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。     

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。     

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。     

直流孤岛送电系统的功率输送能力分析

传统高压直流输电系统存在送端孤岛运行的可能性,而直流孤岛送电系统的功率输送能力是其运行特性的重要方面,因此对直流孤岛送电系统的功率输送能力进行了针对性的研究。在PSCAD/EMTDC仿真程序中搭建了直流孤岛送电系统模型;通过理论计算和时域仿真2种方法分别绘制系统最大功率曲线,根据直流电流指令值变化速率的不同,分类讨论了慢速电流变化时的励磁模型和励磁参数对系统功率输送能力的影响、快速电流变化时励磁参数对系统过渡过程的影响;将所提方法应用于分析送端交流系统故障,阐述失稳机理并提出改善措施。仿真结果表明:基于功率输送能力分析的直流电流限幅和发电机强励措施能显著改善直流孤岛送电系统发生故障后的暂态响应特性。     

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。     

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。     

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。     

基于实时数字仿真器的云广特高压直流系统孤岛运行仿真

云广特高压直流系统输送功率大,送端换流站远离电站而且靠近云南电网昆明负荷中心,交流系统相对较弱,特高压直流系统在失去与云南主网相连的全部500kV联络线后,系统将进入孤岛运行方式。为此,采用实时数字仿真器和特高压直流保护控制软件搭建了详细的实时闭环仿真系统模型,对云广特高压直流系统进入孤岛运行过程进行仿真分析,研究云广直流系统进入孤岛方式运行交直流系统的暂态稳定性能,并对交流系统和直流系统故障过程进行了仿真,分析系统故障后交流系统电压和频率的暂态特性以及交直流控制系统的动态性能。通过仿真验证了云广特高压直流在孤岛运行方式下,系统仍具有良好的动态性能,对实际的工程具有重要指导意义。     

面向风火打捆的特高压直流输电工程弱送端强直弱交耦合特性研究

哈郑特高压直流是我国首个大容量风火打捆直流外送工程,送端电网存在多种安全稳定问题。分析了直流运行特性,提出了过渡期联网运行和孤岛运行的条件。研究了弱送端电网不平衡功率分配特性,为故障后保障重要交流通道安全稳定控制策略的制定奠定了基础。研究了特高压直流输电系统与750 k V交流电网耦合特性,指出配套火电的投运将使吐哈断面稳定问题由动态稳定转变为暂态稳定,二通道同时存在电压大幅波动和暂态稳定问题,给出了故障约束下特高压直流与二通道输电能力。分析了直流对青藏直流及藏中电网频率稳定的影响规律,研究了风火不同比例下直流故障引起的电压波动问题,为西北电网的运行控制提供了参考依据。     

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。     

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。     

新能源基地经LCC-HVDC送出系统振荡机理分析与抑制策略(一):计及受端影响的阻抗建模EI北大核心CSCD

新能源基地经电网换相换流器型高压直流(line commutated converter-based high voltage direct current,LCC-HVDC)送出系统次/超同步振荡风险严重制约系统安全运行。阻抗模型逐渐成为大规模新能源并网振荡问题分析和解决的有效方法。现有LCC-HVDC阻抗建模将受端换流站等效为理想电压源,未考虑受端换流站和受端电网强度等因素。该文首先建立计及受端换流站及受端电网强度的LCC-HVDC阻抗解析模型,分析换流站交流侧与直流侧间、送端换流站与受端换流站间的阻抗耦合关系。然后,基于送受端耦合小信号模型,揭示受端电网强度、受端换流站锁相环与直流电压环控制、送端换流站直流电流环控制对LCC-HVDC送端交流端口阻抗特性的影响机理。最后,基于新能源发电和LCC-HVDC输电控制保护装置,构建新能源基地经LCC-HVDC送出系统全电磁暂态实时仿真平台,开展系统振荡阻抗分析与时域仿真,验证LCC-HVDC受端对送端系统振荡特性的影响。     

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。     

观音岩电站送出直流工程系统谐波阻抗特性研究

观音岩电站送出直流工程是南方电网异步联网工程的重要组成部分。相对于其他直流工程,该直流的特点主要有:1送受端换流站可能存在的运行方式较多;2受端换流站送出线路加装串补,且最终串补度尚未确定。针对观音岩电站送出直流工程的特点,采用NIMSCAN程序对该直流工程送受端换流站的系统谐波阻抗特性进行了研究。对于送端换流站,比较了联网运行方式和孤岛运行方式下的系统等值谐波阻抗特性;对于受端换流站,按照送电方向的不同对系统的谐波阻抗进行分别计算。最后,分析了换流站出线串补的串补度变化对系统谐波阻抗参数的影响。     

高压直流输电系统单极闭锁故障下同步调相机与STATCOM的对比研究

当高压直流输电系统送端换流站发生单极闭锁故障时,换流站交流侧将出现无功功率过剩,导致换流站交流侧电压骤升,进一步会引起送端电网各发电设备端电压的骤升。因此,需要在送端交流侧附近加装适当的暂态无功补偿装置以提高系统的稳定性。为此该文先从运行原理、响应特性等多个角度对同步调相机和静止同步补偿器两类暂态无功补偿装置进行分析。然后再对比分析单极闭锁故障下两者在高压直流输电送端系统的应用效果。最后结合单极闭锁故障下切除部分无功补偿装置的措施,得出同步调相机具有更强的暂态无功支撑能力和暂态电压调节能力的结论。     

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。     

网源稳态调压对暂态无功支撑能力的影响研究

发电机与静止补偿电容器是电网稳态电压调控的重要无功源。特高压直流送端大型水、火电机组以及受端电网电压支撑机组与主网电气联系紧密,可参与系统稳态调压。针对电力调度与运行系统中,关于稳态运行时降低机组无功出力可以增大暂态无功备用这一观点的不足之处,通过理论解析,揭示了发电机组稳态运行工况对暂态无功出力特性的影响;针对发电机与静止补偿电容器组合的网源调压系统,提出物理意义明确的暂态无功支撑能力定义以及提升该能力的稳态优化调压方案。小电网测试系统和特高压直流送、受端大电网仿真计算结果表明,增加机组稳态无功出力,可改善交流电网受扰后暂态电压恢复特性。     

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。     

混合直流输电系统送端交流暂态电压特性研究

对于大规模新能源特高压直流外送系统,受端电网故障可能导致送端电网电压剧烈变化,严重威胁送端电网的安全稳定运行,因此送端电网暂态电压是直流输电系统适应性的重要考虑因素。混合直流输电结合了常规直流和柔性直流的优势。针对大规模新能源混合直流外送应用场景,首先介绍了两端混合直流输电系统典型拓扑,建立了相应数学模型,阐述了基本控制结构。然后分析了当受端交流电网发生短路故障,采用不同直流输电拓扑方案时送端电网的交流暂态电压特性。最后在PSCAD/EMTDC搭建了不同混合直流输电系统仿真模型,验证了上述分析的有效性。     

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...