风电经特高压直流送出系统的暂态过电压问题研究综述

大规模风电通过特高压直流线路外送时,换相失败、直流闭锁等故障引发的暂态过电压问题严重影响了系统的安全稳定运行,制约了系统的输电能力.针对风电经特高压直流送出系统暂态过电压问题的研究步骤和关键技术挑战,从系统仿真建模、暂态过电压根源解析、抑制策略设计3个方面,分别进行总结和综述:从大规模风电经特高压直流送出系统的仿真建模...     

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。     

风电直流送出系统换相失败特性分析及其抑制措施

该文从风电场经直流送出系统模型出发,分析了换相失败下电网和风电场暂态电压特性及连续换相失败机理,并提出从无功补偿的角度来抑制换相失败后的暂态电压现象。最后,以某省风电场直流送出系统为例进行了仿真分析,特别针对连续换相失败场景下风电场的影响特性、送端系统暂态电压及抑制措施进行了仿真分析,并进行了理论验证。     

风电基地经特高压直流送出系统换相失败故障(一)：送端风电机组暂态无功电压建模

特高压直流(ultra high voltage direct current,UHVDC)受端换相失败故障引发送端交流暂态过电压,造成大规模风电机组脱网事故。为控制运行风险,亟需开展风电基地经UHVDC外送系统的暂态无功电压解析模型研究。该文分析了UHVDC受端换相失败引发送端暂态电压动态过程,建立了暂态过电压峰值解析模型;针对送端暂态电压“先低后高”特性,计及直驱风电机组(permanent magnet synchronous generator, PMSG)和双馈风电机组(doubly-fedinduction generator,DFIG)机组低电压穿越–稳态控制–高电压穿越多模式切换,分别建立了PMSG和DFIG机组的暂态无功电压响应解析模型;搭建了新能源基地经UHVDC送出系统控制硬件在环实时仿真平台,验证了UHVDC、PMSG及DFIG机组暂态响应解析模型的正确性,为系列文章第2篇揭示送端暂态无功电压作用机理及第3篇制定暂态过电压抑制措施奠定了理论基础。     

风机故障穿越特性对大规模风电直流外送系统暂态过电压的影响及参数优化

随着高比例新能源发电越来越成为当前力争实现碳达峰、碳中和目标下的主力电源,特高压直流输电工程的陆续投运和大规模新能源的集中接入使得直流故障引发的暂态过电压问题日益凸显,严重威胁电网设备安全,影响特高压直流输电外送能力.新能源机组在暂态过程中的故障穿越特性作为与过电压水平密切相关的重要因素,亟待展开深入研究.从直流故...     

直流断线故障下海上风电经柔性直流送出系统的暂态特性

断线故障为常见的直流故障类型之一,研究该场景下海上风电经柔性直流送出系统的暂态响应特性对于系统的保护方案设计有着重要参考价值.首先,分析了直流母线正极断线故障下短路电流产生机理,推导了非故障极短路电流表达式,并分析了接地阻抗参数对该短路电流特性的影响.其次,研究了故障期间风电场侧与电网侧换流站交直流侧暂态电压演变特性....     

风电高渗透率交直流外送系统直流闭锁稳控方案研究

针对特高压直流闭锁后的交流系统暂态过电压问题,深入剖析了直流闭锁后盈余的无功功率、短路容量与交流系统暂态过电压的关系,对比分析了安控切风电与极控切滤波器时序对交流系统暂态过电压的影响。提出基于风电机组故障穿越能力的交流系统稳控方案以及相应的暂态过电压抑制措施。以DIg SILENT为平台搭建哈密电网仿真模型,对所提稳控方案及暂态过电压抑制措施的正确性和可行性进行了仿真验证。仿真结果表明,所提稳控方案及暂态过电压抑制措施可有效降低系统暂态过电压,规避风电机组连锁脱网的风险,并有利于交流系统电压恢复。     

基于PSCAD的特高压直流输电系统单相接地过电压的研究

以±800kV云广特高压直流输电工程为背景,应用电磁暂态计算软件PSCAD建立了特高压直流输电系统模型,详细研究了特高压直流线路距整流站不同距离发生对地闪络故障时过电压的沿线分布及水平,指出直流线路中点故障时非故障极线路中点的过电压幅值最高,计算分析了杆塔接地电阻、换流站端部阻抗、线路长度及线路参数等因素对线路过电压水平的影响。     

大规模风电经LCC-HVDC送出的送端电网频率协同控制策略

针对大规模风电经电网换相型高压直流(LCC-HVDC)送出的送端电网所面临的严峻高频问题,充分挖掘风电潜在调频能力,提出一种风电与直流频率限制器(FLC)参与送端电网调频的协同控制策略。分析直流FLC参与送端电网调频的响应特性,刻画送端电网频率与风电机组功率的下垂关系,设计风电机组变转速与变桨距角相结合的一次调频控制方法。建立包括常规机组一次调频、风电机组下垂控制和直流FLC的频率响应综合模型,结合电网的频率稳定要求,采用灵敏度方法整定风电机组与直流FLC的调频参数,设计风电与直流FLC共同参与的频率协同控制策略。算例仿真结果表明：所提频率协同控制策略可有效降低高频切机、直流过载运行风险,提高送端电网的频率稳定性。     

直流闭锁暂态过电压对风电外送影响及其抑制措施

高压直流输电系统直流闭锁引起的送端交流母线暂态过电压可能影响送端风火打捆交流系统风电机组的稳定运行。针对该问题,首先分析了直流闭锁引起暂态过电压的主要原因及其对风电机组造成的影响,然后阐述了直流闭锁动态过电压及保护动作过程,并利用由PSCAD中自带示例Cigre_Benchmark改进的双极高压直流输电系统模型仿真分析了直流闭锁的触发方式及其引起暂态过电压的过程机理。通过改进触发直流闭锁的紧急停机策略,减缓直流闭锁的触发过程,改变保护措施的触发顺序,并与安全控制系统配合来抑制送端并网母线的暂态过电压,以此来保证风电机组的稳定运行。基于PSCAD/EMTDC搭建了风火打捆高压直流模型,最后通过算例仿真证明了所提方法的有效性。该方法对于风火打捆高压直流输电系统的电压稳定性研究具有一定的参考价值。     

特高压直流输电系统换流站故障过电压研究

±800 kV特高压直流输电系统换流站内电容性和电感性组件较多,在发生短路故障时容易引起过电压现象。研究各种操作和故障情况下过电压的特性,保证系统的安全稳定运行非常重要。利用PSCAD仿真软件建立了±800 kV云南—广东特高压直流输电工程的模型,在换流站内选取了换流阀阀顶对中性母线短路故障和换流变压器阀侧单相接地两种典型故障工况进行了研究。结果表明阀顶对中性母线故障时非故障极线路过电压水平较高,在上组四个换流变压器阀侧绕组中高压端Y/Y绕组端子处单相接地时的过电压水平最高。     

±800 kV溪洛渡-浙西直流输电工程换流站直流暂态过电压

特高压直流换流站的过电压水平对换流站设备的绝缘配合和系统的安全可靠运行等方面都有直接影响。基于溪洛渡-浙西±800 kV特高压直流输电工程,对两端换流站的高压端Y/Y换流变压器阀侧绕组接地、低压端Y/Y换流变压器阀侧绕组接地、交流侧相间操作冲击、全电压起动和直流极线接地等典型故障工况进行了仿真研究,给出了溪洛渡换流站和浙西站的相应避雷器承受的最大过电压和能量。计算结果可为该特高压工程换流站设备的绝缘配合设计及相关设备的选型、制造和试验等提供依据。     

海上风电柔性直流送出紧凑型控制保护系统设计方案

随着大容量远距离海上风电的开发,采用柔性直流送出方式具有更大的优势,基于海上平台造价高、空间小,设备维护成本高等特点,提出了海上风电柔性直流送出紧凑型控制保护设计原则,研制了适用于海上风电特点的紧凑型控制保护主机。提出了紧凑型控制保护系统的总体方案。构建了紧凑型控制保护系统RTDS仿真平台,试验结果验证了紧凑型控制保护设计方案的正确性,为海上风电柔性直流送出工程应用提供了重要参考。     

800kV浙西特高压直流换流站暂态过电压研究

基于溪洛渡—浙西800 kV特高压直流输电工程,对浙西换流站的暂态过电压和各避雷器的负载进行详细仿真计算分析。在交流侧选取了交流母线三相接地、交流相间操作冲击和失交流电源3种典型故障工况;直流侧选取了最高端换流变Y/Y绕组阀侧单相接地、低压端换流变Y/Y绕组阀侧单相接地和全电压启动3种典型故障工况进行研究。分析结果表明:失交流电源是交流侧的最严酷工况,交流母线过电压771 kV,通过交流母线避雷器A的最大电流0.14 kA,最大能量2.07 MJ;最高端换流变Y/Y阀侧单相接地在换流阀两端产生过电压375 kV,通过阀避雷器V1最大电流2.32 kA,最大能量6.73 MJ;低压端换流变Y/Y阀侧单相接地,阀避雷器V3通过最大电流1.04 kA,最大能量2.84 MJ;全电压起动在直流极母线上产生1 330 kV的过电压,避雷器DB通过最大电流0.56 kA,最大能量4.35 MJ。     

±800kV特高压直流换流站过电压保护特点及直流暂态过电压计算

分析总结了±800kV特高压每极2个400kV12脉动换流器串联结构直流换流站的过电压保护特点．将其与现有±500kV直流工程换流站的过电压保护作了比较．同时以±800kV具体直流工程为例．选取典型故障工况．在考虑避雷器保护特性的条件下，对换流站几个关键点的典型操作过电压进行了简单模拟计算。计算结果为确定UHVDC输电IT程换流站主要避雷器保护水平及主设备耐受水平提供了参考．     

风电机组低电压过渡控制对暂态频率及过电压的影响及优化

针对风电大规模接入导致电力系统交流故障引发的暂态频率和暂态过电压问题,分析了GB/T 19963.1—2021《风电场接入电力系统技术规定第1部分：陆上风电》对风电机组低电压过渡的控制要求以及机电暂态仿真用PSASP风电机组模型与参数;提出了特定仿真需求下实测建模工况的考虑原则,根据某厂家低电压过渡实测数据,辨识出关键参数,并以此模型和数据为基础,展开风电机组低电压过渡控制参数对频率和电压暂态特性的敏感性分析。最后结合某地区电网进行了实例验证,并提出风电机组控制策略和模型参数的优化建议。     

适应大规模风电外送的特高压直流协调控制实时仿真研究

特高压直流输电是解决大规模新能源外送问题的较好方案。文章基于既能模拟大规模风电又能精确模拟特高压直流输电系统的先进数模混合实时仿真平台,对特高压直流系统与风电的协调控制策略进行了深入研究。结合特高压直流输电系统的有功调节特性及设备操作特性,提出跟随风功率波动进行直流功率协调控制的有功控制策略;针对风机脱网及系统恢复稳定的动态特性,提出与之相对应的特高压直流输电系统无功协调控制策略,该策略提高了系统的故障恢复特性和稳定性。通过数模混合实时仿真试验,验证了协调控制策略的有效性。