改善异步分区电网频率稳定性的VSC-HVDC控制策略

为了缓解同步换相失败问题,广东电网规划采用基于电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)输电系统的电网分区技术,将东、西2个电网异步相连。但在分区后,电网的调频容量变小,频率稳定性变差,此时VSC-HVDC系统有必要参与分区系统的频率控制。设计了一种VSC-HVDC输电系统的频率控制策略:VSC换流站的d轴频率控制策略使得VSC换流站自动调节自身输出的有功功率;q轴辅助频率控制进一步稳定系统频率。使用PSS/E在广东电网中进行仿真分析,结果表明所提出的VSC频率控制策略有效提升了分区电网的频率稳定性。     

考虑解耦功率优化分配的多端混合直流互联系统频率响应控制策略

基于多端直流输电将多个异步交流电网联接形成的直流互联系统受到广泛关注，异步互联系统频率响应控制是实现异步电网之间运行储备共享、发挥多端直流功率支援能力的重要手段。分析了基于经典下垂控制的频率响应控制模型结构及其频率电压互耦合特性。从控制结构、参数自适应变化、系统协调方法和功率优化分配等角度提出一种考虑解耦功率优化分配的多端混合直流互联系统频率响应控制策略，采用全局频率控制方案，并进一步建立功率优化分配模型来提高频率控制的经济性和低碳性。最后，仿真验证了在强、弱交流系统负载突变和换流站因故障退出运行等情况下直流互联系统的响应特性，所提策略能够消除耦合影响，换流站出力分配更为合理且能大幅提高弱交流系统的频率稳定性，能够为多端直流互联系统频率控制的进一步研究提供参考。     

含海上风电场的多端柔性直流互联系统频率稳定协调控制策略

海上风电技术的快速发展和高压直流输电技术的广泛应用,使得传统纯交流电网的网架结构和动态特性逐渐变化,系统面临惯性减弱、对扰动更加敏感等问题。为此,针对多端柔性直流(VSC-MTDC)互联系统,提出一种分布式协调频率控制策略,通过协调控制多个海上风电场出力来减小由VSC-MTDC系统隔离的异步交流区域电网的频率偏差。该策略仅需极少的换流站信息交换就能合理协调利用各风电场以及各异步交流电网的备用出力,实现VSC-MTDC互联系统的频率稳定控制。最后,建立一个典型含多风电场的5端柔性直流互联系统仿真模型,验证了所提策略的正确性和有效性。     

一种计及紧急功率支援的直流互联异步电网动态频率分析方法

针对于直流互联异步电网,提出了一种可在计及直流紧急功率支援情况下,同时考虑直流两侧电网频率响应的扰动后动态频率分析方法。该方法对直流两侧电网的交流系统网络方程、综合负荷的静态模型、发电机原动机-调速器系统模型以及HVDC输电系统准稳态模型进行线性化处理,基于广域量测数据建立了直流互联异步电网扰动后的系统状态方程,可以同时求解出计及直流紧急功率支援的两侧电网频率动态响应。在此基础上利用二分法思想调整功率支援量,还可以获取某侧电网扰动后的频率极值或稳态值恢复到期望值所需的直流紧急功率支援量。对一个典型的两区域直流互联异步电网进行了仿真分析,验证了所提方法具有很高的精确性和适用性。     

参与电网调频的多端柔性直流输电系统改进下垂控制策略

参与电网调频的传统下垂控制策略能够利用频率偏差和直流电压实现多端柔性直流输电系统频率之间的相互支撑。然而传统电压下垂系数固定,在分配不平衡功率时容易忽略电网的运行状态和换流站自身容量,导致换流站过载以及弱电网承担功率时频率波动较大。为解决这一问题,提出了一种参与电网调频的改进下垂控制策略。首先分析了参与电网调频的传统下垂控制策略能量调配关系。其次考虑电网的频率裕度以及换流站的自身容量重新设计电压下垂系数。在系统受到扰动后,提出的控制策略能够保证换流站不发生过载,同时实现弱电网的稳定运行。最后通过仿真软件MATLAB/SIMULINK进行仿真验证,结果表明所提控制策略提高了多端柔性直流输电系统的频率调节能力,使系统的运行水平得到有效提升。     

含大规模风电的高压直流送端系统多源协同调频策略

针对含大规模风电的高压直流送端系统异步联网情况下频率易越限问题,提出了一种基于预测模型的多源协同调频策略。分析风电渗透率及高压直流外送功率占比对频率调整的影响,对不同扰动下各种调频措施的协调配合进行探讨。在长时间尺度上考虑高压直流输电的区域控制偏差约束,优化设置风电机组和火电机组的旋转备用容量;在短时间尺度上考虑电力电子器件的快速可控性,动态调整风电机组及高压直流输电的协同调频参数,使系统频率运行在合理水平。将预测模型得到的频率偏差根据大小进行分区,对不同区域采用不同的调频策略,保证送端系统的旋转备用容量合理及频率动态响应指标合规。基于PSCAD/EMTDC平台搭建含风电高压直流送端系统模型,仿真结果验证了所提策略的有效性及准确性。     

黑启动过程中高压直流输电的变参数FLC控制

高压直流输电可加快电网恢复,但黑启动期间送受端系统具有相反的频率调节要求,该文研究并提出黑启动过程中高压直流输电的变参数频率限制器(frequency limit control,FLC)控制策略,以协调两侧交流系统的调频特性。首先建立异步互联系统的数学模型,寻找确定方式下负荷投入后使送受端交流系统频率偏移最小的最优FLC参数;然后提出变参数FLC控制,以适应电网黑启动过程中交流系统容量和等值发电机参数的不断变化;最后搭建PSCAD/EMTDC模型仿真验证了该控制策略的有效性。     

基于直流互联的交流电网频率稳定控制研究

直流互联交流电网已经成为解决大电网互联问题的一种有效手段。互联交流电网的直流联络线可以实现区域备用互补,提高电网运行经济效益,并改善电网受到扰动后的频率波动情况。该文基于直流联络线控制提出一种用于互联交流电网频率支援及恢复策略。该策略可以实现事故时的紧急功率控制,减小交流电网事故后的频率急剧下降和波动。同时,在事故后参与到电网恢复过程,起到保障电网在安全频率范围内运行和加速电网频率恢复的作用。最后,通过仿真软件PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果表明所提策略充分利用了直流调频能力,提高了互联电网的经济性和稳定性。     

基于柔性直流输电的异步互联系统频率支援控制方法综述

利用基于电压源换流器的柔性直流输电(VSC-HVDC)的快速功率控制能力实现异步互联的交流电网间的频率支援,可以充分发挥全系统备用容量的调节能力,提高互联系统的安全性和稳定性。综述了国内外该领域的研究现状,详细介绍了基于通信的主从控制、利用电压传递频率波动的主从控制、附加频率调节的下垂控制以及基于虚拟同步机特性的控制等不同方法的基本原理。通过统一的仿真模型对比分析了各种方法的控制特点和性能,从工程应用角度总结了这些方法的优缺点以及进一步研究的方向。     

柔性直流输电系统的联网和孤岛运行通用控制策略

针对当前柔性直流输电系统缺乏在联网和孤岛运行条件下的通用控制策略的现状,根据高压电网的特点引入了交流侧的频率—有功功率的下垂控制和直流侧的有功功率—直流电压的下垂控制,并由此提出了柔性直流输电系统联网和孤岛运行的通用控制策略。该控制策略可有效适用于换流站的联网和孤岛运行工况,且能够与电网的一次调频、二次调频配合工作,适用于孤远电网及海上风电场等弱电网互联情况。电磁暂态仿真结果表明,该柔性直流输电系统通用控制策略可实现对柔性直流输电系统联网和孤岛运行工况的有效控制。     

云南异步电网调频备用指标智能统计分析应用

云南电网转为异步联网运行以来,系统备用数据量较大,人工日常分析难以准确统计多维度下备用数据,深层次分析其规律性.通过自动化手段,实现多维度下一、二次调频备用容量的统计功能,建立评价指标和反馈机制,根据评价指标进行分析,优化日前发电安排,合理设置备用监视告警,增加频率稳定裕度,确保电网安全稳定运行.     

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。     

基于变下垂系数的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略

风电场经直流汇集-直流送出的风电全直流输电系统中,直流系统的存在会解耦风电场和受端电网的频率耦合,在传统控制策略下对受端电网频率支撑能力弱。为此,提出一种针对风电全直流输电系统的一次调频变下垂协调控制策略。首先,提出基于Logistic函数的电压-频率变下垂频率传递策略,以直流系统电压为媒介,建立起电网频率与风电场功率的耦合关系。基于该频率传递策略,构建了由受端换流站的变下垂虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制、直流升压站的改进双闭环控制及风力发电机的变下垂减载控制组成的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略,实现系统无通信传递频率并参与电网一次调频。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建风电全直流输电系统仿真模型,在不同工况下进行仿真验证。仿真结果表明,所提控制策略能使风电场在不依赖远端通信的情况下实现对电网的一次调频,同时,有效减小了调频过程中直流电压的波动幅度。     

多直流异步互联系统中频率限制器的控制策略优化设计

云南电网通过多回直流输电系统和南方电网东部主网异步联网运行,直流频率限制器(frequency limit controller,FLC)在送端系统频率控制中发挥重要作用。在楚穗直流单极闭锁试验中,暴露了FLC与一次调频动作不匹配、直流输电系统长时间处于过负荷运行状态的问题。针对此问题,建立FLC详细的数学模型,通过FLC动态调节过程的分析,阐明FLC不同模型的调节特征,以及与一次调频的协调配合关系。在此基础上,通过时域仿真法研究了FLC备用容量、死区设置对频率峰值和FLC调节量释放过程的影响,提出FLC调频策略的优化设计方案,并基于特征值灵敏度方法重新设计调速器参数,优化其动态性能。采用所提方案能够充分发挥FLC对频率峰值的抑制作用,同时与一次调频配合,保证其调节量的快速释放,实际运行结果验证了优化策略的有效性。     

背靠背直流互联系统主动频率响应控制策略

相较于交流同步互联电网,低快速频率响应能力的直流异步互联电网频率稳定形势更为严峻.基于主动频率响应控制思想及其框架,提出大功率缺失下的背靠背直流互联系统主动频率响应控制策略.建立了背靠背直流互联系统网络结构模型及背靠背换流站控制系统模型,计及扰动后背靠背直流互联系统及频率响应动态特性,提出了一种基于模型预测算法的主动频...     

适应风电接入的异步联网高压直流输电系统自适应调频控制策略

大规模风电接入高压直流送端系统将导致系统惯量降低,送端系统调频能力不足。为充分挖掘直流和风电协同调频的潜力,提高含风电高压直流送端系统的调频性能,提出一种基于频率轨迹规划的异步联网高压直流输电系统自适应调频控制策略。分析了含风电高压直流送端系统的频率控制特性;综合考虑风电主动频率支撑和直流辅助频率控制,以频率偏差和频率变化率为量化指标,生成参考频率轨迹;在此基础上,对频率轨迹进行区域划分,以参考频率轨迹为基准,实现高压直流输电对送端系统频率的自适应调节。基于MATLAB/Simulink平台搭建改进的两区域4机模型进行仿真分析,验证了所提策略的有效性和优越性。     

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。     

基于风电机组频率主动支撑的多时间尺度调频控制策略

针对大规模风电经特高压直流外送系统送端惯量降低、调频能力下降等问题,提出了一种双馈风电机组与同步机组共同支撑送端系统频率的多时间尺度协调控制策略,有效提升了系统频率稳定性。根据同步机组调频备用容量与扰动功率分析了不同场景下送端系统的频率调节需求,提出了计及调频死区的双馈风电机组频率主动支撑多时间尺度协调控制策略,通过限幅环节及切换逻辑的合理设计实现了变速控制与桨距角控制的协调配合。基于同步机组备用容量设计了双馈风电机组的调频死区值,使其能够针对不同场景自适应切换惯量支撑和一次调频作用,实现调频资源的优化利用。然后分析了双馈风电机组与同步机共同参与频率调节的动态响应过程,进一步证明其优越性。最后,基于RTLAB实时数字仿真平台搭建了大规模风电经特高压直流外送系统仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。     

同步和异步运行电网暂态电压稳定性分析

随着直流输电快速发展,交直流混联电网暂态稳定问题越来越突出,将同步运行大电网通过直流线路实现异步互联成为一种新的思路。同步大电网异步运行后,暂态稳定问题尤其对于直流闭锁故障后引发的功角稳定问题有所好转,但异步运行后暂态电压稳定风险依然存在。本文从实际运行的大电网入手,建立了同步和异步运行2种交直流混联电网的等值模型,通过理论分析和仿真计算,揭示了直流故障和交流故障导致这2种电网暂态电压失稳的风险,并探讨了影响交直流混联电网暂态电压稳定性的因素。结果表明大电网异步运行能有效避免大面积电压失稳,但系统薄弱网架或潮流分布不均处仍可能存在局部电网功角失稳或电压失稳。     

水火电力系统一次频率调节的协调控制方法

电力系统频率是电力系统运行参数中最重要的参数之一,机组一次调频作用成为稳定电网频率的关键因素。本文从频率动态过程及发电机组一次调频机理出发,充分考虑负荷频率特性、频率一次调节备用容量特性、发电机调速器响应特性和不平衡功率分配问题,从而建立互联区域发电机组的一次调频数学模型,该模型可以用于分析不同类型发电机组在频率一次调节的电力系统频率动态变化过程和足够准确的评估发电机的机械功率对应值与负荷频率之间的关联关系。具有不同类型能源机组的电力系统利用连续时间系统的传递函数模型来研究负载扰动下频率响应动态过程及其各发电机组参数的特性。