基于直流闭锁事故的华东电网频率特性及控制措施

随着区外直流馈入规模不断增加,华东受端电网频率稳定支撑特性逐渐下降。针对2016年华东电网两起实际直流闭锁事故,开展受端电网频率稳定特性仿真,通过调节全网发电机一次调频特性,再现特高压直流闭锁后系统频率响应过程。在此基础上,开展汛期低谷方式下华东最大单回及两回直流闭锁后频率稳定仿真。仿真结果表明,当前电网一次调频能力不足,直流闭锁后存在低频减载动作风险。针对上述问题,华东电网已经开展频率紧急协调控制系统建设工作,通过系统仿真进一步验证相关控制措施的有效性。相关研究方法和结论已应用于华东电网频率仿真分析和事故预案制订,以提高直流闭锁后的风险抵御能力。     

特高压直流闭锁后超（超）临界机组大频差控制策略

特高压直流输电系统发生直流闭锁故障时,受电端电网瞬间损失功率必须依靠区域内电厂调频来弥补,火电机组的作用尤为关键,现阶段火电厂多为高参数大容量机组,机组的蓄能非常有限,电网直流闭锁故障引发的大频差一次调频动作时,火电机组一次调频贡献电量受到机组蓄能的影响,不利于电网事故的快速恢复,还可能引起电网频率的振荡。以目前比较典型的600 MW等级火电机组为例,在皖电东送田集电厂进行大频差时一次调频和协调控制策略的相关试验,研究优化方向,采用了形式多样的新型控制策略,改善机组协调控制和一次调频性能,提高事故状态下火电机组对电网的贡献度。     

±800 kV天中特高压直流送端系统安全稳定性分析

为分析天中特高压直流送端电网安全稳定性,基于有效短路比(OESCR)、投切滤波器和直流单(双)极闭锁故障分析不同直流运行工况对送端电网的影响,在此基础上分析疆内电网一次调频作用下直流系统的频率特性、配套机组跳闸与单极闭锁故障下直流孤网运行特性。结果表明,直流配套火电6/8台机可建立工况运行,直流联网运行下其频率特性受疆内电网调频影响较大;直流孤网运行时,在配套机组跳闸或单极闭锁故障后无控制措施情况下,均易引起直流系统频率稳定和暂态过电压问题,此时须考虑稳控切机或直流功率紧急控制提升直流系统安全稳定性。     

并网电厂涉网安全专项监管报告发布

正近年来,伴随着特高压交直流电网的发展,电网和电源的交互特性更加复杂,电网一体化特征更加显著,对机组的调频、调压等性能更加依赖。例如:2015-09-19,在锦苏直流双极闭锁事件中,华东电网的频率跌落幅度远超预计值,其中一个重要原因为部分机组的一次调频能力被蚕食,达不到国家和行业的相关标准和要求,给电网的安全稳定运行带来较大的风险和隐患。     

华东电网一次调频能力量化评估及运行控制策略

随着新能源发电及区外直流来电占比的增加,电网一次调频能力愈显不足,保障电网频率安全日益重要。文中建立了包含同步发电机、调速器及负荷模型的频率仿真简化模型,并考虑了电网电压波动对负荷的影响,采用频率仿真简化模型对实际及预想故障下电网频率进行了仿真。与中国电科院电力系统仿真软件(BPA)详细模型仿真结果的比较表明,简化模型频率仿真的精度满足要求。应用该模型对华东电网当前及未来的频率安全形势进行了评估,指出2025年华东电网频率安全面临严峻挑战,要提高常规同步发电机的一次调频能力并控制直流来电占比,逐步考虑新能源具备虚拟惯量和一次调频能力,实现新能源机组友好并网,满足未来电网发展需求。     

异步互联格局下川渝送端电网的频率稳定特性与控制策略

川渝电网与三华电网、西北电网异步互联后,大容量特高压直流输电系统(ultra high voltage direct current,UHVDC)一旦发生双极闭锁故障,会造成川渝送端电网的巨大功率盈余,导致系统频率急剧升高甚至诱发频率失稳、系统解列等重大安全事故。因此,迫切需要研究异步互联格局下,直流闭锁故障对川渝送端电网频率稳定的影响及其控制策略。该文基于异步互联后川渝送端电网2020年大方式运行数据,考虑送端系统一次调频特性,研究了任一回大容量特高压直流通道(向家坝—上海、宜宾—金华、锦屏—苏州、雅中—江西)发生单极闭锁或双极闭锁故障后川渝送端电网的频率稳定特性。为保障频率稳定,提出了相应的直流调制、稳控切机及协调控制等策略。仿真结果验证了所提稳定控制策略的有效性。     

适用于多直流馈入电网的频率弹性评估方法

为精准定量评估交直流混联电网遭受故障后的频率恢复能力，文中提出一种适用于多直流馈入受端电网的频率弹性评估方法。首先，针对不同直流闭锁故障进行仿真计算，掌握电网故障后的频率变化特征；然后，计算一次调频期间实际频率曲线与恒定频率曲线之间的面积，将其作为电网频率弹性评估指标，并建立各种直流闭锁故障与频率弹性指标的映射关系。所提方法不仅能实现多直流馈入电网频率弹性评估，还可定量对比不同措施的频率稳定性提升效果。最后，以华东实际电网为例进行仿真验证，分析增加燃机等多种措施的频率稳定提升效果，结果表明文中所提频率弹性评估方法正确且有效。     

水-火电机组频率控制策略研究

哈密—郑州特高压直流输电送端电网存在大量的水电机组,掌握水电与火电一次调频特性及其差异对大功率输电安全稳定性具有重要意义。以哈密—郑州特高压直流输电送端电网为研究对象,仿真分析了在较高水电负荷比例条件下不同控制参数对调频控制的影响,结果表明,提高水、火电机组的稳定性和持续性都能显著提高综合调频能力和混合电网的频率稳定性,但水电机组容量的增加会提高电网频率的动态超调。此外,水、火电机组调频指令与负荷的线性度水平都有待进一步规范。     

上海电网应对大功率直流事故的能力分析与对策

2005年11月20日13:56:39,龙政直流输电系统双极闭锁,当时影响华东电网近3 GW功率,在失去直流电源后, 华东电网频率骤降至49．518 Hz,恢复到正常频率50 Hz共经历了231 s。文章通过分析这段时间内上海电网机组的响应情况,掌握了上海电网机组应对频率事故能力的现状,同时发现了上海电网在一次调频和自动发电控制(AGC)策略中应对频率事故的不足,并针对这些不足提出了相应的策略,以提高上海电网应对频率事故的能力。     

适用于交直流混联受端电网的机组组合模型及算法

特高压直流双极闭锁后,受端电网可能出现频率降低、功率大范围转移等运行情况,甚至引起低频减载、线路越限等电网事故。针对上述问题,提出一种用于交直流混联受端电网的机组组合模型,考虑了直流闭锁后的一次调频容量约束和二次调频后节点电压、线路功率等电网运行约束条件,保证直流闭锁后电网频率和潮流仍可运行在合理范围内。根据模型特点,采用基于Benders分解的混合整数规划算法进行求解,得到直流最优输送容量、最优机组启停和出力计划,在充分消纳直流输送功率的同时提高了交直流受端电网运行的安全性。最后,通过改进后的10机39节点和江苏电网两个典型的交直流混联电网算例进行仿真计算,结果验证了所述模型和算法的正确性和有效性。     

大规模风电经LCC-HVDC送出的送端电网频率协同控制策略

针对大规模风电经电网换相型高压直流(LCC-HVDC)送出的送端电网所面临的严峻高频问题,充分挖掘风电潜在调频能力,提出一种风电与直流频率限制器(FLC)参与送端电网调频的协同控制策略。分析直流FLC参与送端电网调频的响应特性,刻画送端电网频率与风电机组功率的下垂关系,设计风电机组变转速与变桨距角相结合的一次调频控制方法。建立包括常规机组一次调频、风电机组下垂控制和直流FLC的频率响应综合模型,结合电网的频率稳定要求,采用灵敏度方法整定风电机组与直流FLC的调频参数,设计风电与直流FLC共同参与的频率协同控制策略。算例仿真结果表明：所提频率协同控制策略可有效降低高频切机、直流过载运行风险,提高送端电网的频率稳定性。     

火电燃煤机组大频差一次调频性能研究与优化实施

通过对两起电网直流故障事件的分析,发现火电燃煤机组一次调频动态响应特性普遍不佳,电网大频差与中小频差特性完全不同。在对电网大频差模型辨识的基础上,优化机组一次调频控制策略,实施大频差试验,分析梳理试验结果,评估机组各工况点风险,对火电燃煤机组大频差一次调频性能进行全面客观评价,借此在确保机组安全运行前提下,有效提升一次调频性能,最终达到网源双赢的目的。     

“双碳”背景下受端电网火电机组增加调相功能关键技术

随着新型电力系统推进建设,受端电网逐步形成了高比例可再生能源和高比例跨区直流接入的典型特征。在发生直流闭锁、换相失败等故障情况下,受端电网暂态电压支撑需求骤增。由于同步电源开机占比逐渐降低,动态无功资源缺口逐渐加大。静止无功补偿能力较弱,新建调相机成本较高,利用存量火电机组增加调相功能成为技术经济的最优选择。首先分析了“双高”型受端电网的暂态电压支撑需求和调相机的电压支撑机理,并对国内外火电机组增/改调相功能的案例进行了综述。在此基础上,基于河南鸭河口火电机组增加调相功能工程实践,提出了火电机组增加调相功能的关键技术,开辟了一条面向高比例可再生能源接入的受端电网电压暂态支撑能力和存量火电机组利用率提升的有效技术路径。     

面向超低频振荡的水电调速器与SVC附加频率控制参数联合优化

互联电网超低频振荡抑制对系统安全稳定运行至关重要,现有研究仅考虑水电调试器PI控制参数优化的措施,可能导致水电调频能力降低。随着电网中静止无功补偿器(SVC)数量的显著增长,通过SVC附加频率控制为超低频振荡抑制提供了新的思路,于是提出了一种SVC附加频率控制与水电调速器PI参数联合优化方法。首先,建立了包含水轮机和SVC的单机单负荷系统等值模型,分析SVC的附加频率控制原理,并分析所提模型对系统超低频振荡的抑制作用;在此基础上,以超低频振荡阻尼系数和水电机组一次调频性能为优化目标,通过优化设计控制器参数以提升系统整体的超低频振荡抑制能力;最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建了水电机组和SVC仿真模型,对所提方法进行有效性验证。仿真结果表明,该方法可有效提升高比例水电电网超低频振荡阻尼能力,同时提升水电机组调频能力。     

具备潮流控制功能的组合式高压直流断路器

针对直流电网目前面临的2个关键性问题:直流潮流控制自由度不够和直流线路故障,文中提出了一种适用于直流电网的具备潮流控制功能的组合式高压直流断路器。首先,介绍了模块化多电平潮流控制器和混合式高压直流断路器的基本结构和工作原理。然后,提出了一种组合式高压直流断路器,介绍了它的基本结构、配置原则、控制方式和工作原理;基于单换流器直流侧故障分析模型,分析了组合式高压直流断路器处理直流线路故障的可行性。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了四端柔性直流输电系统,分别对组合式高压直流断路器的直流潮流控制能力和直流故障处理能力进行了仿真。仿真结果表明:组合式高压直流断路器能够很好地控制直流潮流,并具有处理直流线路故障的能力。     

光伏电站快速频率响应技术研究及应用

随着大容量高比例的新能源集中接入电网,电源结构发生较大变化,电网可用的快速频率响应资源逐步减少,同时大规模新能源基地通过特高压直流外送规模不断扩大,若出现大功率直流闭锁将对电网频率安全造成严重威胁,电网的调频压力及安全运行风险不断增大,亟需新能源参与电网快速频率响应,提升大电网频率风险防控水平。介绍了新能源电站快速频率响应性能要求,面向已有或新建的光伏电站,提出了快速频率响应典型方案,开发了新能源电站一体化控制系统,并在光伏电站开展了示范应用,实现了电站AGC/AVC和快速频率响应功能的集成,达到了光伏电站对电网频率和电压主动支撑的目的。     

基于动态能量贡献度的机组调频能力评估方法

针对不同类型的同步机组缺乏统一、有效的调频能力评估方法的问题,从一次调频过程中的动态能量角度出发,在调频动态过程的不同阶段,构建机组一次调频能力评估指标,从能量贡献速度、深度、强度多维度评估机组一次调频的速动性、可靠性和重要性。基于改进的10机39节点系统,通过不同调频能力场景下各指标的计算情况以及和传统评估指标的对比,验证了该方法的合理性和有效性。在此基础上,量化研究了影响机组调频能力的关键因素,从能量的角度解释了各参数对调频动态指标的影响。该方法对于发现电网中存在的调频瓶颈以及提升电网的调频能力具有一定的参考价值。     

提升海上风电经柔直联网系统频率稳定性的协调控制策略

针对大规模海上风电经柔直联网引起的受端电网惯量降低、频率调节能力下降等问题,提出了海上风电与柔直主动支撑系统频率的协调控制策略。在惯量支撑方面,利用直流电容能量主动支撑系统惯量,并通过直流电压建立风机转速与频率的耦合关系,提出了基于差异化转子动能调节的风电场惯量支撑协调控制策略,以提升受端电网惯量水平。在频率偏差调节方面,根据本地直流电压偏差量,提出了基于风机变速控制与桨距角控制的风电场一次调频策略,并设计了基于附加桨距角控制的风电场二次调频策略,以提高系统的频率稳定性。最后,设计了多时间尺度频率支撑控制策略的协调配合流程,并基于RT-LAB OP5600实时数字仿真平台验证了所提策略可有效提升系统的频率支撑能力。