高比例水电多直流送端电网频率稳定协调控制技术及实践

针对异步联网运行后,高水电占比多直流外送西南电网面临的超低频振荡和频率失稳风险,构建了高比例水电多直流送端电网频率稳定控制框架。在传统控制措施基础上引入直流频率控制和紧急调整功能,提高送端电网频率稳定防御能力。基于直流频率控制器对送端电网频率响应特性的影响分析,提出了直流频率控制器与一次调频的配合关系以及考虑直流功率偏差的二次调频方法。提出了兼顾频率稳定和故障后潮流控制的多直流协调紧急功率调制方案。并通过实际故障后交直流协调控制系统实际动作情况,论述了频率稳定协调控制技术的有效性。     

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...     

多直流馈入受端电网频率紧急协调控制系统设计与应用

分析了多直流馈入受端电网当前面临的频率稳定问题及相关控制系统的技术现状,阐述了协调利用多直流功率紧急支援、联切抽蓄电厂泵工况机组,以及快速切除大规模可中断负荷等措施的频率紧急协调控制系统主要设计思路,并从系统总体架构、直流故障判据及主要控制策略等方面提出了系统的详细建设方案。最后介绍了该研究成果在华东电网的实际工程应用情况及测试运行效果。     

一种送端电网单回直流极限承载能力评估方法

大容量特高压直流输电技术为送端电网清洁电能的远距离跨区消纳提供了有效手段,但随着直流馈出数量和容量的增加,“强直弱交”矛盾凸显,直流闭锁故障后的频率稳定问题会对送端电网造成较大威胁,制约送端电网直流馈出能力的进一步提升。为有效量化送端电网直流极限馈出能力、辅助评判目标网架适应性,提出了一种计及频率稳定约束的单回直流极限馈出能力评估方法。首先,对大容量直流双极闭锁场景下送端电网的频率稳定特性进行分析,构建暂态频率指标与直流闭锁量之间的解析表达式。进而,协同考虑稳控切机和直流紧急功率支援等电网第二道防线紧急控制措施,评估频率稳定约束下送端电网可承载的单回直流极限馈出容量。最后,基于四川省电网2030年规划系统进行算例分析,结合BPA软件仿真验证所提方法的有效性。     

特高压双直流送端电网直流闭锁故障稳控措施研究

基于新疆电网2017年规划网架结构,±1 100 k V准东直流将作为第二条直流外送通道接入新疆送端电网。为了保障新疆送端电网的安全稳定运行,当±800 k V哈郑直流发生闭锁故障时,提出综合考虑±1 100 k V直流紧急功率支援、送端电网切机的稳控手段,分析两种不同稳控措施对于含双直流送端电网运行电压的影响。研究结果表明在满足新疆电网稳定运行前提下,稳控切机配合直流紧急功率支援能有效降低送端电网的切机量,平衡直流故障后的无功功率。该稳控措施对提高双直流送端电网的电压稳定及优化送端电网稳控切机不平衡量具有一定的参考价值。     

计及风电高频保护的送端电网多直流协同频率控制

为解决中国能源与负荷逆向分布问题,大量高压直流输电工程正在建设或已经投运。针对送端电网中可能发生的直流闭锁导致的高频事件,计及风电机组的高频保护约束,研究了进行多回直流协同控制从而抑制电网频率偏移的方法,提出了以各健全直流总功率调制量最小为目标的多直流协同频率控制模型,通过一阶差分近似求解系统最大频率偏移相对于各受控直流功率的灵敏度,优化求解多直流协同频率控制策略。并进一步以某含高比例风电的送端电网为例,验证该方法在送端电网频率控制策略整定中的有效性。     

金中直流调制对送受端电网稳定性影响的研究

金中直流的调制功能对云南送端电网和广西受端电网的暂态稳定、动态稳定及热稳定水平具有重要影响。主要研究了金中直流功率提升/回降和直流频率限制功能对送受端电网稳定性的影响,并以2018年南方电网丰大极限方式作为基础数据,分析了金中直流功率提升/回降对系统暂态稳定和频率稳定的影响,及金中直流整流和逆变侧频率限制控制器对电网频率稳定的影响,并通过仿真分析验证了直流功率回降在解决受端系统热稳定问题中的作用。仿真和分析结论为金中直流工程控制保护试验中的调制功能测试和相关调制功能的定值整定提供了理论计算依据。     

直流馈入受端电网暂态电压与频率稳定紧急协调控制策略

为应对多直流馈入受端电网直流闭锁故障导致的暂态电压和暂态频率稳定问题,提出一种综合考虑直流功率紧急提升、调相机紧急控制和切负荷的紧急协调控制策略。首先,采用了基于多二元表的暂态稳定裕度指标,分析了直流功率紧急提升和调相机紧急控制对受端电网暂态电压稳定的影响,提出了受端电网多控制手段紧急协调控制方案。其次,基于该控制方案,计及暂态电压和暂态频率稳定约束,以控制代价最小为目标,建立了多控制手段下受端电网紧急协调控制优化模型。然后,采用灵敏度法将模型线性化,考虑了直流功率紧急提升对暂态电压稳定的负面影响,并采用逐次线性规划方法求解。最后,通过华东电网实际案例结果验证了所提控制策略的有效性。     

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。     

交直流混联受端电网频率紧急协调控制技术及应用

交直流混联受端电网大频差事故下的频率稳定控制是个难题,之前主要依靠电源侧的一次调频响应以及负荷侧的低频减载措施。随着直流功率紧急支援、抽蓄切泵和大规模可中断负荷控制等新型可控资源以及相应新控制技术的出现,全面提升和拓展频率紧急控制技术成为可能。系统性地分析了实现频率紧急全过程控制需要攻克的关键技术,重点阐述了频率紧急协调控制技术中的故障可靠识别、功率损失量准确计算、多防线协同、多措施分类协调、系统监视与管理等核心技术。基于上述关键和核心技术构建了华东电网频率紧急协调控制系统,保障了华东电网的安全稳定运行,提升了新能源的消纳能力。     

改善系统频率稳定性的多直流功率紧急支援协调控制策略

直流功率紧急支援能够有效改善多直流馈入电网在大功率缺额故障扰动后的系统频率稳定性。文中分析了直流功率紧急支援的原理,提出了一种综合考虑直流过负荷能力、直流运行工况和交流输电能力的单回直流实时可提升功率的估算方法。基于交流电网的安全稳定约束,提出了区域电网最大可支援能力的计算方法和“同送出同馈入”的多回直流实际支援量的协调优化算法。在此基础上,提出了改善系统频率稳定性的多直流功率紧急支援的协调控制方案,并在华东多直流馈入电网中进行了仿真验证。     

提升电网运行的交直流系统协调控制策略研究

四川西部电网建设有多回水电送出500 kV交流输电通道,大容量水电送出通道严重故障方式下电网交流系统可能出现一定的低频运行风险。为改善川西交流电网严重故障方式下系统全网暂稳水平及帮助恢复交流系统频率,提出了提升电网运行性能的交直流系统协调控制策略。该策略具体包括:4回±800 kV特高压直流输电系统利用直流功率调制功能与交流系统间实现协调控制;协调控制目标效果;不同故障点交直流协调控制模式的选择(分散/集中两种协调控制模式);直流调制功率释放转移至交流电网后,其对交流电网热稳安全与电网经济性运行的影响分析。所提特高压直流输电系统与交流电网间的协调控制策略,可作为帮助分析研究交直流混联系统电网运行状况与提升电网安全经济运行水平举措的技术参考。     

系统保护中跨区直流频率调制与紧急功率支援的协调控制

为了保障中国特高压交直流混联电网的安全稳定运行,国家电网有限公司积极开展电网系统保护的构建,以提升电网的综合安全防控能力。但随着跨区直流作为灵活控制资源在系统保护中的应用,必须考虑直流功率快速变化会同时对送受端电网造成影响。在梳理中国电网系统保护建设的基础上,系统分析了基于频率响应的直流频率调制对大区电网系统保护的影响,进而从保障电网安全稳定运行和提高跨区控制资源利用效率的角度,提出了综合电网就地和远方信息的直流频率调制与紧急功率支援的协调控制方案,实现大区电网系统保护间的协调动作。最后,基于实际电网仿真算例验证了所提控制方案的有效性。     

并联型多端高压直流输电系统的控制与保护策略及仿真

多端高压直流(multi-terminal direct current,MTDC)输电系统可以实现各换流站所连交流系统之间的功率输送或电力交换,能够解决多电源供电或多落点受电的输电问题,其接线形式总体分为串联型与并联型。针对4端并联型高压直流输电系统进行稳态运行和暂态故障过程的相关研究,基于EMTDC/PSCAD平台建立单极仿真模型,完成了多种解锁起动和闭锁停运组合的仿真分析,设计了直流功率平衡控制器实现各换流站功率协调控制,并提出了单个换流站紧急停运以及直流线路故障时的控制保护配合方式,仿真结果表明了控制与保护策略的有效性。     

计及紧急直流功率支援的扰动后稳态频率预测算法

提出了一种计及紧急直流功率支援情况下,能同时考虑直流两侧电网频率响应的扰动后稳态频率预测算法。该算法对系统发电机调速器方程、负荷静态模型方程、直流输电系统传输功率方程和系统网络方程进行了线性化处理,同时考虑紧急直流功率支援,推导了两区域交直流系统扰动后稳态频率预测方程,可以直接快速地计算出扰动后各区域的稳态频率和使其中一个区域稳态频率恢复到设定值时的直流功率支援量。对一个典型的两区域交直流并联系统进行了仿真分析,仿真结果表明所提算法具有较高的精度和较快的计算速度,证明了算法的适用性和有效性,具有与紧急频率控制相配合并在线应用的前景。     

不同调度模式下VSC-MTDC系统的协调控制策略

针对电力系统3种调度模式对直流电网实时的潮流分布要求,在多端柔性直流输电(voltage source converter multiterminal direct current,VSC-MTDC)系统中设计了相应的协调控制策略,通过改变下垂系数的值和切换控制模式,以满足直流电网中的潮流分布。为避免控制模式的频繁切换,在受端换流站控制器中加入了滞环比较器。通过在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建的四端柔性直流输电系统,对直流电网处在不同的调度模式下分别进行仿真,结果表明,与定下垂系数的控制方式相比,该协调控制策略可以满足电力系统调度对潮流实时的分布要求,直流电网的输电灵活性得到提高。     

交直流并联电网中直流功率紧急控制影响及优化研究

直流功率紧急控制可以提高故障后系统的暂态稳定水平,广域测量系统(WAMS)的快速发展为实现大电网交直流协调控制提供了技术前提。基于扩展等面积准则(EEAC)介绍了直流功率紧急控制提高系统暂态稳定性的机理,针对交直流并联电网中直流功率紧急控制造成的送受端电网不平衡功率通过交流通道形成的反馈可能导致某些关键断面潮流加重、恶化系统失稳模式的问题,认为交流控制措施(切机、切负荷)和直流功率紧急控制措施存在协调的空间。为评价交直流协调控制效果,建立了交直流协调优化控制的数学模型,将该协调问题转换为以控制代价最小为目标的优化问题。通过实际系统的仿真算例验证了交直流协调优化的必要性。     

改善惯性响应与一次调频的风电全直流系统协调控制策略

针对风电全直流系统并网后给交流电网带来的系统惯量降低、调频能力不足等问题,提出一种改善惯性响应与一次调频的变系数风电全直流系统协调控制策略。在惯量响应方面,网侧换流站采用惯性同步控制,直流升压站采用恒变比控制,实现直流电容对电网的惯量支撑及直流低压侧的直流电压对交流系统频率的感知,在此基础上对直流风电机组(DC wind turbine, DCWT)附加变虚拟惯性系数的虚拟惯量控制,使风电全直流系统在不同频率响应阶段具备不同的等效惯量。在一次调频方面,DCWT采用超速与变桨结合的减载运行方式,通过变下垂控制来改变它的有功出力,充分利用不同风速下的备用容量,从而使风电全直流系统更有效地参与一次调频。最后仿真算例表明,该策略改善了风电全直流系统接入后的电力系统的惯性响应及一次调频。     

直流紧急功率支援用于第三道防线的研究

直流系统参与安全稳定控制的研究与应用仍局限于属于第一道防线的预防控制和属于第二道防线的紧急控制,挖掘应用直流系统的运行特性和调控能力是提高交直流电网安全稳定水平的重要技术途径。提出将直流系统具有的紧急功率支援能力作为第三道防线候选控制手段的理念,与常用的低频减载/高频切机等措施协调配合,防止系统崩溃;在监测到电网发生频率低/高异常变化时启动利用直流紧急功率支援功能,从而减少切负荷/机组的控制量。从整定计算和控制装置两个方面,阐述实现直流紧急功率支援参与第三道防线中频率异常控制的初步方案。用实际电网的数据仿真分析直流紧急功率支援参与第三道防线取得的有益效果。联系第三道防线发挥作用的时机特点和直流系统运行控制特性,讨论将直流紧急功率支援作为第三道防线措施应注意的问题,对于构筑技术手段更为丰富的电网安全稳定第三道防线,具有重要参考价值。