孤岛方式下云广直流自动功率调整功能与小湾电厂AGC配合的仿真

鉴于云广直流输电容量巨大,需要对孤岛运行方式下云广直流自动功率调整功能与送端电厂自动发电控制(AGC)能否相互配合进行验证,以确保南方电网的安全稳定运行。为此,建立了2010年南方电网实时数字仿真(RTDS)模型,构造了由南方电网主网、云广直流孤岛系统和该直流实际控制保护配置组成的、能够很好地模拟云广直流孤岛运行方式的RTDS平台,对孤岛运行方式下云广直流自动功率调整功能与送端小湾电厂AGC的相互配合关系进行了仿真研究。试验结果表明,对于在孤岛运行方式下的直流日负荷功率调整,送端电厂AGC日负荷曲线起着主导作用;利用直流频率限制控制(FLC)功能与电厂AGC协调控制,在稳态和扰动情况下均能基本上保持孤岛系统的稳定运行。     

云广直流孤岛系统机组调相运行分析

孤岛运行作为云广特高压直流输电工程的设计运行方式之一,能够有效提高南方电网的稳定水平,但是存在较严重的机组间相互作用引起的小湾机组调相运行问题。建立了将电厂调速器控制系统、励磁系统、监控系统接入RTDS实时仿真系统形成云广直流孤岛分析的仿真试验平台,该仿真平台具有较高的仿真可信度,从调速器控制逻辑与参数在直流双极闭锁甩负荷后的调节规律的角度分析了小湾电厂机组调相运行的机理。     

云广孤岛运行方式RTDS试验平台的构建及研究

构建了云广直流和兴安直流联接实际控制保护装置的RTDS试验系统,对云广特高压直流在孤岛运行方式下,各种故障下送端系统的动态特性进行了试验研究。结果表明,该RTDS仿真试验系统有足够高的仿真精度,满足对云广特高压直流孤岛运行方式下系统动态特性仿真研究,以便为云广特高压直流孤岛运行方式下安稳策略制定提供技术支持。     

国内首次——南网科研院仿真所组织各方开展云广直流孤岛机网协调控制RTDS试验

为研究云广直流孤岛运行方式下小湾、金安桥水电站调速器、励磁系统等的控制逻辑和参数是否满足要求,验证孤岛方式下两站机组与云广直流能否协调稳定运行,受南网总调委托,南网科研院仿真所组织各方开展云广直流孤岛机网协调控制RTDS试验。本试验系统采用RTDS实时数字仿真器,对南方电网主网架(包括云广直流)及小湾、金安桥水电站     

基于实时数字仿真器的云广特高压直流系统孤岛运行仿真

云广特高压直流系统输送功率大,送端换流站远离电站而且靠近云南电网昆明负荷中心,交流系统相对较弱,特高压直流系统在失去与云南主网相连的全部500kV联络线后,系统将进入孤岛运行方式。为此,采用实时数字仿真器和特高压直流保护控制软件搭建了详细的实时闭环仿真系统模型,对云广特高压直流系统进入孤岛运行过程进行仿真分析,研究云广直流系统进入孤岛方式运行交直流系统的暂态稳定性能,并对交流系统和直流系统故障过程进行了仿真,分析系统故障后交流系统电压和频率的暂态特性以及交直流控制系统的动态性能。通过仿真验证了云广特高压直流在孤岛运行方式下,系统仍具有良好的动态性能,对实际的工程具有重要指导意义。     

云广特高压直流送端孤岛运行超低频振荡与措施

大容量特高压直流输电系统与配套大型水电站构成的直流送端孤岛运行系统存在着较严重的调速器控制稳定问题。云广特高压直流送端孤岛系统也存在水电机组调速器与直流控制不协调而出现的超低频振荡现象。分析了电网超低频振荡过程中所有机组的同调特征,提出了电网超低频振荡分析模型。基于频域分析法指出了水轮机调节系统在超低频范围内存在负阻尼频带,水轮机调节系统的时间常数越大、调速器前向通道增益越大,负阻尼越显著。提出了通过退出部分机组一次调频功能或协调机组一次调频与直流频率限制控制器(FLC)动作死区设置,以直流FLC调频为主的直流孤岛频率控制策略能有效抑制孤岛系统的超低频振荡。基于实时数字仿真器(RTDS)的机网协调控制实时仿真结果验证了该策略的有效性。     

特高压直流送端孤岛系统频率稳定控制

特高压直流与大型水电机组配套电源采用送端孤岛运行方式,能有效消除由直流闭锁引起的潮流大范围转移、系统暂态功角失稳问题。但是,送端孤岛系统的频率稳定性是决定系统能否运行的关键因素之一。结合南方电网楚穗、普侨特高压直流孤岛的调试情况,研究了水电站与特高压直流送端孤岛系统超低频振荡的机理,提出了频率稳定控制策略;阐述了直流甩负荷导致部分机组调相运行的机理。机网协调控制RTDS试验平台的仿真结果以及特高压直流孤岛系统的现场调试结果表明了所提控制策略的有效性。     

特高压直流输电系统实时数字仿真研究

基于RTDS仿真器和南瑞继保公司研制的±800 kV直流控制保护样机搭建了云广特高压直流输电系统"孤岛"运行方式实时闭环仿真模型。利用该仿真系统对云广直流单电气元件特性、云广直流输电系统稳态潮流和暂态故障进行了仿真,并与非实时电磁暂态软件EMTDC仿真结果进行了对比。结果显示,2种仿真工具模拟的电气元件特性、系统稳态潮流和暂态特征基本一致,表明了搭建的实时闭环云广直流输电系统的可信性。由于考虑了实际特高压直流控制保护设备的作用,所搭建的实时闭环仿真系统更能反映实际交直流系统的动态特性,具备更实际的参考价值。闭环云广直流输电仿真系统已成功应用于云广特高压直流输电工程相关的多项关键科研项目,为云广特高压直流输电系统的建设和运行提供了有力的技术支持。     

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。     

楚雄SVC控制保护系统功能和动态性能的RTDS试验

楚雄静止无功补偿（SVC）是云广特高压直流的配套工程,具有技术新、容量大的特点,有必要在工程投产前进行RTDS试验。项目包括建立目前世界规模最大的交直流电网RTDS实时仿真模型,搭建由RTDS、SVC控制保护屏柜、云广直流实际控制保护装置、功放等构成的闭环试验系统,分别在云广直流联网、孤岛两种方式下对楚雄SVC控制保护系统的功能、动态性能以及与电网相互作用进行实时闭环试验。结果表明：楚雄SVC的RTDS闭环试验系统建模合理;试验发现并解决了两套SVC控制不协调工作、交流系统瞬时性故障时SVC退出运行等多项功能缺陷。     

抑制云广特高压直流孤岛运行甩负荷过电压的控制逻辑优化研究

针对云广特高压直流送端系统有效短路比(effective short-circuit ratios,ESCR)较小、孤岛运行方式下大功率甩负荷时存在的过电压问题,解析推导工频过电压倍数方程。分析了在不同有效短路比情况下的过电压倍数的变化规律和功率降速对电压变化量的影响。在现有的特高压直流闭锁控制逻辑基础上,提出了孤岛方式下降低过电压倍数的极控闭锁逻辑和VDCL逻辑优化方案。通过连接有云广特高压直流实际控制保护装置、电源侧机组励磁、调速控制装置的机网协调控制实时仿真平台开展了验证性仿真研究,证明了优化方案的有效性。     

云广直流孤岛动态稳定问题的广域电力系统稳定器解决方案

直流系统送端采用孤岛运行方式,可减少直流系统故障对主网的影响,提高电网安全稳定水平,增加输电通道外送能力。云广直流孤岛系统由于小湾、金安桥电厂远离楚雄换流站,存在动态稳定问题。现有电力系统稳定器(PSS)可有效提高小湾机组对金安桥机组相对振荡模式的阻尼,但对孤岛系统的过电压控制产生了不利影响。文中从PSS的原理上对原因进行了分析,并提出了采用广域信号的PSS解决方案。基于机组转速差的广域PSS在改善孤岛系统动态稳定性的同时,消除了对过电压控制的不利影响,在云广直流孤岛系统中具有良好的实施可行性。仿真结果验证了广域PSS的有效性。     

直流孤岛方式下水轮发电机组调速器精确建模研究

孤岛运行时,由于系统容量相对单台机组较小,扰动后频率波动范围较大,现有常用调速器模型无法准确模拟水轮发电机组的响应,不能对直流孤岛工况进行正确的计算分析。为此,以楚穗直流送端大型水电厂实际机组为例,建立了调速器精确模型,并将EMTDC仿真与试验结果对比,证明该模型可精确模拟调速器各环节的响应,适用于直流孤岛运行各工况的仿真计算。     

特高压直流输电系统实时闭环仿真建模

仿真研究是发展高压、超高压和特高压电网的必要手段。为深入研究特高压直流输电技术和特高压交直流混联系统的特性,基于RTDS仿真器和南瑞继保研制的±800kV直流控制保护样机搭建了云广直流输电系统"孤岛"运行方式实时闭环仿真模型。为验证所建模型的有效性和可信性,与非实时电磁暂态软件PSCAD/EMTDC对单电气元件特性、云广直流输电系统稳态潮流和暂态特征进行了仿真校核和分析。校核结果显示,2种仿真工具模拟的电气元件特性、系统稳态潮流和暂态特征基本一致,从而表明了搭建的实时闭环云广直流输电系统的可用性和可信性。由于考虑了UHVDC控制与保护设备的控制作用的实时参与,所搭建的闭环云广直流仿真系统将更能反映实际交直流系统的动态特性,更具实际工程参考价值。所述的闭环云广直流输电仿真系统已成功应用于云广特高压直流输电工程相关的多项关键科研项目,从而为云广特高压直流输电工程的建设和运行提供了有力的技术支持。     

直流孤岛送电系统的功率输送能力分析

传统高压直流输电系统存在送端孤岛运行的可能性,而直流孤岛送电系统的功率输送能力是其运行特性的重要方面,因此对直流孤岛送电系统的功率输送能力进行了针对性的研究。在PSCAD/EMTDC仿真程序中搭建了直流孤岛送电系统模型;通过理论计算和时域仿真2种方法分别绘制系统最大功率曲线,根据直流电流指令值变化速率的不同,分类讨论了慢速电流变化时的励磁模型和励磁参数对系统功率输送能力的影响、快速电流变化时励磁参数对系统过渡过程的影响;将所提方法应用于分析送端交流系统故障,阐述失稳机理并提出改善措施。仿真结果表明:基于功率输送能力分析的直流电流限幅和发电机强励措施能显著改善直流孤岛送电系统发生故障后的暂态响应特性。     

基于RTDS的高压直流控制系统锁相环仿真研究

在基于实时数字仿真器(Real-time digital simulator, RTDS)所建立的特高压直流输电系统实时仿真平台中,常规锁相环技术无法实现换流阀触发脉冲的精确控制,不利于实际直流工程的故障重现。基于系统正序分量的瞬时锁相环控制原理,提出了一种高精度锁相环的建模方法,实现了电网系统频率的高精确跟踪测量。在RTDS仿真平台上搭建完整的云广特高压直流工程的控制系统仿真模型,并结合实际工程的运行工况设计仿真试验算例。试验结果表明,仿真波形与实际工程的录波取得了高度一致性,该仿真建模方法是有效可行的。     

直流孤岛运行方式下交流保护装置频率适应性仿真研究

频率适应性是交流保护装置适应直流孤岛方式运行的重要特性,对直流孤岛稳定运行起到了重要作用。建立直流孤岛运行系统RTDS仿真模型,并将其与实际控制保护装置连接组成闭环实时仿真试验系统。通过设置多种试验项目,开展不同种类交流保护装置频率适应性试验研究,发现了直流孤岛运行方式下交流保护装置误动或拒动缺陷,为交流保护装置适应直流孤岛运行提供了重要的参考依据。     

直流电压测量时间常数对直流送端孤岛系统运行的影响

由于直流送端交流系统"孤岛"、不联网方式运行,送端交流系统强度一般都比较弱。送端交流系统故障会导致交流系统电压和直流电压的降低。在直流送端"孤岛"运行、直流定功率控制方式下,基于实时闭环仿真系统模型,对直流电压测量时间常数对系统运行稳定性的影响进行理论分析和仿真验证。较小的直流电压测量时间常数使直流控制系统响应较快,电压降低后,直流控制系统迅速增加电流定值以维持直流输送功率的恒定,有可能导致送端交流系统因无功不平衡而电压严重降低,甚至是电压失稳;较大的直流电压测量时间常数使直流控制系统响应较慢,在系统电压恢复后,直流电流定值有可能继续增加,从而使直流功率不断增加,有可能导致送端有功不平衡,交流系统频率严重降低,甚至失稳。还针对系统分析和实际工程给出了启示性的建议。     

云广直流带小湾和金安桥两个电厂的孤岛运行调试与分析

云南至广东±800kV直流输电工程送端楚雄换流站侧采用孤岛运行方式,可以较大幅度提高云南至广东现有交直流输电通道的送电能力。对该工程带小湾和金安桥两个电厂孤岛运行调试的分阶段计划和具体的试验项目进行了介绍,并基于实际完成的现场调试,对试验结果和孤岛系统的实际运行特性进行了分析。现场试验和分析结果验证了云广直流送端带两个电厂孤岛运行方式的可行性,从而为实际运行中采用孤岛运行方式打下了基础。     

基于PSCAD／EMTDC仿真平台的特高压直流输电控制系统研究

以云广±800kV特高压直流输电系统为研究对象,利用PSCAD／EMTDC仿真软件建立交流系统、换流器、换流变压器、交直流滤波器、直流平波电抗器、直流输电线路的仿真模型,研究直流控制分层控制原理及其在PSCAD／EMTDC中的等效实现方法,利用该仿真平台进行云广±800kV特高压直流输电系统的控制系统建模。将基于本平台搭建的电磁暂态模型与实际工程系统调试时的波形进行了对比,证明该平台与工程实际控制保护系统功能等效。基于该平台进行直流工程控制系统仿真的结果可信,有利于更深入的研究高压直流输电的控制与保护系统并对分析结果进行仿真验证,具有工程实际指导意义。