云广直流孤岛运行“5·26”双极闭锁原因分析及改进措施

以云广直流2013年"5·26"孤岛调试中单极闭锁试验导致双极闭锁事件为例,分析了孤岛方式下单极闭锁后直流系统无功控制及发电机励磁系统的响应特性。指出了机组电力系统稳定器(PSS)存在的反调现象显著恶化了孤岛系统的过电压问题,直流无功控制对大扰动后频率、电压变化的适应性不足是导致双极闭锁的直接原因。现有直流孤岛过电压控制主要集中在换流站侧,没有充分发挥发电机的电压控制能力。为了更好解决直流闭锁后的过电压问题,还需要深入研究PSS反调的解决方案,并充分发挥机组的励磁调节作用。提出了广域PSS和高压侧电压控制的技术思路并进行了仿真验证。     

云广特高压直流输电线路孤岛运行过电压及抑制

云广直流孤岛运行方式下发生直流双极闭锁时将在送端换流站交流系统产生幅值很高的过电压,孤岛运行过电压水平控制是决定能否孤岛运行的关键因素,因此利用EMTDC计算了不同运行方式下楚雄换流站交流侧的过电压水平、避雷器工况、交流滤波器断路器断口暂态恢复电压及容性开断电流,并分析比较了各种不同的过电压抑制措施,提出了利用换流变磁饱和特性短时限制过电压的措施方案和电气设备的技术参数要求,同时还探讨了直流闭锁后换流变和交流滤波器切除时间等对过电压的影响。     

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。     

描述直流孤岛送电系统的3个指标

送端电网采用直流孤岛运行方式,能有效解决大容量直流双极闭锁后大规模潮流转移导致的交流主网暂态稳定问题,但缺陷是送端系统自身的短路比和等效惯性常数较联网时显著减小,承受扰动能力较弱,因此,定量评估这类直流孤岛送电系统的强弱对直流工程的规划与运行具有重要指导意义。基于直流孤岛送电系统等效模型,考虑发电机电压调节器的作用,详细阐述了不同时间尺度下送端交流系统的戴维南等效电压源与等效阻抗的取值原则,并在PSCAD/EMTDC中搭建简化系统验证其正确性。在此基础上,提出了交流系统暂态阻抗、交流系统稳态阻抗以及等效惯性常数3个指标,分别用来描述直流孤岛送电系统的暂态过电压水平、直流功率输送能力以及频率暂态性能。3个指标可以直观体现直流孤岛送电系统的一些运行特性,从而实现对直流孤岛送电系统强弱的定量评估。     

抑制云广特高压直流孤岛运行甩负荷过电压的控制逻辑优化研究

针对云广特高压直流送端系统有效短路比(effective short-circuit ratios,ESCR)较小、孤岛运行方式下大功率甩负荷时存在的过电压问题,解析推导工频过电压倍数方程。分析了在不同有效短路比情况下的过电压倍数的变化规律和功率降速对电压变化量的影响。在现有的特高压直流闭锁控制逻辑基础上,提出了孤岛方式下降低过电压倍数的极控闭锁逻辑和VDCL逻辑优化方案。通过连接有云广特高压直流实际控制保护装置、电源侧机组励磁、调速控制装置的机网协调控制实时仿真平台开展了验证性仿真研究,证明了优化方案的有效性。     

直流孤岛送电系统的系统接入技术要求研究

针对直流孤岛送电系统规划与运行面临的安全稳定问题,从送电规模、工频过电压和滤波器投切引起系统电压波动3个方面研究直流孤岛接入系统应具有的最小短路比,并考虑发电机和升压变压器电抗影响,推导出满足短路比要求的交流线路长度及各因素对短路比的影响程度;同时,基于机组作用系数法,通过研究送端系统短路比与次同步振荡之间的关系,分析了避免次同步振荡所需的送端最大短路比要求与接入系统最小短路比要求之间的矛盾,提出了解决方案;并通过推导直流孤岛送端频率波动特性,论证了发电机惯性常数、故障切除时间与送端系统频率波动的关系,为送端发电机调速器参数选取提供依据。     

云广特高压直流线路孤岛运行方式过电压保护方案

云广直流孤岛运行方式下发生直流双极闭锁时将在送端换流站交流系统产生幅值很高的过电压,孤岛运行过电压水平控制是决定能否孤岛运动的关键闪素。基于此,利用EMTDC计算了不同运行方式下楚雄换流站交流侧的过电压水平、避雷器工况、交流滤波器断路器断口暂态恢复电压及容性开断电流等,并根据过电压计算结果对A型避雷器、交流滤波器断路器等电气设备和安稳控制保护系统提出了相关要求,设计了过电压保护实施方案。仿真计算结果表明,该实施方案可行、有效,可确保孤岛运行方式下系统和设备安全。     

风火打捆直流外送系统中极限风电渗透率的计算方法

为在规划时有效评估风火打捆高压直流外送系统的电压稳定性并确定满足电压稳定要求的风电渗透率上限,推导了计及能源基地风火电占比以及本地负荷占比影响的风火打捆直流外送系统的短路比指标。首先,利用PSCAD/EMTDC软件搭建了风火打捆直流孤岛外送系统的电磁暂态仿真模型,通过设置换流母线短路故障,验证了风火孤岛直流外送系统短路比计算公式的正确性。然后,分别设置不同的本地负荷比例、风电渗透率、故障类型以及故障发生位置等情况进行仿真,确定了故障扰动情况下风火孤岛直流外送系统电压失稳所对应的临界短路比。最后,总结提出了适用于远景规划的计算风火打捆孤岛直流外送系统的极限风电渗透率的简易实用的方法。     

同步调相机对分层接入特高压直流输电系统的暂态过电压抑制作用研究

目前已有特高压直流工程采用分层接入方式,同时随着新能源发电占比的提高,送端电网面临着暂态过电压的问题,同步调相机可以抑制过电压,有必要深入研究同步调相机对分层接入特高压直流输电系统暂态过电压的抑制效果。建立了含同步调相机的分层接入特高压直流输电系统模型,理论分析了同步调相机对暂态过电压的抑制机理,针对降功率运行、双极运行双极闭锁、双极运行单极闭锁和高低端换流器同时换相失败4种不同工况,研究了不同台数同步调相机对暂态过电压的作用效果,最后提出了基于暂态过电压的短路比增量指标,定量评估了同步调相机对暂态过电压的作用效果。结果表明所提指标可有效定量评估同步调相机抑制暂态过电压的作用效果,当分层接入特高压直流输电系统整流侧交流系统短路比在3~8变化,投入1台同步调相机后整流侧交流系统基于暂态过电压的短路比增量为0.106~0.396,投入2台同步调相机后基于暂态过电压的短路比增量为0.251~0.788,因此,投入同步调相机可等效提高交流系统短路比,有效抑制送端暂态过电压。     

小值电压跌落下的双馈风力发电机控制策略的改进

通过对双馈感应发电机(DFIG)系统中的传统定子电压控制策略和网侧变换器控制策略的分析,给出了DFIG系统运行在电网电压小值跌落时改进的定子电压定向控制策略和网侧变换器控制策略,搭建了DFIG系统在不同控制方案下的Simulink仿真模型,系统仿真结果表明:提出的改进控制策略能有效地抑制电网电压跌落时DFIG系统的转子侧过电流和直流侧过电压,提高了系统在电网故障时的不间断运行能力.     

昭通—从化直流输电工程孤岛运行时换流站交流过电压水平研究

孤岛运行作为昭通—从化±500 kV同塔双回直流输电工程的设计运行方式之一,能够有效地提高南方电网的稳定水平,但必须以解决换流站交流过电压问题为前提。对该工程孤岛方式下的交流过电压水平进行了计算,结果表明:换流母线最大操作过电压水平为1.68 p.u.,满足规程要求;暂时过电压水平最高达1.49 p.u.,采取措施后其持续时间短,满足设备要求;小组交流滤波器/电容器开关断口暂态恢复电压最大值不超过1 329 kV;考虑发生概率很小的双回直流双极ESOF这一苛刻工况,A型避雷器最大吸收能量为3 617 kJ,裕度39.7%。因此,孤岛运行方式下设备的过电压水平、避雷器能耗以及小组滤波器/电容器开关断口暂态恢复电压均满足要求。     

云广±800 kV直流工程孤岛运行过电压水平研究

孤岛运行作为云广特高压直流输电工程的设计运行方式之一,能够有效地提高南方电网的稳定水平,但必须以解决过电压问题为前提。基于一次设备实测参数和实际的控制保护系统,对云广特高压直流孤岛方式下的过电压水平进行了计算,结果表明：各种故障工况下操作过电压水平均满足规程要求,最大仅为1.71 p.u.;交流滤波器/电容器组断路器断口暂态恢复电压最大值不超过1 300 kV。各种工况下的暂时过电压水平较高,最高达1.66 p.u.,但持续时间短;除了双极ESOF时避雷器最大吸收能量较大外,其他故障工况下避雷器最大吸收能量为3 895 kJ,占标称设计值的43.8%,裕度较大。因此,孤岛运行方式下设备的过电压水平、避雷器能耗以及大组滤波器开关断口暂态恢复电压均满足要求。     

1000kV同塔双回输电线路的故障清除转移过电压

淮南-皖南-浙北-沪西是我国即将建设的1000 kV特高压交流同塔双回输电线路,由于电压等级的提高,对线路的操作过电压绝缘水平就提出了更高的要求。针对此问题,使用电磁暂态程序PSCAD-EMTDC计算了全线的故障清除转移过电压,并分析了不同故障点不同运行方式及不同故障类型对转移过电压的影响。仿真结果表明,在单相、两相和三相接地等较严重的故障类型下,输电线路上的转移过电压会超过限制值。最后提出了在转移过电压最为严重的淮南-皖南线路上安装避雷器来将转移过电压限制在容许值以下的保护建议。     

HVDC送端交流系统故障暂态过电压评估指标

特高压直流输电系统直流闭锁故障及交流系统短路故障引起的暂态过电压,对系统稳定性造成严重冲击。量化评估交直流系统暂态性能指标,对确定交直流电力系统规划设计和调度运行具有指导意义。对交流系统暂态过电压机理进行分析,推导出基于无功补偿和短路比的暂态过电压计算方法,基于系统短路比与补偿电容和交流滤波器参数的比值定义了暂态电压评估指标R_r。研究表明,随着该暂态电压评估指标R_r减小,系统故障后送端换流母线暂态电压升高,受端也会发生不同程度的换相失败。最后,基于国际大电网会议直流标准测试系统,验证了所提指标的有效性。     

±800 kV糯扎渡直流输电工程孤岛运行过电压水平

孤岛运行作为±800 kV糯扎渡直流输电工程设计运行方式之一,能够提高系统的稳定水平,但必须以解决过电压问题为前提。对糯扎渡直流工程孤岛方式下的过电压水平进行了计算,结果表明:各种故障工况下操作过电压水平均满足规程要求,最大仅为1.62 p.u.;交流滤波器-电容器断路器断口暂态恢复电压最大值不超过1 305 kV,可选择双断口断路器;靠直流站控分时切除滤波器-电容器功能,各种工况下的最大工频暂态过电压达1.39 p.u.,此值较大但持续时间不超过500 ms,在设备可耐受能力之内;A型避雷器最大吸收能量99 kJ,占标称设计值的2.2%。因此,糯扎渡直流输电工程孤岛运行方式下的过电压水平在完全可控范围之内。     

基于无功功率短路比的直流闭锁暂态过电压计算方法

针对现有特高压直流闭锁引起交流系统换流母线暂态过电压计算方法在极低短路比情况下可能无实解的问题,基于直流闭锁后的谐振电路,推导建立了暂态过电压与谐振频率的关系式。参照短路比的定义,提出无功功率短路比的概念,在此基础上,提出适用范围更广的直流闭锁暂态过电压计算方法。研究发现,换流母线暂态过电压随着无功功率短路比的减小呈非线性加速上升的趋势。以DIgSILENT为平台搭建国际大电网会议(CIGRE)直流输电标准测试系统与±800 kV天中直流送端系统,仿真分析验证了所提出的暂态过电压计算方法的有效性,在极低短路比系统中仍然适用。     

±1 100 kV直流滤波器典型故障过电压特性研究

为了研究±1 100 k V直流滤波器典型故障过电压的特点及其相应的保护措施,针对±1 100 k V昌吉-古泉直流输电工程,利用PSCAD计算并分析了双极全压运行方式、单极大地回线和单极金属回线运行方式下直流滤波器短路、滤波器高低压电容器组分别击穿等滤波器典型故障产生的过电压及其暂态特性,并在最具代表性的故障情况下,研究了避雷器对过电压特性的影响。基于此,进一步研究了保护控制策略对过电压与能量的影响。结果表明,整流侧发生直流滤波器短路故障时,过电压更为严重;单极金属回线下发生直流滤波器短路故障时,过电压更为严重且避雷器吸收能量过大;增设避雷器与保护控制后,关键节点的过电压值均低于该处的绝缘水平,避雷器吸收的能量也未超过其吸收能力。     

高比例新能源电网新能源功率优化分配方法

大规模新能源接入弱交流电网,易发生暂态过电压、锁相同步稳定等问题,为新能源充分利用带来难题。对此,探究了新能源接入系统稳定水平影响因素,利用新能源短路比指标作为系统电压强度的量化评估依据,推导出短路比对新能源发电功率的灵敏度,综合考虑系统平均短路比和最低点短路比灵敏度,构建了新能源短路比综合灵敏度指标,提出一种基于等综合灵敏度准则的新能源发电功率优化分配控制方法。基于该方法对新能源发电功率进行优化控制,实现了在确保系统安全稳定基础上的可再生能源充分利用,最后基于西北某新能源集中送出系统为算例进行分析,验证了所提方法的可行性和有效性。     

500kV限流器接入对南网系统过电压的影响分析

串联限流电抗器能有效限制500 kV电压等级的短路电流,但其接入系统后会影响系统的过电压水平,需要进一步进行安全校验。以广南站500 kV/90 kA 限流器示范工程为背景,利用电磁暂态仿真软件EMTP 研究500kV限流电抗器自身的过电压以及限流电抗器接入后对系统的工频过电压、操作过电压、线路断路器的暂态恢复电压,以保证系统与设备的安全运行。结果表明,无论是否采用限流电抗器,顺德-广南500kV线路无故障甩负荷和单相故障切负荷时的工频过电压均在允许的范围内;500 kV限流电抗器接入后的顺德-广南500kV线路合闸操作过电压未超过标准允许范围,变电站及限抗站金属氧化物避雷器MOA能耗及电流与其设计参数相比有很大的裕度。     

云广特高压直流系统孤岛运行的影响及相应对策(英文)

利用不同仿真分析工具对云广直流输电工程孤岛运行方式进行了研究,分析了该系统采用孤岛运行方式所带来的相关问题,诸如对电源配置与电网接线的要求,对系统调峰影响,孤岛交流系统稳定性,无功补偿与电压控制,过电压及其控制措施,交流滤波器配置及适应性,谐波稳定性,对系统控制保护的要求,对电网动态稳定的影响等;并提出了相应的对策。