东电网的结构特点,研究了直流通道故障对广东电网安全稳定性的影响。首先,通过对广东电网各直流逆变站的短路比计算,分析了广东电网作为直流受端系统的强度;其次,通过对发生单重和多重故障时的暂态稳定计算,研究了作为多回直流受端系统的广东电网在发生直流双极闭锁故障时的运行稳定性问题。分析认为:广东电网属于强系统,电网的主要稳定问题是暂态电压问题。提出装设动态无功补偿装置、紧急切除线路高抗、保留直流故障线路处电容器组等策略以提高受端电网的电压稳定性。     

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。     

风电经混合型MMC外送的暂态能量转移机理与限流耗散策略

混合型模块化多电平换流器(MMC)具有交直流解耦控制、抑制故障电流、维持并网电压等独特优势,在基于模块化多电平换流器的风电并网系统中具有广阔的应用前景。已有基于混合型MMC的交直流故障穿越策略大多仅考虑直流电网本体,并未结合风电并网考虑暂态能量转移与耗散的问题。首先,研究了基于混合型MMC的风电并网系统在交直流故障期间的暂态发展过程,归纳出能量转移机理,分析了不同故障阶段的关键因素。然后,提出了一种具备故障识别能力的自动限流耗散方法,研究了加入限流耗散措施后的暂态能量转移变化。最后,在四端风电直流电网下验证了自动限流控制及耗散方法的有效性。     

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.     

电网不对称故障下VSC-HVDC系统的直接功率控制

针对在电网传输线路发生不对称故障时,采用稳态的电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)系统控制算法将引起直流电压波动,交流电流畸变等问题,提出采用改进的直接功率控制(DPC)算法对VSC-HVDC系统的稳态和暂态过程进行控制。该方法以瞬时无功功率理论和dq变换为基础,通过实时控制电压源换流器(VSC)系统输入输出功率平衡,从而完成系统的交直流功率传输。对于不对称故障时直流电压出现的波动问题,通过对输入的瞬时功率进行分解,采用正序功率和相位作为控制信号对电压波动进行抑制。最后,通过PSCAD软件对所提出的控制算法进行系统仿真,从仿真的结果看出当系统故障时,改进的算法能够有效的抑制直流电压的波动,降低电流的谐波含量。同时也验证了该算法不仅能够很好的完成系统的稳态和暂态的过程控制而且能够有效隔离电网故障增强电网的稳定性。     

计及电压弹性力的多动态无功装置优化运行

为提升受端电网电压支撑能力和减少直流连续换相失败风险,文中提出一种多动态无功装置运行优化方法。首先,考虑故障后电网电压恢复速度和直流熄弧角变化关键特征,提出适用于受端电网的电压弹性评估指标,精确衡量受端电网故障后的电压恢复能力;然后,以电压弹性最大为优化目标,多动态无功补偿装置无功出力为优化变量,考虑受端电网潮流平衡、节点电压上下限等稳态约束和暂态约束条件,建立多维非线性含微分方程的数学优化模型;最后,采用粒子群算法对上述模型进行优化求解,以实际苏州南部电网为例进行仿真验证,结果表明文中方法可有效提升短路故障后电网电压恢复速度,并减少直流连续换相失败次数。     

直驱风电场高电压穿越控制策略研究

高电压故障给新能源机组和电网安全稳定运行带来的危害日趋严重。本文首先介绍当前各国高电压穿越(HVRT)的技术标准,分析了电网中高电压故障产生的典型原因,根据原因和故障程度的不同将高电压故障分为两类。其次以永磁直驱风电机组(PMSG)为例,分析了PMSG在高电压故障期间的暂态过渡过程,并设计了高电压穿越控制策略。分析表明,典型参数设计下,利用该策略,PMSG机组难以穿越由直流输电系统闭锁等导致的深度高电压故障。进一步,提出了新能源机组与无功补偿装置的协同控制策略,以实现新能源机组在深度高电压故障下的穿越。最后基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了本文分析结果和所提方法的有效性。     

基于超级电容储能的大容量直驱风电机组低电压穿越策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)可用作大容量风电机组的换流器,其具有良好前景,但需要解决风电机组低电压故障时易脱网运行的问题。鉴于此,提出了一种基于超级电容储能的低电压穿越策略。考虑超级电容的利用效率和变流器的约束条件,通过DC-DC变换器对超级电容的储能模式进行控制,实现故障期间机、网侧的功率平衡,以稳定直流侧母线电压。按照海上风电场规定,确定了故障期间网侧MMC有功无功电流分配原则,向电网提供动态无功以帮助恢复电网电压。仿真结果表明,当并网点发生故障时,所提策略不仅能较好地稳定直流母线电压,保障了MMC功率器件安全运行,还可以补偿无功以改善电网电压,提高了大容量直驱风电机组的故障穿越能力和运行稳定性。     

光伏直流升压场站并网整体协同低电压穿越控制策略

光伏直流升压汇集场站中,光伏列阵经DC/DC升压后汇集,再由DC/AC换流站逆变后接入交流电网。对于多个光伏直流升压场站并网系统,并网DC/AC换流站输出无功电流大小受自身容量与端口电压跌落程度影响,在协调机制不明确情况下,无功整定困难,靠近故障的场站存在脱网风险。为此,在分析各DC/AC换流站无功出力对端口电压影响的基础上,提出了光伏直流升压场站并网系统整体协同低电压穿越控制策略。进入低穿后,DC/AC换流站检测本地端口电压,立即向电网注入无功进行支撑;总控站利用通信获知各换流站的端口电压,进而协调各换流站的无功电流输出额度。同时,在分工况细化协调机制的基础上,对DC/AC换流站无功电流输出进行通用化整定。仿真结果表明,所提控制策略在交流电网发生故障时,能有效协调各DC/AC换流站进行无功补偿,提高系统整体低电压穿越能力。