送受端系统短路比关系对直流输电系统最大输送功率的影响

针对直流输电送端系统的运行状况是否对输送功率有影响的问题展开分析,研究了交直流系统整流侧联于不同强度交流系统的运行特性,结合逆变侧联于不同强度交流系统的运行情况,指出送端系统短路比与受端系统短路比的大小关系会影响直流输电系统可输送的最大功率。首先研究了整流站和逆变站的功率曲线,分别得到送受端系统短路比与其相应的最大输送功率的定量关系。然后分析了在相同的输送功率极限下整流侧和逆变侧短路比的关系,将两端系统可输送的最大功率相等时的短路比定义为转折短路比,并得到输送功率转折点。最后指出送受端系统的强度都会影响直流输电系统的输送能力,当两端系统短路比与转折短路比存在某种关系时,由其中的一端系统对直流系统的输送能力起决定性作用,并通过PSCAD仿真验证了结论的正确性。     

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。     

风火打捆直流外送系统中极限风电渗透率的计算方法

为在规划时有效评估风火打捆高压直流外送系统的电压稳定性并确定满足电压稳定要求的风电渗透率上限,推导了计及能源基地风火电占比以及本地负荷占比影响的风火打捆直流外送系统的短路比指标。首先,利用PSCAD/EMTDC软件搭建了风火打捆直流孤岛外送系统的电磁暂态仿真模型,通过设置换流母线短路故障,验证了风火孤岛直流外送系统短路比计算公式的正确性。然后,分别设置不同的本地负荷比例、风电渗透率、故障类型以及故障发生位置等情况进行仿真,确定了故障扰动情况下风火孤岛直流外送系统电压失稳所对应的临界短路比。最后,总结提出了适用于远景规划的计算风火打捆孤岛直流外送系统的极限风电渗透率的简易实用的方法。     

送端系统对交直流系统输送功率极限的影响

分析了直流输电系统整流侧连接于不同强度交流系统的运行特性,研究了定电流控制下整流侧的功率输送极限。通过分析功率曲线和换相角曲线,指出了送端系统在额定电流控制下能够保证稳定运行,并且发现受换流器换相角的限制,整流侧系统强度越小,直流输电系统整流侧的输送能力越弱;提出了电流调制裕度和短路比之间的关系,指出了能够保证一定功率提升裕度的送端系统最小短路比。通过进一步分析参数变化对电流调制裕度和短路比之间关系的影响,指出在相同的短路比下,换流变压器参数的选取(额定容量和等效电抗等)对送端系统输送功率极限有较大的影响。     

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。     

宽邦工程投运后高岭直流送端系统稳定性分析

宽邦工程投运前,高岭背靠背直流(以下简称高岭直流)送端系统存在电压支撑能力不足、交流线路故障后直流闭锁和热稳定问题.宽邦工程投运后,高岭直流增加了1条至东北电网主网的交流通道.直流及其配套工程的安全稳定分析中常用潮流分析、短路比分析、暂态稳定分析等方法,在此基础上增加了静态电压稳定分析,最后针对高岭直流送端近区交流系统...     

基于调相机与SVC协调的抑制高压直流送端风机脱网的控制策略

在大规模风电接入的高压直流送端电网中,针对发生直流故障后送端交流电压大幅波动导致的风机连锁脱网问题,探讨了直流故障导致风机连锁脱网的内在机理,分析了调相机和静止无功补偿器(SVC)在换相失败和闭锁过程中的动态无功响应特性;在此基础上,提出一种基于换流站侧调相机与风电场侧SVC协调的抑制高压直流送端风机脱网的控制策略:在换相失败和直流闭锁的不同时期,根据送端电压变化特点,分时发挥调相机自发无功响应能力、励磁控制能力和SVC无功调节能力,以抑制暂态压降或暂态压升的幅度超过风机脱网的保护阈值.最后,通过对测试系统和实际电网的仿真,验证了所提控制策略可有效抑制直流故障后送端暂态电压变化,降低风机连锁脱网的风险.     

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。     

风电直流外送系统风机高压脱网的风险评估北大核心CSCD

风电集中接入的直流外送系统发生线路故障、换相失败及直流闭锁等问题时,可能引起风机大规模高压脱网,对其风险进行评估意义重大。在风机高压脱网原因分析的基础上,文中建立了衡量故障发生可能性的概率模型,对不同故障严重程度下的脱网容量、电压越限等量化指标进行计算,进而提出了系统直流侧故障引起风机高压脱网的风险评估方法。在上述工作基础上,文中基于PSCAD/EMTDC软件搭建了典型风电直流外送系统的电磁暂态仿真模型,获得了不同故障下系统暂态特性及各故障的后果严重程度,利用所提方法量化评估了系统不同运行条件下的风机高压脱网风险。结果表明,距离送端换流站电气距离越近的风电场受到直流侧故障影响的程度越高,风机出力水平越高其高压脱网的风险越大,交流侧火电支撑和动态无功补偿可有效降低风机高压脱网风险。研究结果对风电直流外送系统的安全运行具有指导意义。     

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。     

大规模风电与直流综合作用对送端系统暂态稳定影响机理

风火打捆交直流外送系统提高了我国新能源的利用率,风电与直流系统共同影响着系统的暂态稳定。针对含大规模风电接入经交直流非并联送出的三区域系统,分析了双馈风机与直流系统的运行特性及对送端系统的影响,将两者的综合作用等效为系统的等值机械功率增量,推导了相应的转子运动方程,得到三区域系统暂态功角稳定分析模型。根据该模型基于扩展等面积定则揭示了大规模风电与直流系统综合作用对送端系统暂态稳定的影响机理,研究了不同故障类型下系统的暂态稳定性。最后通过仿真验证了所提理论的正确性,为大规模新能源跨区域传输的开发利用及其稳定控制提供了理论基础。     

基于逆变侧定电压控制的HVDC系统稳态和暂态响应特性研究

为测试逆变侧采用定电压控制和定关断角控制对直流输电系统稳态和暂态性能的影响,在CIGRE高压直流标准测试模型原有控制系统中增加了定电压控制模块,即整流侧采用定电流控制,逆变侧采用定电压、定电流和定关断角控制相互配合的控制方式。在PSCAD/EMTDC仿真平台中对其整流侧和逆变侧三相短路故障下的控制器特性进行了稳态及暂态仿真分析,并与相应的CIGRE标准模型暂态响应特性进行了对比。结果表明逆变侧增加定电压控制方式能够提高直流输电系统在交流故障扰动下的性能,减少换相失败的发生几率。     

大容量多馈入直流对广东电网运行稳定性影响的研究

针对广东电网的结构特点,研究了直流通道故障对广东电网安全稳定性的影响。首先,通过对广东电网各直流逆变站的短路比计算,分析了广东电网作为直流受端系统的强度;其次,通过对发生单重和多重故障时的暂态稳定计算,研究了作为多回直流受端系统的广东电网在发生直流双极闭锁故障时的运行稳定性问题。分析认为:广东电网属于强系统,电网的主要稳定问题是暂态电压问题。提出装设动态无功补偿装置、紧急切除线路高抗、保留直流故障线路处电容器组等策略以提高受端电网的电压稳定性。     

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。     

基于轨迹灵敏度的暂态过电压两阶段优化控制

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,提出一种基于轨迹灵敏度的暂态过电压两阶段优化控制方法.首先,构建以控制实施代价和电压预测偏差为暂态过电压控制模型的目标函数,为解决暂态过电压非线性控制模型效率低的不足,借助暂态过电压和恢复阶段电压对控制量的轨迹灵敏度,将非线性控制模型转换成以控制量增量为独立控制变量的二次规划模型,提高暂态过电压的优化控制效率.然后,针对暂态过电压失稳场景,在故障发生前求解暂态过电压预防控制的控制量变化值,并实施暂态过电压预防控制,避免严重的暂态过电压危害,若控制实施后恢复阶段电压不安全,则求解恢复阶段电压控制的控制量变化值,调节控制量直至恢复阶段电压运行在安全范围内,所提控制方法可在抑制直流送端系统暂态过电压的同时,保证暂态过电压恢复过程的安全性,可为调度人员的暂态过电压稳定控制提供参考.最后,通过修改后IEEE 39节点系统的仿真分析验证所提控制方法的有效性.     

弱电源支撑的特高压直流送端系统优化方案研究与实施

在分析特高压直流送端系统设计需考虑的关键因素基础上,针对东北地区±800kV扎鲁特-青州特高压直流工程因缺少送端配套电源而面临的无功支撑能力弱、系统频率稳定性差等问题,对送端系统方案进行了优化设计。通过计算分析系统短路比、无功容量等参数,确定了送端系统短路比的要求以及换流站侧零无功功率交换的无功功率配置原则,提出了调整500kV接入系统方案、控制送端机组开机方式等优化方案。结果表明,优化后的送端系统可以大幅提高直流输电工程投运后的系统稳定性。     

远海风电场经VSC-HVDC联接弱受端系统的临界运行特性

基于电压源变流器型的高压直流输电(VSC-HVDC)是远海风电场的常用并网方式,同时可用于联接弱受端系统,但接入后的运行特性还有待研究。该文建立了远海风电场经VSC-HVDC联接弱受端系统模型,基于安全稳定运行约束条件,以短路比(SCR)作为受端系统强弱的判定指标,充分考虑了双馈风机(DFIG)无功控制方式和受端系统阻抗角的影响,得出不同风电场出力对应的临界短路比(CSCR)。在DIgSILENT/ PowerFactory软件中进行风速波动小干扰和暂态稳定性仿真,结果表明以双馈风机作为发电机模型联接的弱受端系统短路比大于1.6为宜,并给出降低临界短路比的补偿措施,对实际工程有一定的指导作用。     

多直流协调的新能源送端地区暂态过电压抑制策略

针对直流闭锁故障导致的高比例新能源多直流送端系统暂态过电压问题,文中首先分析多直流间的交互影响机理,引入多馈出电压交互作用因子,揭示了直流闭锁导致其他健全直流近区域交流系统暂态过电压的根本原因。其次基于直流闭锁故障下调相机不同时间尺度的无功特性与整流侧换流母线电压的定量关系,在改进直流系统整流侧控制的前提下,于整流侧母线处投入调相机并以调相机暂态无功特性对其容量进行配置,降低了调相机所需投入容量。然后整合了调相机与整流器的无功调节能力,据此提出多直流、多无功设备协调配合的暂态过电压抑制策略。最后在PSCAD仿真平台中搭建两直流送端系统模型,验证了所提协调策略对暂态过电压的抑制效果以及调相机容量的配置效果。     

基于模糊聚类与识别的特高压混合级联直流系统过电流抑制方法

基于电网换相换流器(LCC)和模块化多电平换流器(MMC)的特高压混合级联直流(HC-UHVDC)系统受到工程和学术界的广泛关注.文中建立了整流侧采用双12脉动LCC、逆变侧采用LCC串联3个并联MMC的HC-UHVDC系统模型,分析了逆变站交流故障LCC换相失败导致直流过电流的产生机理,并提出了一种基于模糊聚类与识别的HC-UHVDC系统过电流抑制方法.该方法首先通过仿真对系统逆变侧交流故障时整流站多电气量进行模糊聚类,根据聚类结果识别的逆变站不同暂态阶段特征来提前设计分阶段的触发角指令值;当系统发生交流故障时再基于整流站本地信息及时调节整流站直流电压,从而快速抑制直流过电流.在PSCAD/EMTDC上的详细电磁暂态仿真结果表明,在逆变侧三相和单相金属性短路故障工况下,所提方法在一定程度上可以抑制逆变站LCC换相失败后的直流过电流和过电压,且可以显著改善HC-UHVDC系统的动态特性.     

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。