含风电特高压直流系统单极接地故障暂态特性研究

大型风电能源基地通过特高压直流工程外送时,风机的接入使电网运行特性更加复杂多变,有必要研究单极接地故障下含风电场的特高压直流系统暂态特性。文中建立了风电接入的特高压直流系统电磁暂态仿真模型,通过等效模量法分析了单极接地故障下直流侧过电压的产生机理,讨论了交流侧及风机并网点电压波动的原因;在此基础上,研究了接地点位置、端部阻抗、功率输送等因素对系统电磁暂态特性的影响及规律。结果表明,双极运行下单极接地故障发生在线路中点时,健全极过电压最大;直流滤波主电容对健全极过电压影响较大;故障时无功功率不平衡导致风机接入点电压升高,该过电压与系统功率输送有关,可引起风机高压脱网并使故障继续扩大。文中获得了含风电特高压直流系统及风机的暂态特性及影响因素,对于指导过电压的抑制具有重要的参考价值。     

大规模风电直流送出系统过电压抑制措施及控制方案优化研究

大规模风电特高压直流集中外送系统中,直流故障时由于扰动大且风电机组抗电压扰动能力差,暂态过电压问题突出,导致直流功率和新能源功率形成互相制约的矛盾关系,严重影响大规模风电特高压直流外送系统安全稳定运行和近区新能源消纳。为解决上述问题,提升大规模直流送出系统稳定水平及新能源消纳能力,分析了大规模风电直流送出系统电网暂态压升机理及影响过电压水平的因素,根据影响过电压水平的关键因素,提出利用风机过压保护差异性,允许部分风机高压保护动作脱网,利用直流FLC(Frequency limit control)功能及联切风电场电容器阻断大规模新能源连锁故障、优化风电机组无功控制特性等多项组合措施以降低过电压的思路。根据上述思路,以祁韶直流风电送出系统为研究对象,制定了直流近区新能源优化控制方案,仿真计算结果证明了文中所提思路的有效性。文中成果已经在祁韶直流运行控制中得到实际应用,有效提升了新能源消纳能力和系统稳定水平。     

风机低电压穿越控制对系统暂态过电压的影响及优化

特高压直流输电工程及近区大规模风电场的陆续投运使系统交直流故障扰动后的暂态过电压问题愈发凸显,严重威胁交直流设备安全,已成为严重制约特高压直流输电能力及风电场并网功率的关键因素,其中风电机组在系统交直流故障扰动后低电压穿越过程中的有功/无功功率动态特性是引起系统暂态电压进一步升高的重要因素。鉴于此,结合我国风电机组并网技术规范,首先阐明了风电场在电网故障穿越过程中的控制切换逻辑,并详细分析了风电机组在低电压穿越期间及恢复过程中的暂态有功及无功输出特性。其次,探讨了风电场低穿过程恶化系统暂态过电压的作用机制,在此基础上,对比分析了不同低穿控制方式对风电机组功率特性及对系统暂态电压的影响,并指出了敏感影响因素。最后,提出了风电机组低穿控制性能优化建议,可用于指导实际并网风电机组低穿控制策略优化,以有效抑制系统暂态过电压水平。     

风机故障穿越特性对大规模风电直流外送系统暂态过电压的影响及参数优化

随着高比例新能源发电越来越成为当前力争实现"碳达峰、碳中和"目标下的主力电源,特高压直流输电工程的陆续投运和大规模新能源的集中接入使得直流故障引发的暂态过电压问题日益凸显,严重威胁电网设备安全,影响特高压直流输电外送能力.新能源机组在暂态过程中的故障穿越特性作为与过电压水平密切相关的重要因素,亟待展开深入研究.从直流故障扰动后系统出现暂态过电压的机理出发,详细介绍了风电机组的低电压穿越特性及相关变量参数,通过某特高压直流输电工程中直驱永磁风机的算例展开了机组故障穿越控制参数对电压暂态特性的敏感性分析,并提出了风电机组控制策略和模型参数的优化建议.研究成果可为当前高占比新能源并网形势下电网的安全稳定运行提供参考.     

考虑风机动态特性的大扰动暂态过电压机理分析

在大容量直流和高占比新能源集中接入的电网背景下,暂态过电压问题极大地制约了直流输电能力和风电并网容量,亟须进一步深入研究考虑风机动态特性的大扰动暂态过电压机理及影响因素。文中从理论推导和仿真分析2个方面开展研究,首先推导了交直流故障后换流站和风机侧暂态电压幅值的理论计算公式;然后分析了交直流故障引发暂态过电压的机理及主要影响因素;最后结合仿真分析了风机低电压穿越期间不同有功、无功特性对暂态过电压的影响,通过实际系统算例进行了仿真验证。研究结果表明,风机低电压穿越特性将使得风电场成为换流站之外另一个导致暂态过电压的"无功源",低电压穿越期间风机有功出力越小及无功出力越大将导致暂态过电压越严重。     

直流闭锁故障下风电并网功率和直流输送功率的耦合关系分析

中国一次能源和负荷成逆向分布,新能源基地集群通过特高压直流群外送,新能源高占比电网中风电和直流耦合关系复杂。首先,建立电网分析模型,研究风电和直流在电网频率、电压方面的耦合关系。其次,根据最大频率偏差耐受能力,计算风电和直流在频率方面的耦合关系。再次,根据直流闭锁故障后风电暂态过电压总脱网量约束,推导风电并网点的暂态压升,计算暂态压升和脱网量的关系,得到直流和风电在暂态过电压方面的耦合关系。理论计算结果表明：风电和直流呈负相关性。根据2020年西北电网青豫直流和近区风电并网功率的仿真结果,验证了理论推导的正确性。     

暂态过电压引起风电机组连锁脱网风险分析及对策

直流换相失败、闭锁等扰动过程中会在换流站产生暂态过电压,而且暂态过电压的大小与直流输送容量密切相关。如果直流近区存在大量风电场,暂态过电压可能引发风电的过电压脱网及连锁反应。分析了直流近区暂态过电压问题的原理和影响因素,阐述了过电压可能引起风电脱网的机理,并通过实际案例和仿真分析进行了验证。最后,从提高短路容量、加强网架结构、提高风电耐压能力等方面提出了防范风电连锁脱网的应对策略。     

风电汇集系统无功盈余导致暂态过电压问题的研究综述

近年来,风电高速发展,“风资源丰富地区建设多个风电场—经110/220kV线路将多风电场汇集—经超/特高压交/直流输电系统集中送出”是近年来风电送出系统发展的主要模式。目前中国西北/东北/华北等地的风电汇集地区配套火电机组少,无功–电压灵敏度高,发生典型交/直流故障后,存在暂态过电压问题,可能导致风机大面积脱网,影响系统安全,制约风电消纳。该文从四方面对风电汇集地区暂态过电压问题研究现状进行综述:1)暂态过电压产生机理;2)暂态过电压的相关标准与潜在危害;3)暂态过电压问题的特点与分析方法;4)暂态过电压应对措施,并提出后续研究建议和展望。     

直流双极闭锁故障下送端系统暂态过电压计算方法

针对特高压直流输电系统闭锁引起的暂态过电压严重威胁系统安全运行的问题,推导建立了直流双极闭锁后换流母线暂态电压的解析表达式。在此基础上,建立了送端交流系统电力网络等值模型,推导出了直流双极闭锁后送端交流系统内任一关键节点暂态过电压的计算方法。为判断送端新能源节点面临高压穿越问题的严重程度、提前发现系统薄弱环节,提出用阻抗比来表征节点的暂态过电压程度。在直流双极闭锁后节点暂态电压压升值随着阻抗比增大而呈现线性升高的趋势。基于DIgSILENT仿真平台,搭建了CIGRE直流输电标准测试系统和吉泉±1100 kV高压直流送端系统,验证了送端系统暂态过电压计算方法及结论的正确性。     

风电经特高压直流送出系统的暂态过电压问题研究综述

大规模风电通过特高压直流线路外送时,换相失败、直流闭锁等故障引发的暂态过电压问题严重影响了系统的安全稳定运行,制约了系统的输电能力.针对风电经特高压直流送出系统暂态过电压问题的研究步骤和关键技术挑战,从系统仿真建模、暂态过电压根源解析、抑制策略设计3个方面,分别进行总结和综述:从大规模风电经特高压直流送出系统的仿真建模...     

直流双极闭锁故障下送端系统暂态过电压计算方法

针对特高压直流输电系统闭锁引起的暂态过电压严重威胁系统安全运行的问题,推导建立了直流双极闭锁后换流母线暂态电压的解析表达式.在此基础上,建立了送端交流系统电力网络等值模型,推导出了直流双极闭锁后送端交流系统内任一关键节点暂态过电压的计算方法.为判断送端新能源节点面临高压穿越问题的严重程度、提前发现系统薄弱环节,提出用阻...     

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。     

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。     

UHVDC故障下紧急直流功率支援方案研究

采用EEAC法分析了特高压直流输电系统在大扰动下进行紧急直流功率支援的机理,紧急直流功率支援可以有效改善系统的暂态稳定性.借助PSD-BPA详细直流模型,针对云广特高压直流输电工程大扰动情况下进行仿真,得到合适的功率支援开始时刻,适当提升速率、适当支援量,同时能够掌握回降的时间及速率,将极大提高直流功率支援的效果.     

基于可控自恢复消能装置的直流送端暂态过电压抑制方法

常规特高压直流输电系统受端换相失败或直流闭锁时输送功率受限,将导致送端换流站的无功消纳盈余进而诱发送端系统过电压。提出基于可控自恢复消能装置的过电压抑制方法,能够防止常规特高压直流输电系统送端电压上升过大。首先,分析了送端过电压产生机理;其次,介绍了可控自恢复消能装置的过电压抑制原理,并给出了装置参数整定方法;最后,结合PSCAD/EMTDC和试验平台验证了可控自恢复消能装置实现常规特高压直流输电系统暂态过电压抑制的有效性。     

特高压直流完全闭锁后的暂态压升计算方法

针对特高压直流完全闭锁引起的交流系统暂态过电压问题,得出无功盈余量、短路容量是引起暂态压升的主要因素,计及无功补偿的容升效应与交直流系统间的无功交换,得出无功盈余量的计算公式并推导出换流母线暂态压升的计算方法。根据暂态压升表达式提出两个新指标用来衡量直流完全闭锁后的暂态过电压程度,并定量分析了闭锁容量与暂态压升的关系。最后基于DIgSILENT仿真平台,分别搭建CIGRE直流输电标准测试系统与新疆天中直流送端系统,仿真验证了暂态压升计算方法的有效性与正确性。     

风电高渗透率交直流外送系统直流闭锁稳控方案研究

针对特高压直流闭锁后的交流系统暂态过电压问题,深入剖析了直流闭锁后盈余的无功功率、短路容量与交流系统暂态过电压的关系,对比分析了安控切风电与极控切滤波器时序对交流系统暂态过电压的影响。提出基于风电机组故障穿越能力的交流系统稳控方案以及相应的暂态过电压抑制措施。以DIg SILENT为平台搭建哈密电网仿真模型,对所提稳控方案及暂态过电压抑制措施的正确性和可行性进行了仿真验证。仿真结果表明,所提稳控方案及暂态过电压抑制措施可有效降低系统暂态过电压,规避风电机组连锁脱网的风险,并有利于交流系统电压恢复。     

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。     

风电机组大扰动暂态过电压机理分析及优化抑制

在高比例新能源集中接入弱电网的背景下，大扰动暂态过电压问题严重制约新能源消纳，亟须进一步深入研究大扰动暂态过电压机理及影响因素，提出优化抑制策略，从而保障风电可靠消纳。分析交流故障引发暂态过电压的机理及主要影响因素，指出大扰动下风电机组动态特性与暂态过电压水平密切相关，尤其是在故障清除后的恢复过程。针对风电机组在恢复过程的动态特性，提出大扰动暂态过电压优化抑制策略。最后采用电力系统全数字仿真装置（Advanced Digital Power System Simulator,ADPSS）进行电磁暂态仿真，通过实际系统算例验证了优化抑制策略的有效性。     

应对特高压直流大扰动的稳定措施综述

特高压直流对于保障大规模清洁能源消纳和负荷中心的电力可靠供应具有重要作用,近年来得到快速发展。特高压直流输送功率大,一旦发生极闭锁、换相失败等大扰动将对送、受端系统的有功和无功功率平衡造成较大冲击,若不采取有效应对措施,可能会导致电网稳定破坏。为实现“碳达峰、碳中和”目标,越来越多的新能源将通过特高压直流送出,直流大扰动诱发的过电压导致新能源机组连锁脱网的风险日益突出。立足于实际电网生产运行,从功角稳定、频率稳定、电压稳定和过电压等4个方面对应对特高压直流大扰动的稳定措施进行梳理,并尝试给出了提升大电网稳定水平的措施建议。