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。     

高压直流输电送端孤岛运行附加频率控制器设计

高压直流输电系统在孤岛运行方式下,由于缺少负荷的频率调节效应,交、直流系统的扰动极易造成送端系统频率的不稳定。采用TLS-ESPRIT算法辨识出某实际电网系统的传递函数,并根据根轨迹校正原则设计了一种直流系统附加频率控制器,利用直流输电系统功率的快速可控性,来稳定送端系统频率。同时,设计了传统比例积分控制器与所提控制器进行比较。在PSCAD/EMTDC中仿真结果表明,所设计的频率附加控制器可以有效地提高孤岛系统的频率稳定性。     

柔性直流互联电网的孤岛频率快速控制技术

区域小电网同时通过交流及柔性直流输电通道与其他大电网连接的互联电网,当交流输电通道故障导致区域小电网孤岛时,柔性直流系统的定有功功率控制方式限制了大电网对孤岛的支援能力。根据柔性直流系统具有潮流控制快速可靠的特点,设计了一种基于离线计算与在线判断相结合的柔性直流互联电网的孤岛频率快速控制方案。首先,通过离线策略初步确定功率缺额,随后根据在线频率变化率判定采取粗调或精调的实际控制措施,用于粗调的离线计算结果使得在线判断时计算量小、采样少,动作快速;用于精调的频率限制控制器(frequency limit controller,FLC)可以实现无差调节,能够对粗调结果进行补充,增强可靠性,并能与区域电网的切机(负荷)措施紧密配合。仿真结果表明,所提的故障孤岛频率快速控制方案能够有效解决孤岛系统频率稳定问题。     

大规模交直流电网电磁暂态数模混合仿真平台构建及验证：(二)直流输电工程数模混合仿真建模及验证

特高压电网的快速发展对直流输电工程动态特性的仿真提出了更高需求。文中提出了接入多直流控制保护的大规模交直流电网数模混合仿真平台建设技术方案,并从直流输电工程控制保护装置简化原则、数模混合仿真接口技术、直流输电系统一次建模要求等方面提出了适用于接入大规模仿真电网的直流输电工程数模混合仿真建模方法。选择宾金特高压直流工程现场调试的典型故障,将直流输电工程数模混合仿真结果与现场波形进行了详细对比,对比结果表明直流输电数模混合仿真模型的动态响应特性与实际工程的动作特性高度吻合,能够真实再现实际系统情况,可以较为准确地仿真交直流相互影响的现象,为交直流电网安全稳定运行提供强有力的技术支撑,同时可以作为其他数字仿真模型的校准工具。     

HVDC附加控制策略对频率稳定性的影响研究

基于不完全微分PID控制原理设计了一种高压直流(HVDC)输电系统附加频率控制器,采用容易获得、稳定可靠、对频率稳定有很好的控制效果的直流双侧频率作为输入信号。该控制器可根据频率变化调节HVDC功率指令,当系统发生故障而导致频率上升或下降至动作频率时,HVDC将增加或减少从另一端系统吸收或输送的有功功率,来快速化解故障端系统的有功过剩或缺额情况。针对该控制器,利用PSCAD/EMTDC在两区域系统中进行了时域仿真分析,证明了所设计控制器的有效性。     

直流频率限制控制（FLC）功能在云南异步联网中的应用

云南与南方电网主网异步联网后,云南电网频率稳定风险增大,直流频率限制控制（FLC）可实现直流功率大范围快速调节,是电网频率稳定控制的重要措施。基于云南电网实际运行情况,全面分析了直流FLC应用于省级区域电网频率控制的相关问题,包括FLC功能配置原则、调节范围及死区设置、调节量需求及直流过负荷能力等,并结合实际案例分析了FLC动作特性,提出现场实施方案。直流FLC在云南异步联网应用的成功经验,可为后续工程应用提供借鉴指导作用。     

特高压直流输电频率控制功能分析及优化

特高压直流输电工程频率控制功能可利用直流系统输送功率的快速可控性调整两端交流电网的有功功率平衡来改善交流系统的性能。本文介绍特高压直流输电工程频率控制功能的原理，对特高压整流换流站频率控制功能的动作特性进行仿真，并提出在直流系统发生换相失败时屏蔽频率控制功能的措施，为特高压直流频率控制器的功能优化提供参考。     

考虑直流附加控制能力的近端地方电网与直流外送系统的接入模式选择

针对能源基地近端、规模小、网架结构弱的地方电网的并网需求,提出考虑直流附加控制能力的近端地方电网与直流外送系统的接入模式选择方法。首先,在总结联网和孤岛接入模式存在问题的基础上,分析直流紧急功率控制和直流附加频率控制对送端系统稳定的影响,明确了直流附加控制能力对小容量地方电网接入模式选择的显著作用。进一步地,给出了模式选择原则,借鉴电力系统安全稳定导则等的相关规定,计及潮流、短路电流的要求,综合考虑故障发生几率及其对送端系统稳定影响的严重程度,确定第一级、第二级暂态安全稳定校验顺序和标准,根据交、直流特征量反映系统稳定的敏感程度,给出暂稳校验判据。最后,以某实际直流工程为算例,验证了模式选择方法的有效性与适应性。     

基于特高压和超高压直流互联的送端电网AGC系统控制策略

采用基于特高压和超高压直流的电网异步联网方式对现有的自动发电控制(AGC)系统控制策略和电网频率控制的适应性问题逐步显现.为分析直流系统异步联网方式对电网AGC系统控制策略带来的影响,结合直流系统负荷的频率静态特性及其附加频率控制器的动态特性,分析了区域电网AGC对控制区设置、控制模式选择以及与直流附加频率控制器的适应性的影响,并对目前国内广泛应用的控制性能评价标准(CPS)控制策略适应性进行探讨.基于PSD-FDS平台进行直流系统与AGC的频率控制仿真验证和实际工程应用,结果表明基于特高压和超高压直流互联的送端电网AGC控制策略能够较好地适应异步互联电网,为异步联网方式下AGC系统控制策略制定和优化提供参考.     

云广HVDC孤网运行瞬时频率抑制的附加控制

在孤网运行方式下,为抑制交流故障后交流系统的瞬时频率,利用换流器稳态方程导出换流母线电压与直流电流的动态关系,结合故障特点,应用HVDC的快速和高可控特性,设计了一种反映整流站换流母线电压具有惯性环节的高压直流输电(HVDC)瞬时频率附加控制器,实现对整流器给定电流的修正和直流功率调制,提高了故障后送端交流系统瞬时频率稳定性。云广±800kV特高压直流输电系统的电磁仿真结果表明,在送端交流系统故障下,该附加控制器能够有效抑制交流系统的瞬时频率。     

柔性直流输电系统的自适应下垂反馈控制方法

提出一种柔性直流输电系统的自适应下垂反馈控制方法,通过利用柔性直流(VSC-HVDC)的灵活可控性为弱交流电网的频率和电压提供辅助支撑能力。首先,分析了柔性直流控制系统的工作原理,建立了VSC双环解耦控制的数学模型;在此基础上,提出了一种改进的双环PI解耦控制系统,分别设计了带有频率附加控制的有功功率控制器和带有电压附加控制的无功功率控制器,能够有效改善弱交流系统频率和电压的稳定性;采用了带功率偏差补偿的下垂反馈控制,改善了系统的动态响应,扩大了柔性直流的稳定运行范围。时域仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

多馈入高压直流输电系统非线性附加控制器的设计

高压直流输电（HVDC）系统的附加控制器可以改善系统的稳定性。该文针对多馈入高压直流输电系统，应用非线性控制系统理论设计了直流系统的附加控制器。首先建立了多馈入高压直流输电系统的数学模型。然后推导出稳定控制规律，该规律考虑了2条直流系统附加控制的相互影响。最后以一个3机和2条直流联络线构成的系统为例进行了仿真研究。仿真结果表明：与传统的控制器相比，该控制器能更好地改善系统的稳定性。     

基于变结构控制理论的高压直流附加频率控制器设计

针对因故障扰动或负荷投切引起电力系统频率振荡的问题,提出一种基于变结构控制理论的高压直流附加频率控制器设计方法。利用TLS-ESPRIT算法辨识出系统的低阶线性化模型;基于二次最优型的变结构控制原理设计高压直流附加频率控制器,通过直流功率的快速调节来抑制交流系统中因功率不平衡引发的频率振荡;利用极大极小值原理和改进粒子群优化算法对控制器参数进行优化。在PSCAD/EMTDC中搭建某实际电网模型进行仿真验证,并与传统PI控制器进行对比分析。仿真结果表明所提控制器对不同故障引发的系统频率振荡都具有更好的抑制效果,能明显提升系统频率稳定性,且具有较强的鲁棒性。     

基于TLS-ESPRIT辨识的多直流控制敏感点研究

多直流输电系统的出现及发展,使得通过直流附加控制抑制低频振荡的方法更加复杂也更加灵活,附加直流控制地点选择与振荡抑制效果息息相关,可定义低频振荡控制敏感点为附加控制器对系统不同振荡模态的最佳安装位置。提出了通过TLS-ESPRIT方法辨识各直流扰动情况下发电机加权功角曲线,得到振荡模态对应于各条直流的多直流控制因子,通过多直流控制因子确定振荡模态的控制敏感点,附加控制器的参数通过综合性能指标进行整定,在控制敏感点附加直流调制将获得最优的控制效果。以川渝电网振荡模态为算例对四川电网多直流输电系统进行了仿真验证,结果表明了控制敏感点的准确性。     

高压直流附加控制对强迫振荡的抑制作用

强迫振荡成为电网动态稳定的主要问题之一,可能引起区域联络线有功功率大幅振荡。分析了多机系统强迫振荡的原理,设计了高压直流附加阻尼控制器,分析了不同扰动源位置、频率以及直流输送功率下高压直流附加控制器对强迫振荡的抑制效果。2区4机交直流系统的仿真结果表明,高压直流附加控制器对强迫振荡的抑制效果与扰动源位置关系不大,主要取决于扰动源频率和直流输电功率水平;当扰动源频率等于区域间振荡频率时,抑制效果最佳;直流输送功率越大,强迫振荡的抑制效果越好。     

异步互联系统准同步运行的HVDC附加控制建模及稳定性分析

异步互联系统调频资源和备用容量的分割使得频率稳定问题突出,利用高压直流输电系统的附加频率控制(AFC)可以实现异步互联系统调频备用共享,参与系统频率调控。文中以改善异步互联系统整体的调频性能和频率质量为目标,研究基于直流两侧电网频率差进行无差控制实现异步互联系统准同步运行的直流AFC对两侧电网频率稳定性的影响。利用换流站交直流系统的功率平衡关系建立较为精确的高压直流输电系统线性化模型,得到异步互联两区域系统的负荷频率控制模型,以此进行特征分析指导AFC参数设计。多场景仿真结果表明,准同步运行的直流AFC在使两侧电网趋于同频运行的同时,能够适应两侧电网的容量自动调节直流功率,有效改善全系统的频率稳定特性。     

大容量柔性直流接入大连电网稳定性分析研究

文中针对大容量柔性直流输电系统接入系统后大连电网的稳定性进行了较为细致的研究。首先在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC上搭建了大容量柔性直流输电系统的仿真模型以及实际的大连电网模型,研究大连电网在典型故障下的稳定性;其次研究柔性直流向无源网络供电的控制策略;最后研究了柔性直流频率/交流电压的附加控制策略,仿真结果表明,大容量柔性直流输电系统可以很好地提高大连电网的稳定性。     

直流系统参与电网稳定控制应用现状及在安全防御体系中的功能定位探讨

根据交直流电网安全稳定控制需求,分析了直流系统功率紧急控制、功率调制、频率调制、无功调制等附加控制功能及其应用现状,比较了新旧版本《电力系统安全稳定控制导则》对直流系统参与电网稳定控制定位的阐述;在此基础上,结合我国电网特征及发展趋势,探讨了直流系统多种附加控制功能在电力系统安全3道防御体系中的定位,并给出了建议.     

应用直流调制改善水电能源基地交流电网运行特性

直流输电具有远距离、大容量、无稳定问题等特点,适用于大型能源基地电力集中开发和外送场景。随着我国能源基地的开发建设,直流工程数量以及送电规模不断提高,直流系统的调制功能对系统稳定运行的影响日益凸显。西南地区水电资源丰富,目前通过多回特高压直流工程送电至华东地区。水电基地电网独立运行时系统阻尼特性相对较差,故障时交流系统易发生超低频振荡现象。频率控制器是直流系统附加控制之一,能够根据交流系统频率变化快速调整直流输送功率,进而改善交流系统的频率特性和阻尼特性。西南电网仿真结果表明,利用直流频率控制器能够有效改善西南电网阻尼特性,提高系统频率稳定水平。     

多直流馈入受端电网两段式频率安全紧急控制策略研究

直流输电容量的不断提高,在一定程度上增大了多直流馈入受端电网频率安全风险。分析故障后动态频率变化典型特征,结合频率安全控制目标,提出两段式频率安全紧急控制策略。第一阶段以故障后动态过程最低频率满足要求作为目标制定控制策略,第二阶段以故障后稳态频率满足要求作为目标制定控制策略。结合多直流馈入受端电网中频率安全紧急控制资源的特点,研究分析两段式频率安全紧急控制策略制定问题,提出制定控制策略的基本原则、步骤和需要的关键信息。用实际电网数据,仿真分析两段式紧急控制策略的效果。研究结果表明,两段式紧急控制策略能够实现故障后全过程频率紧急控制控制目标的协同。