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。     

基于雷电预警的UHVDC系统主动雷击防护策略

提出了基于降压运行和直流紧急功率支援的主动防护思路,分析了在特高压直流输电系统遭受雷击故障时2种方法提高电网安全运行能力的作用。利用PSASP建立了四川电网丰大运行方式下包含特高压直流输电通道的仿真模型,基于系统稳定性判据,仿真分析了雷击造成各条特高压直流输电通道单极/双极闭锁时,降压运行控制和直流紧急功率支援控制对送端电网安全稳定性的影响。研究结果对确保含特高压直流输电系统的电网安全稳定运行具有参考价值。     

多特高压直流参与受端“强直弱交”电网安全防线的协调控制技术

特高压直流以其快速、灵活的调控特点成为电网运行中有效的控制手段,结合实际电网,研究特高压直流控制在电网安全防御的作用及功能尤其必要。结合中国典型的受端电网“强直弱交”实际场景,仿真分析了强直流冲击弱交流的安全稳定风险,提出了应对直流闭锁风险的特高压直流参与受端电网三道安全防线的控制策略,包括：特高压直流功率预控;特高压直流与切负荷等安控的紧急协调控制策略;弱交流通道解列后特高压直流与低频减载的协调配合策略等。仿真验证了受端电网的直流闭锁冲击特性及直流参与安控防线策略的合理性。     

柔性直流与常规直流协调的紧急功率支援策略研究

柔性直流(VSC-HVDC)具有响应速度快、有功无功解耦、可向交流系统提供无功支撑等运行特性。将柔性直流纳入电网紧急控制系统,可在提升交直流电网暂态稳定性基础上降低常规切机切负荷控制的代价。基于扩展等面积法则(EEAC),研究直流紧急功率支援提高故障后系统暂态安全稳定性的机理;通过对不同类型直流功率调制的对比研究,指出柔性直流与常规直流(LCC-HVDC)的紧急功率支援在改善故障后系统功角恢复方面存在差异,紧急控制应考虑不同类型直流的控制优先级;提出为保障故障后电网暂态稳定所需直流紧急支援功率计算方法,并结合不同故障情况下直流功率支援的优先级制定相应的紧急协调控制策略。     

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。     

面向特高压直流稳控措施的电网频率稳定控制优化研究

直流特高压输送容量占电网总容量比重较大,一旦直流发生单极或双极闭锁故障,电网就将产生严重的高频问题,对系统安全稳定运行产生巨大挑战。针对特高压直流输电工程投产后电网典型运行方式进行频率稳定控制策略优化研究,对特高压直流故障后系统出现的高频问题分析不同故障需切除的电源数量,探讨系统第二道防线与第三道防线的配合关系,提出提高电网频率稳定控制的实施方案。     

综合多类型措施的频率紧急协调优化控制研究

随着电网精益化运行要求的提高,直流紧急功率支援、发电出力快速升降、负荷控制等连续调节型控制技术在当今电网运行控制中得到越来越多的关注。针对我国新能源及跨区特高压直流规模不断扩大形势下电网面临的频率突出问题,分析了故障后暂态频率安全特性及控制需求,计及各类控制措施响应特性、控制代价及暂态频率安全裕度量化指标,制定了多类型控制措施的协调配合原则和思路,提出了一种综合多类型措施的频率紧急协调优化控制决策方法。在保证电网频率安全的前提下,通过协调连续和离散控制措施,降低电网故障后频率控制代价,适应了现代电网精益化频率稳定控制要求。基于实际规划特高压直流送端电网,仿真验证了所提方法的可行性。     

直流系统参与电网稳定控制应用现状及在安全防御体系中的功能定位探讨

根据交直流电网安全稳定控制需求,分析了直流系统功率紧急控制、功率调制、频率调制、无功调制等附加控制功能及其应用现状,比较了新旧版本《电力系统安全稳定控制导则》对直流系统参与电网稳定控制定位的阐述;在此基础上,结合我国电网特征及发展趋势,探讨了直流系统多种附加控制功能在电力系统安全3道防御体系中的定位,并给出了建议.     

对于准东—皖南特高压直流投运后哈郑直流安全稳定控制措施的思考

结合新疆十三五电网规划目标,研究了准东-皖南特高压直流投运后对当前哈郑直流安全稳定控制措施的影响。针对哈郑直流闭锁故障,研究了基于直流功率紧急调制的协调控制策略应用于哈郑直流安全稳定控制措施的可行性,并对直流闭锁故障情况下切机措施引起的潮流转移、新能源脱网、第三道防线动作等潜在风险,提出了安全稳定控制措施的优化协调方案。分析表明,准东-皖南特高压直流投运后,哈郑直流采用功率紧急调制的协调控制策略能够减少新疆电网内部的切机量,进一步减少直流闭锁故障对新疆电网的冲击,提高电网安全稳定运行水平。     

电力系统安全稳定综合防御体系框架

提出了电力系统安全稳定综合防御体系的框架.从一般安全理念出发,电力系统安全稳定综合防御体系可由电力系统安全保障体系(即主动安全体系)和电力系统稳定控制系统(被动安全体系)构成.电力系统安全保障体系(主动安全)是指提高电力系统安全性和可控性的措施;电力系统稳定控制体系(被动安全)是指保证电力系统受到扰动后的安全性和稳定性的措施.电力系统安全保障体系(主动安全)可分为三道防线:第一道防线是坚强的电网结构,为电力系统安全奠定坚实基础;第二道防线是最优的自动控制系统,提升电力系统的安全运行水平;第三道防线是安全的运行方式,保证电力系统运行在安全水平.电力系统稳定控制体系(被动安全)就是传统的电力系统安全稳定三道防线,第一道防线是快速切除故障元件,防止故障扩大;第二道防线是采取稳定控制措施,保持系统稳定运行;第三道防线是系统失去稳定时,防止发生大面积停电.     

具备故障限流功能的新型线间直流潮流控制器

直流电网在发生故障时,电流会迅速增大,危及整个系统安全运行。而用于切断故障电流的直流断路器开断能力有限,需要与故障限流器配合使用。随着直流电网结构的日益复杂,潮流控制问题也日益突出。在直流潮流控制器原有的潮流控制能力上,探索其故障限流能力并提出一种具备故障限流能力的新型线间直流潮流控制器拓扑。潮流控制部分采用线间直流潮流控制器,故障限流部分采用晶闸管控制电感投入实现限流。对所提控制器的工作原理、动作过程及理论分析进行了研究,并在单端等效系统及四端柔性直流电网中进行了仿真验证。仿真结果表明,该控制器可在正常运行时控制2条线路的潮流,在某一线路单极接地故障时进行故障限流并通过与直流断路器配合完成故障电流的切除,该装置及控制策略的可行性与有效性得到验证。     

华中电网的直流紧急功率支援问题

研究了1 000 kV交流特高压试验示范线建成后,直流输电调制对华北—华中互联电网运行安全稳定的作用。分析了直流紧急功率支援的机制以及实现方法,并对华中电网内直流系统发生双极闭锁故障时,华北—华中互联电网和特高压交流输电通道承受故障冲击的能力及系统的安全稳定水平进行了仿真分析。通过一回直流双极闭锁故障时,华中电网中4回直流输电线路之间紧急功率支援的仿真研究结果表明,采用直流输电系统紧急功率支援对保持互联系统稳定性和供电可靠性具有良好的效果。     

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。     

水电汇集多直流弱送端电网稳定控制及系统保护方案

渝鄂柔性直流背靠背和藏中-昌都联网工程投运后,具备水电汇集多直流弱送端特征的西南电网规模显著减小且长链式弱互联结构突出,电网安全稳定特性面临深刻变化。在深入分析西南电网运行特性和面临风险的基础上,指出了现有安全稳定控制策略的不足,提出了适应西南电网差异化稳定控制需求的系统保护架构和功能配置方案,并阐述了其关键技术。该系统中全网功角稳定控制、频率控制、电压控制、低频振荡和超低频振荡抑制,以及全景状态感知与监测等功能,可提高西南电网水电送出能力,支撑西南乃至国家电网安全稳定运行。     

南方交直流混合电网调度运行控制

南方电网是我国第一个交直流混合运行的大电网,直流落点集中,西电东送通道长期压极限运行,电网稳定问题较突出。同时,南方电网地理气象条件复杂,雷害、污闪、台风、覆冰等问题严重威胁电网安全。因此南方电网必然是一个结构复杂、科技含量高、运行驾驭难度大的电网。文中系统地阐述了南方电网的技术特点,总结了中国南方电网公司为保证南方交直流混合电网的安全稳定运行在调度运行控制方面所做的工作及安全措施,如注重电网稳定特性分析、加强安全稳定控制系统的建设和管理、强化PSS运行管理、合理调控交直流功率分配等问题。     

基于解列信息触发的孤立电网紧急控制方法研究

跨大区电网互联、大容量直流输电及第三道防线动作的延时和不确定性对紧急控制技术提出了更高要求。缺乏快速主动控制措施是导致电网联络线解列后大量潮流跨网转移和孤网内安全稳定形势恶化演化,继而引发系统相继解列和最终崩溃的关键原因。在分析总结导致电网解列的因素和解列后孤网面临的主要安全稳定问题基础上,提出了“离线-在线”相协调的包括控制主站、控制信息子站和执行站三层结构控制的基于解列信息触发的孤立电网紧急控制方案。通过离线基于性价比、在线基于量化的交直流控制措施的控制性能指标完成策略的搜索和优化制定,确保电网紧急状态解列后具有快速主动有序的控制措施。仿真验证了方案的可行性。