大规模新能源直流外送系统调相机配置研究

针对抑制送端电网暂态过电压的技术需求,首先分析了送端电网暂态过电压的影响因素;然后构建了直流外送试验仿真系统,基于机电暂态仿真,考虑分布式调相机及其分层分散配置的作用,分别提出了调相机集中和分散接入不同电压等级配置方案;最后通过对比各方案给出了大规模新能源直流外送系统调相机配置建议,研究结果表明在各新能源汇集站低电压等级侧分散配置小型化调相机,不仅可以全面解决送端系统的暂态过电压问题,还能进一步提高经济性。     

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。     

适应高比例新能源直流外送输电能力提升的分布式调相机配置方法研究

特高压直流送出是我国大规模可再生能源消纳的重要输电形式。在新能源高渗透率地区，直流故障后新能源的暂态过电压问题已成为制约新能源外送能力的主要因素。对新能源外送系统的分布式调相机配置方法进行研究，结合限制故障影响范围制定初步配置方案，并以新能源脱网站点的短路比为参考指标对初步配置方案进行优化完善。针对某实际电网的算例仿真表明，最终配置方案可有效提升网内新能源的消纳能力，且推荐的新能源汇集站点分布式调相机配置比例可用于指导后续电网实际规划和建设工作。     

青南新能源集中送出地区动态无功补偿方案对比研究

为解决青南高比例新能源集中送出面临的暂态过电压等问题,提出了新型分布式调相机动态无功补偿方案。通过对比分析直流典型故障期间不同动态无功补偿设备及接入方式对新能源场站母线过电压抑制能力和低电压支撑能力,筛选出最好的动态无功补偿方案。研究表明,在新能源场站35 kV母线或110 kV汇集站通过三绕组变压器接入分布式调相机的方案具有更好的无功补偿效果,综合考虑升压变成本和调相机单位容量造价,后者更具经济优势。     

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。     

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。     

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。     

高比例新能源送端系统暂态电压运行风险分析

针对交、直流故障下的高比例新能源送端系统暂态电压演化传播机理及运行风险尚不明晰的问题,首先,基于交直流系统间的无功电压交互作用机理分析,明确了交、直流系统故障下的暂态电压特性及主导影响因素,阐明了高比例新能源送端系统电力电子设备主导的暂态电压演化传播路径。其次,从“交直流故障强耦合作用持续加强,暂态无功功率成分复杂”、“新能源比例不断提升,暂态电压问题凸显”及“故障承载与调节能力下降,连锁脱网风险增大”三方面系统地阐述了暂态电压运行风险。然后,基于DIgSILENT/PowerFactory建立了实际高比例新能源多直流外送系统仿真模型,不同新能源占比、不同故障工况下的仿真结果验证了暂态电压运行风险分析的正确性。最后,从增强耦合运行特性机理认识、提升新能源涉网性能、增加多尺度协同控制策略、加强交流网架结构等方面提出了应对暂态电压运行风险的技术展望。     

考虑频率稳定约束的分布式调相机选址定容策略

“双碳”目标的提出加快了以风光为代表的新能源发电并网。高比例电力电子接口的新能源发电并网将导致电力系统惯量支撑能力弱、频率稳定问题突出。针对风光场站,分布式同步调相机作为旋转元件,在提供电压支撑的同时,还可为系统提供转动惯量继而提升电网频率支撑强度,但高效可行的分布式调相机配置方法尚有待研究。文章提出考虑频率稳定约束的分布式调相机选址定容方法,以节点惯量来评估系统惯量分布并识别系统频率支撑薄弱区域,进而挑选调相机配置地点,并根据临界惯量作为不等式约束,以配置容量最小为优化目标设计了分布式调相机选址定容策略。结合算例分析表明,提出的分布式调相机选址定容策略直接高效,能在调相机总配置容量最低的前提下,更有效地提高系统频率支撑强度。     

功角失稳与暂态过电压并存型锡盟交直流弱送端系统特性分析

目前我国电网呈现出大容量直流和高比例新能源集中接入的特点,直流和新能源扰动冲击给电网运行带来深刻影响,亟需开展深入研究。文中旨在研究功角失稳与暂态过电压并存型弱送端系统的特性,首先分析了不考虑风电接入的功角稳定特性,研究了交直流功率分配对功角稳定水平的影响;然后分析了考虑风电接入的功角稳定特性,研究了风火出力分配对功角稳定水平的影响;接着分析了考虑风电接入的暂态过电压特性,研究了风火出力分配对暂态电压峰值的影响;最后分析了功角稳定和暂态过电压的交互影响特性,以及两者对送端系统外送能力的综合影响。通过锡盟交直流弱送端系统实际算例进行了仿真验证,研究成果可为新形势下大电网安全稳定运行提供技术参考。     

高比例新能源接入下送端电网直流闭锁过电压分析与抑制策略

近年来,以风电和光伏为主的可再生能源发电技术发展迅速。考虑到可再生能源资源富集区域和重负荷区域之间存在空间上的分布差异,高压直流输电被证明是一种能够有效将电力进行远距离传输以提升可再生能源消纳的技术。高压直流输电系统的直流闭锁故障,特别是直流双极闭锁故障,会导致送受端交流电网中产生过电压浪涌,进而可能导致发电机脱网运行。文中建立了直流闭锁故障下送端交流电网中过电压的数学模型,分析了可再生能源发电设备的无功功率对直流闭锁下电网过电压的影响,进而以送端电网的无功功率裕度最大为目标提出了一种最优有功出力分配策略。基于Matlab/Simulink,设计了一个案例来验证所提出的最优有功出力分配策略减少直流闭锁下电网过电压的有效性。     

考虑过电压抑制的特高压直流弱送端系统无功控制策略

直流闭锁等扰动引起的送端电网过电压,已成为限制直流输送能力和新能源消纳的主要约束。基于±800 k V扎鲁特—青洲(简称鲁固)特高压直流弱送端电网,结合扎鲁特换流站调相机工程和东北电网系统保护建设,提出了协调换流站滤波器(电容器)、调相机及换流站近区同步机组的过电压抑制策略。一方面,电网稳态运行时,充分利用换流站及其近区调相机和同步机组补偿阀组消耗无功,减少滤波器(电容器)的投入量,从而降低直流闭锁滤波器(电容器)滞后切除引起的暂态过电压。另一方面,调相机和同步机组无功输出增大,为抑制直流闭锁潮流大规模回退引起的稳态过电压提供了充足的回降无功备用。最后基于鲁固特高压直流送端电网验证了策略的有效性。     

新能源同步机与调相机在高比例新能源电网中应用的比较

针对高比例新能源电网的电压稳定问题和新能源脱网风险,新能源同步机(Motor Generator Pair,MGP)系统和调相机均能发挥重要作用。为对比二者的动态特性,本文介绍了MGP结构和控制策略,分析了MGP的无功调节原理和机械隔离作用。推导了调相机的动态调节特性及无功调节能力的影响参数。在PSCAD中分别搭建了MGP和调相机接入新能源并网系统的仿真模型,对比了不同故障情况下MGP和参数优化前、后调相机的动态特性,结果表明MGP和调相机都具备抑制电压跌落的能力,而MGP的机械隔离作用可以隔离故障对逆变器和新能源机组的大部分影响,防止新能源大量脱网。     

新能源多场站短路比定义及指标

随着新能源在电力系统中占比不断增加、接入形式的多样化,局部地区出现了新能源并入弱交流电网的场景,这是出现宽频带振荡、过电压等问题的影响因素之一,因此,亟需提出理论科学、工程实用的新能源接入规模的量化评估指标。该文首先基于短路比的物理本质,提出计及场站间相互影响的新能源多场站短路比(multiple renewable energy stations short circuit ratio,MRSCR)定义及计算方法,并根据系统阻抗比与短路比间的关联关系,给出针对不同阻抗比范围的计算解析表达式。其次,对新能源多场站临界短路比进行定性分析,并基于典型电网参数计算结果从工程应用的角度提出MRSCR临界指标。最后,依托电力系统分析综合程序(power system analysis synthesis program,PSASP)开发MRSCR计算模块,通过时域仿真算例验证所提出MRSCR对多新能源场站接入系统电压强度表征作用的有效性。     

直流馈入受端电网暂态电压与频率稳定紧急协调控制策略

为应对多直流馈入受端电网直流闭锁故障导致的暂态电压和暂态频率稳定问题,提出一种综合考虑直流功率紧急提升、调相机紧急控制和切负荷的紧急协调控制策略。首先,采用了基于多二元表的暂态稳定裕度指标,分析了直流功率紧急提升和调相机紧急控制对受端电网暂态电压稳定的影响,提出了受端电网多控制手段紧急协调控制方案。其次,基于该控制方案,计及暂态电压和暂态频率稳定约束,以控制代价最小为目标,建立了多控制手段下受端电网紧急协调控制优化模型。然后,采用灵敏度法将模型线性化,考虑了直流功率紧急提升对暂态电压稳定的负面影响,并采用逐次线性规划方法求解。最后,通过华东电网实际案例结果验证了所提控制策略的有效性。     

新能源基地经特高压交流送出系统输电能力与提升措施

随着新能源在电力系统中占比不断增加,大规模新能源安全稳定送出能力提升成为一个普遍关注的问题。以张北地区千万千瓦级新能源基地经张北—雄安1 000 kV特高压交流输电线路送出为例,使用电力系统分析综合程序 (power system analysis software package,PSASP)搭建了其机电暂态仿真模型,其中包含具备低电压穿越功能的新能源模型及分布式调相机模型,分析了新能源送出能力的制约关键因素,研究了分布式调相机配置对于新能源短路比的影响,最后通过全数字电力系统仿真器(advanced digital power system simulator,ADPSS)全电磁暂态仿真验证了暂态过电压问题优化效果。计算结果表明,暂态过电压和稳态低电压是制约张北地区新能源经特高压交流送出能力的主要因素,在新能源短路比较低的发电机组机端配置分布式小型调相机,可有效抑制暂态过电压问题,提高新能源整体送出能力。研究结果对电力系统规划、运行及国内同类新能源送出工程设计都具有较强的参考价值。     

计及安全稳定约束的多直流送出电网新能源极限渗透率估计方法

基于电网换相换流器的高压直流系统是大型能源基地电力外送的重要技术手段,然而新能源渗透率的提高会降低送端电网的安全稳定性。为保证多直流送出电网的安全稳定运行,提出一种计及安全稳定约束的多直流送出电网可承受新能源极限渗透率估计方法。推导各类安全稳定约束的表达式,包括短路电流约束、多直流短路比约束以及频率稳定约束;在考虑安全稳定约束的情况下建立多直流送出电网优化调度模型;给出优化调度模型分段线性求解方法,并基于该方法提出新能源极限渗透率估计方法。修改的IEEE 39节点系统仿真结果验证了所提方法的有效性。