新东特高压直流孤岛运行闭锁策略

新东特高压直流投产初期,送端机组投产滞后导致孤岛短路容量不足,孤岛运行存在过电压、低次谐波谐振等风险。为保证被动跳入孤岛设备安全,提出新东特高压直流跳入孤岛闭锁策略,即在直流站系统中增加跳入孤岛主动闭锁直流功能,并采用交流联络线低功率防误判据来有效防止联网方式下该策略误动作。采用先切除全部滤波器,再延时闭锁直流,最后稳控系统全切孤岛运行机组的策略,能有效降低孤岛直流闭锁的过电压,保证相关设备安全。现场实施表明:直流跳入孤岛后能够在300ms内切除全部交流滤波器,交流滤波器全切后延时约30ms直流启动闭锁,双极闭锁后稳控系统延时切除孤岛全部机组,闭锁逻辑和稳控策略均正确,孤岛内过电压和频率均满足要求。     

±800 kV雁淮特高压直流送端电网安全稳定特性及控制策略

为深入研究无配套火电支撑的风火打捆特高压直流配套稳控系统控制策略,分析了雁淮直流投运初期送端电网安全稳定特性,研究了近区风电不同接线方式对直流换相失败后风机暂态过电压的影响。提出了综合应对直流近区及山西北部电网潮流转移和电压稳定的切机控制策略,实现了多区域分散可切机组的协调配合,设计了稳控装置配置及实现功能。通过研究雁淮直流送端稳控系统与山西北部交流稳控系统的耦合特性,量化了两套稳控装置相继动作带来的可切容量不足风险,提出不同停机备用水平下雁淮直流预控功率。仿真结果验证了所提策略的有效性与合理性,研究结论可为无配套火电支撑的风火打捆直流外送系统的安全稳定分析及控制策略制定提供参考。     

滇西北特高压直流被动孤岛运行闭锁策略优化研究

滇西北直流工程投运初期,送端配套电源开机量不足,若被动进入孤岛会面临谐波不稳定问题,给直流系统稳定运行造成极大风险,在以往的直流工程中,直流控制保护收到孤岛信号后,会尽快完成全切交流滤波器,同时延时闭锁直流的操作。但若孤岛信号异常,会导致直流误闭锁切机、损失功率。基于此,在滇西北直流工程中优化了被动孤岛低功率闭锁策略,通过增加判别交流联络线功率的方法来防止误进入孤岛运行模式。首先详细分析了滇西北直流所采取的控制策略,然后在RTDS试验系统中验证了所实施策略的正确性,通过判别交流联络线功率可有效防止误直流误进入孤岛运行模式,最后通过现场试验证明了所提控制策略也不会导致原有"孤岛闭锁逻辑"拒动。本文所述控制策略可为其他直流工程提供参考。     

考虑受端电压水平的异步互联紧急控制协调策略研究

当送端电网仅通过多条高压/特高压常规直流或柔性直流线路与受端电网相连构成异步互联电网时,若大容量直流发生闭锁,将引发送端及受端系统的频率及电压问题。本文针对异步联网后的多直流孤岛系统,基于直流系统的快速性及可控性,提出一种针对直流闭锁故障紧急状态下功率支援的协调控制策略。首先,通过综合考虑交流电网强弱、潮流转移的影响,提出了考虑受端电压水平的有功功率分配算法。其次,通过对直流功率提升/回降、FLC、稳控切机以及分轮次切机等不同控制措施的协调配合,提出了一套多直流孤岛系统协调控制策略。最后构建了一套协调控制系统并通过南方电网2016年夏大方式下的RTDS仿真模型验证了此系统的有效性。     

云广直流孤岛系统单极闭锁后频率动态过程优化

直流送端孤岛运行方式下发生直流单极闭锁时,孤岛系统频率将显著升高,由于运行极仍参与孤岛系统调节,控制孤岛系统频率在运行极承受范围以内是保证孤岛系统安全稳定运行的关键。从发电机转子运动方程出发,分析发电机的输入机械功率、输出电磁功率和转动惯量三个因素在直流闭锁后频率动态过程中的作用。对于直流单极闭锁后孤岛系统频率爬升阶段,提出通过优化调速器参数、优化直流过负荷控制、连锁切机三者相结合的方法以降低频率峰值。对于频率回降阶段,分析指出机组PSS反调导致的电压大幅下降会导致直流进入逆变器电流控制模式降低功率,减缓频率的恢复速度,并提出了改进措施。仿真结果验证了所提出的频率优化方法的有效性。     

金中直流送端系统运行方式优化研究

金中送端配套电源两径流式水电厂在枯水期因来水不足开机数量受限,不能满足直流安全运行的短路容量要求;机组长期低负荷运行导致发电设备和厂房基础结构出现严重安全隐患,威胁电厂和直流安全运行。依据设计要求和仿真分析短路容量不足对系统稳定性、交流过电压和低次谐振特性的影响,优化金中直流安全运行边界条件及直流输送功率设定。为保证被动跳进孤岛后系统稳定运行,提出主动闭锁直流的技术方案,即先切除换流站中的全部交流滤波器,然后紧急停运双极直流。该运行方式优化方案降低了直流送端开机要求,最低总开机台数由4台降至2台;枯水期直流送端功率设定600MW,既满足机组枯期出力送出又满足金中直流在联网和孤岛运行方式安全稳定要求,增强直流及送端机组运行方式安排灵活性。     

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。     

高压直流输电系统孤岛运行调频策略

高压直流输电系统采用送端孤岛运行方式能够显著改善远距离送电系统稳定性和提升送电能力,其中孤岛系统的频率稳定性是决定能否孤岛运行的关键因素之一。结合前期天广、云广直流孤岛调试结果,阐明孤岛方式下优先利用直流系统频率限制器(frequency limitation control,FLC)平衡功率波动、放大机组一次调频死区作为后备措施、优先调整机组功率、利用FLC自动跟随的调频策略。针对孤岛方式下直流双极跳闸后出现的部分机组调相运行的现象,利用电力系统功率扰动的3阶段分配原理解释了产生原因,提出避免机组长时间调相运行的控制策略。现场试验结果验证了所提调频策略的有效性,为未来直流孤岛运行方式安排和控制措施的确定提供了依据。     

溪洛渡右岸送电广东双回直流孤岛运行时昭通换流站侧过电压水平研究

溪洛渡右岸送广东直流工程在孤岛运行方式下发生双回双极闭锁时,将在送端昭通换流站产生较大的过电压,其过电压水平以及交流滤波器断口和避雷器相应工况将决定孤岛运行的安全稳定性。为此,笔者结合溪右直流工程实际接线方式,分析了不同孤岛运行方式与滤波器配置方式,利用PSCAD/EMTDC,研究了双回同时双极闭锁(ESOF或BLOCK)、双回相继双极闭锁以及送受端交流系统故障情况下的昭通换流站交流侧的过电压水平与避雷器工况,针对采取切除小组交流滤波器和切除大组滤波器措施时,并考虑了一组切除时间早于其他小组半个周波情况,研究分析了断路器断口暂态恢复电压及容性开断电流对孤岛运行的影响。通过系统地仿真计算,研究结果为实际直流系统现场运行提供技术依据,对于孤岛运行故障的应对等具有重要的工程借鉴意义。     

特高压直流送端孤岛系统频率稳定控制

特高压直流与大型水电机组配套电源采用送端孤岛运行方式,能有效消除由直流闭锁引起的潮流大范围转移、系统暂态功角失稳问题。但是,送端孤岛系统的频率稳定性是决定系统能否运行的关键因素之一。结合南方电网楚穗、普侨特高压直流孤岛的调试情况,研究了水电站与特高压直流送端孤岛系统超低频振荡的机理,提出了频率稳定控制策略;阐述了直流甩负荷导致部分机组调相运行的机理。机网协调控制RTDS试验平台的仿真结果以及特高压直流孤岛系统的现场调试结果表明了所提控制策略的有效性。     

接入LCC-HVDC的双馈风电场孤岛启动与并网控制策略

接入常规高压直流输电(LCC-HVDC)的双馈风电场系统,在直流送端无电压支撑的条件下无法孤岛启动,在传统并网控制方法下也无法稳定运行。为实现系统的孤岛启动及并网后的稳定运行,提出了一种接入LCC-HVDC的双馈风电场孤岛启动与并网控制策略,包括基于分布式储能的电路拓扑、孤岛启动的时序以及启动时序中每阶段系统的控制方法。在电路拓扑中,由配置于若干双馈风电机组变流器直流母线的储能为系统启动提供能量。基于此,风电机组采用空载启动方式,并网后风电机组采用基于无功功率的频率控制,直流系统采用基于有功功率的电压控制,两者共同维持送端交流母线电压及频率稳定。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,系统不仅能够顺利完成孤岛启动,而且在正常工况下电压和频率能够维持稳定,从而验证了所提孤岛启动与并网控制策略的有效性。     

风电参与调频后的切机效果影响研究

电网异步联网后,若直流系统发生闭锁故障,送/受两端电网都将出现功率不平衡,两端电网的频率稳定性会受到很大影响。风电建设规模与出力规模日渐提高,促使风机参与系统调频这一传统电网常规问题,成为亟待探索的方向。然而,由于风机与大水电、小水电、火电等各型类型机组具有不同的调频特性,因此就处理直流系统闭锁故障后送端电网的稳控切机措施而言,不同类型机组的切除效果有很大的不同。本文在分析上述四种类型机组的工作原理与运行特性的前提下,着重分析了风机有无参与调频的情况下送端电网不同类型机组切除对系统频率的影响。采用PSDBPA软件对云南某地区电网中不同类型机组的切机过程进行仿真。结果表明,风电参与调频后系统具有更好的频率调节特性。     

弱送端的高压直流输电系统功率回降策略设计

当与高压直流输电系统送端相连的交流系统为弱系统时,直流系统的调制功能将发挥更加重要的作用,直流系统将是稳控系统一个重要的调制手段。在送端电网损失大电源的情况下,稳控系统需回降直流功率,由于直流系统存在最小运行功率,当需要回降的功率大于直流最大功率回降量时,即使将直流系统回降至最小运行功率,仍会出现回降量不足的情况,将导致稳控系统切除送端电网负荷。为了尽量避免送端电网事故情况下稳控切除负荷,研究并提出了直流系统双极紧急回降量不足情况下的调制策略,并对直流系统与稳控系统的接口方式和交换信息进行了设计,开发了直流控制系统程序,搭建了RTDS仿真系统,验证了该策略的实用性和可实施性,为送端电网为弱系统的直流工程提供有益的参考和借鉴价值。     

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。     

云广特高压孤岛运行方式下单极闭锁性能试验分析

2013年5月26日,为进一步验证云广特高压孤岛状态下的电压、频率控制策略,开展了孤岛方式下的单极闭锁性能试验。试验表明,孤岛系统出现单极闭锁后,机组发电功率和直流输送功率能协调控制,并恢复稳态。但整流站直流站控系统无功控制模式若为定无功功率控制模式,将导致孤岛系统交流电压控制失败,电压长期越限,引发交流滤波器过负荷跳闸,导致双极相继闭锁。试验结论为,云广特高压孤岛方式下,禁止整流站直流站控无功控制模式选择为定无功功率控制模式,同时有必要进一步开展后续试验,对当前孤岛系统交流电压控制策略是否足够安全可靠进行验证。     

糯扎渡直流频率限制控制器研究

直流孤岛系统送端容量小,抗扰动能力差,送端系统故障容易引起交直流功率不匹配,系统频率失稳,甚至导致孤岛系统崩溃。频率限制控制器能够根据交流系统频率,改变直流功率参考值,使交流系统向直流输送功率与直流功率参考值相匹配,保证系统有功平衡,维持交直流系统稳定运行。结合糯扎渡直流工程分析FLC结构和功能,对其主要参数进行整定,并通过仿真验证FLC的作用。     

楚穗直流孤岛运行的谐波谐振研究

为了深入揭示楚穗直流孤岛运行的谐波振荡机理,保证楚穗直流孤岛方式的安全稳定运行,利用PSCAD/EM TDC电磁暂态仿真软件,计算分析了楚穗直流送端孤岛系统发生故障后,系统发生振荡的规律。振荡本质上在于直流送端弱交流系统下,在约70~80 Hz左右,机组、线路、换流站无功小组构成了LC谐振电路。考虑直流系统之后,谐振的频率增大,阻抗幅值有所减小。谐振点附近,换流母线处的等效阻抗较大,对故障后直流输电系统产生的该频率段的间谐波形成了谐波放大,在换流母线和交流系统中产生较大的电压和电流波动。提出了采取高周切机控制策略以有效地抑制楚穗直流孤岛方式单极闭锁后的振荡。     

云广直流小功率孤岛试验发现的问题及应对措施

云广直流孤岛方式运行是提高云南水电外送能力和保证南方电网安全稳定运行的重要措施。总结了云广直流带小功率孤岛试验中发现的主要问题及应对措施,诸如小湾电厂机组调速器不完全适应孤岛方式,直流闭锁后机组频率从最高频率下降至50 Hz时间较长,孤岛模式转联网模式过程小湾电厂机组有功功率波动较大等。这些问题的解决大大减小了后续大功率孤岛试验的风险。     

直流电压测量时间常数对直流送端孤岛系统运行的影响

由于直流送端交流系统"孤岛"、不联网方式运行,送端交流系统强度一般都比较弱。送端交流系统故障会导致交流系统电压和直流电压的降低。在直流送端"孤岛"运行、直流定功率控制方式下,基于实时闭环仿真系统模型,对直流电压测量时间常数对系统运行稳定性的影响进行理论分析和仿真验证。较小的直流电压测量时间常数使直流控制系统响应较快,电压降低后,直流控制系统迅速增加电流定值以维持直流输送功率的恒定,有可能导致送端交流系统因无功不平衡而电压严重降低,甚至是电压失稳;较大的直流电压测量时间常数使直流控制系统响应较慢,在系统电压恢复后,直流电流定值有可能继续增加,从而使直流功率不断增加,有可能导致送端有功不平衡,交流系统频率严重降低,甚至失稳。还针对系统分析和实际工程给出了启示性的建议。     

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。