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。     

双馈风电机组与静止无功发生器交互作用原理及系统振荡特性研究

大量基于电力电子设备的非同步电源和无功补偿装置接入形成了新型电力系统,使得集群风电与电网之间以及与邻近电力电子驱动设备之间的交互作用十分复杂,电力系统的故障运行特性可能发生改变,从而给电网的安全稳定运行带来多方面的挑战。通过对系统扰动在双馈风电机组和静止无功发生器内传导过程的理论分析,分别给出了其动态响应特性,推导了双馈风电机组与静止无功发生器在系统扰动下相互激励的表现形式,分析了双馈风电机组与静止无功发生器之间交互作用对双馈风电机组转子侧变流器控制参数和静止无功发生器控制参数的敏感性,并给出双馈风电并网系统的振荡特性。最后,通过时域仿真验证了上述理论分析的正确性。     

风电大规模并网时机组级电压控制技术研究

风电机组电压控制在维持风电场并网后的系统电压稳定方面具有较大的优势,且对于提高电网运行经济性具有重要意义。此处主要从风机电压控制的3个关键技术点展开分析。在无功极限方面主要针对相对复杂的双馈型风电机组(DFIG)展开分析,定子侧考虑定转子电流极限的约束,网侧考虑了网侧变流器无功能力限制。风机在无功极限内参与调压时其无功支撑能力远大于按照0.9～0.95功率因数运行所具备的无功支撑能力。无功分配及环流抑制方面,采用了基于下垂特性的电压控制,避免了无功环流,保证机组间无功合理分配。风机参与调压后振荡风险分析及抑制方面,通过仿真模拟了振荡过程,分析了振荡影响因素,合理设置电压控制速度以规避振荡风险。最后,基于1.5 MW双馈风电实验台开展了控制策略测试,验证了所提方法的可行性。     

电网故障下双馈风电无功特性分析及暂态支撑

在对称电网故障下电网电压跌落程度和风速变化对双馈风电发电机(DFIG)的电磁暂态过程和其无功电流极限的影响规律分析基础上,分别讨论了故障持续期间DFIG定子侧以及网侧变流器的无功支撑特性,并结合并网风电场低电压穿越(LVRT)要求,提出了故障期间利用机组容量输出最大无功电流的DFIG改进控制策略,向电网提供最大暂态无功支撑。最后通过实验验证了所提改进控制策略的可行性。     

抽蓄机组调相运行对宾金直流无功电压支撑的仿真研究

特高压直流馈入电网的无功电压支撑能力对降低直流换相失败及闭锁概率、提升直流运行的稳定可靠性有重要作用。在论证抽水蓄能机组调相运行模式的关键技术和可行性的基础上,提出采用临近抽蓄机组调相运行为特高压直流提供无功电压支撑的运行方式。以浙江电网宾金直流和邻近的抽蓄机组为例,仿真分析了抽蓄机组采用调相运行方式后在交流系统短路等典型故障下对宾金直流的支撑作用,验证了特定工况下可以采用抽蓄机组调相运行来提升直流运行的可靠性进而提升多馈入直流的浙江电网安全、可靠运行水平。     

并网型风电场无功补偿问题的探讨

为解决风电场并网运行存在的电压稳定问题,通过对风电机组无功电压特性的研究,提出了风电场无功补偿容量的不同计算方法。结合风电场无功需求的特点,确定并分析了带有FC的TCR型无功补偿器(SVC)的原理及特性,并利用MATLAB/Simulink软件搭建了风电场接入电网后的仿真模型。针对风电系统中经常出现的联络线短路故障和风电场风速扰动,通过仿真计算表明SVC能够在常见的扰动下提供动态的电压支撑,能有效地提高风电场的稳定性,降低风电功率波动对电网电压的影响,改善系统的运行性能。     

一种应用于双馈异步风力发电系统高电压穿越的控制策略

文章讨论了电网电压骤升时双馈风电机组网侧和转子侧变流器有功、无功功率的分配原则,给出有功、无功电流的极限表达式,提出一种能有效提供动态无功支持的高电压穿越(high voltage ride-through,HVRT)实现方案。在机组端电压骤升至1.1倍标称值以上时,该方案一方面控制网侧变流器输出与电压骤升幅度相匹配的无功电流,实现母线电压的稳定;另一方面通过优化转子侧变流器有功、无功电流设定,使双馈感应发电机工作在无功支持模式,优先向故障电网输出一定的感性无功功率。仿真和基于东方风电6 MW试验台实验结果表明,该控制方案不仅能确保电网电压骤升期间双馈风电机组的不脱网运行,还能对故障电网提供一定的动态无功支撑,协助电网电压快速恢复,利于其它并网负载的安全运行。     

全功率变速抽水蓄能机组无功优先控制策略研究

全功率变速抽水蓄能机组具有功率快速可调、响应速度快、有功无功独立解耦的优点,可为电网运行提供调峰、调频、无功电压支撑、需求侧响应等多种服务,是现阶段抽水蓄能技术发展的主要技术方向之一。但受变流器过流能力限制,全功率变速抽蓄在任何时候的最大电流不能超过变流器过载能力。而电网侧在故障期间及故障恢复期间对有功、无功的需求有所不同,本文比较了变速抽蓄机组的几种有功、无功电流分配策略,提出了变速抽蓄机组的无功电流优先控制策略可满足弱电网在故障期间对无功电压的需求。最后通过变速抽水蓄能机组在实际电网中的仿真分析,验证了该策略的正确性。     

并网型风电场电压稳定研究

为解决风电场并网运行存在的电压稳定问题,通过对风电机组无功电压特性的研究,提出了无功补偿电容器容量的不同计算方法和投切方式。结合风电无功需求的特点,确定并分析了带有FC的TCR型无功补偿器(SVC)的原理及特性。对某实际风电场应用SVC无功补偿优化结果的分析表明:它可提供动态的电压支撑,能够稳定风电场节点电压,降低风电功率波动对电网电压的影响,很好地改善系统的运行性能。     

永磁直驱风电机组对系统功率振荡的阻尼控制

风电机组若具备常规发电机组对系统功率振荡的阻尼作用,有利于提高风电渗透率较高的区域电网的稳定性。本文首先分析了电网扰动时引起永磁直驱风电机组全功率变流器直流侧电压波动的原因,并提出了抑制直流电压波动的解决方案,以保证风电机组在稳定运行的前提下能快速对电网提供功率支持。其次,分别分析了永磁直驱风电机组通过有功、无功调节增加系统阻尼的原理,并进一步提出了风电机组基于有功、无功附加控制的阻尼控制策略。最后,通过对含30%风电装机容量的三机系统的仿真分析,验证了系统发生扰动后在所提控制策略的协调控制下,不仅能够提高永磁直驱风电机组的故障穿越能力,并可使系统功率振荡迅速衰减,改善系统的阻尼特性。     

某县级电网区域无功电压自动控制系统设计

介绍了某电网无功电压运行存在问题,为解决这些问题设计的区域电压无功自动控制系统的体系结构、应用功能、系统配置等。该系统采用区域控制方法,按照分层控制结构设计,利用SCADA数据进行优化计算,通过变电站VQC装置或综自(RTU)实现站端控制。实施该系统是为了有效改善电压质量,适应调度自动化发展的需要。     

500kV统一潮流控制器提高大容量直流馈入系统电压稳定性的研究

500 kV统一潮流控制器作为一种新型的动态电力电子设备可用于控制受入通道的有功潮流,合理分配受端电网受入的电力;同时,统一潮流控制器又可同时作为动态无功设备为系统提供无功支撑。文章对含500 kV统一潮流控制器的大容量直流馈入系统展开电磁暂态分析,对交直流系统、统一潮流控制器以及相关控制系统进行详细PSCAD建模,并根据统一潮流控制器并联侧的动态特性设定无功响应策略。结果表明,统一潮流控制器可提升大容量直流馈入系统的电压稳定性,同时可缓解近区直流换相失败的情况。     

考虑保护失效和电网动态平衡特性的连锁故障风险评估

保护失效特性严重威胁了电网安全。同时,现代电网受扰动后可调整线路参数,以减缓故障蔓延,具有典型的动态平衡特性。基于复杂网络理论提出了考虑保护失效特性和动态平衡特性的连锁故障风险评估方法。首先,基于隐性故障,定义了保护失效严重度概念,可度量保护对电网安全的影响程度。其次,结合保护失效严重度,建立了变权重模型,以表征电网故障后动态平衡特性。然后,引入风险理论,从复杂网络理论角度评估电网安全风险,以为实际运行提供指导意义。最后,新英格兰39节点算例系统验证了所提方法的有效性和合理性。     

含STATCOM的双馈电机风电场无功电压协调控制策略

为增强风电场并网点电压稳定性,提出了变速恒频双馈风电场与动态无功补偿装置STATCOM间的无功电压协调控制策略。电网故障导致风电并网点不同深度的电压跌落时,根据双馈风机Crowbar保护投切状态,对DFIG风电机组转子侧及网侧变流器与STATCOM进行无功功率分配,协调控制促进风电场LVRT期间风电并网点电压的快速恢复。最后,在DIg SILENT/Power Factory仿真软件中建立了风电场和STATCOM控制模型,通过仿真验证该控制策略的有效性。     

偏远地区小电网与主网解列后高频高压风险及抑制策略

随着无电地区电网的建设,大量具有小机组、轻负荷特性的偏远地区小电网逐渐通过极长的联络线路与主网相连。一旦由于故障等因素,这些小电网与主网解列而转为孤网运行时,小电网中过剩的有功功率以及充电无功极有可能导致严重的高频高压风险,造成设备以及负荷的损毁。首先,结合四川某藏区电网,对小电网与主网解列后的高频高压现象进行了研究,分析了高频高压现象出现的机理。其次,探讨了电网内发电机调速、励磁装置的控制方式以及负荷特性对高频高压风险的影响。最后,在分析传统抑制策略所存在不足的基础上,提出了一种基于高周解列的偏远地区电网与主网解列后高频高压风险的抑制策略。仿真结果验证了策略的有效性。     

自贡电网无功补偿及其优化

近年来,随着电网容量的增加,对电网无功功率补偿的要求也日益明显。无功功率如同有功功率一样,是保证电力系统电能质量、降低电网损耗以及系统安全运行所不可缺少的重要组成部分。对四川自贡电网的无功补偿现状作简要分析,在分析电容器、调相机和各种静止补偿器的工作原理基础上比较其各自的优缺点。最后,针对当前无功补偿的薄弱环节——长线路补偿问题进行了定量分析。所做研究对无功功率平衡及补偿方式的优化对电力系统降损节能有一定的指导意义。     

基于欠励磁状态运行的虚拟同步发电机低电压穿越控制策略

虚拟同步发电机(VSG)技术可模拟同步发电机(SG)运行特征,有助于并网系统和传统电源在电网中的协调运行。但其电压源特性增加了低电压穿越(LVRT)的运行难度,难以限制电流并提供适当无功支撑。为此,将传统SG并网无功调节原理应用于LVRT控制中,提出一种基于欠励磁状态运行的VSG的LVRT控制新方法。不改变原有VSG控制结构,对下垂特性、无功环和有功环分别进行改进设计,抑制电网故障对VSG的暂态冲击,加速励磁状态的转变过程。并在保持原有VSG特性的基础上改进附加电流环,应用新的定向方法,辅助系统欠励磁状态运行,实现故障穿越。所提方法无需切换控制算法,也无需加入状态平滑切换策略,且能同时应对LVRT和电网不对称跌落问题,简化控制策略,拓展VSG运行优势的适用范围。最后,通过仿真验证了所提方法的正确性和有效性。     

改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)功能。目前，大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力，当电网侧发生严重短路故障时，风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型，通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明，当电网侧发生三相短路故障时，风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压；桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩，避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论：采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性，确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。     

基于DIgSILENT的风电场接入系统无功算例分析

随着风电接入电网的比例逐渐加大,对接入点电压水平的影响越来越明显。电压稳定性是风电场并网运行存在的主要问题。目前大多采取在风电场升压站添加无功补偿装置的方式来控制并网点电压。本文主要分析风电场无功损耗的来源,结合我国内蒙古地区某风电场接入系统实际情况,利用德国电力系统仿真软件DIgSILENT进行模型搭建,提出保证风电场可靠并网的无功补偿方案,并进行算例分析。     

大容量调相机对省级电网的影响分析

随着交直流混联电网的发展,越来越多地采用大容量调相机为系统提供无功支撑,提高电网运行的安全稳定性。对大容量调相机在特高压直流受端电网的应用进行研究,将调相机与电网中其他无功设备协调优化。通过对电压-无功的稳态和动态相关性分析,确定调相机的周边机组和相应的局部电网。构建含大容量调相机的非线性无功优化模型,优化局部电网的无功裕度。依据优化变量的不同特性,对连续变量和离散变量交替计算。以河南电网为算例,考虑不同负荷水平和电网结构的典型运行方式,模拟省调AVC的运行性能,进行计算分析,说明所述算法的可行性和实用性。