基于主导惯量中心的紧急功率支援综合策略研究

当交直流系统遭受大扰动,导致有功失衡而使系统稳定受到威胁时,利用直流系统的快速可控性进行紧急功率支援可缓解功率不平衡状况,提高系统暂态稳定性,但如何选择紧急功率支援信号使调制效果达到最优仍需探索。直流线路连接的互联区域电网,暂态下区域电网主导惯量中心间的转速偏差能够保留系统重要的动态信息,集成紧急功率支援的控制信号,相比于传统的由本地信息构成的调制信号效果更优。以暂态过程中发电机组的动能增加为准来度量主要参与机组,形成“主导惯量中心”（the Dominant Center Of Inertia,DCOI）,在主导惯量中心转速偏差为调制信号的基础上,结合功率提升/回降,形成一种紧急功率支援综合策略。在四川电网的仿真中表明：基于主导惯量中心的紧急功率支援方案可有效地提高大扰动下暂态系统的稳定性,结合功率提升/回降的紧急功率支援综合策略可进一步发挥直流调制维护系统暂态稳定的潜能。     

基于直流综合支援因子的多直流紧急功率支援策略研究

在衡量交直流耦合程度时,在考虑扩展延伸后的交直流相互作用因子的基础上还综合考虑了潮流转移因子的影响,对其进行归一化处理后新定义了指标——直流综合支援因子,然后将其映射为支援策略的优劣排序。以某电网不同断面发生故障为例,通过计算各条直流所对应的直流综合支援因子得出支援策略。介绍了仿真计算验证结果。     

SVC对特高压紧急直流功率支援的影响

在分析紧急直流功率支援提高系统暂态稳定性机理、静止无功补偿器(SVC)原理及参数设置的基础上,仿真研究了大扰动下SVC对特高压紧急直流功率支援的影响.结果表明:SVC能为换流站交流母线提供无功支持,使其电压在故障后快速恢复,有利于特高压直流功率的快速紧急提升,能更有效地弥补故障后送、受端网区的功率缺额,改善故障后的稳定裕度;安装SVC虽能提高故障后的电压水平却可能会减小熄弧角.故障后500 kV主网形成孤岛情况下,加装SVC能一定程度上改善电压和支援效果,整流侧能减少切机量.     

幅值自适应的阶梯式紧急功率支援控制技术

对传统紧急功率支援模块进行了改进,提出了幅值自适应的阶梯式紧急功率支援控制技术。将功率提升方式由斜坡上升改为阶梯式,引入了能够实时反映系统稳定性的信号,并根据反馈信号来确定紧急功率支援的幅值。文中阐述了该新型紧急功率支援模块的基本原理,介绍了参数整定的方法以及反馈信号的选取,并通过PSCAD仿真验证了该控制模块的可行性。仿真结果显示,该模块实现了根据反馈信号自适应确定功率提升幅值,在充分发挥直流系统输电能力的同时兼顾了换流器交流母线的电压稳定性,解决了传统紧急功率支援模块参数整定困难、适用性差的缺点。     

华中电网的直流紧急功率支援问题

研究了1 000 kV交流特高压试验示范线建成后,直流输电调制对华北—华中互联电网运行安全稳定的作用。分析了直流紧急功率支援的机制以及实现方法,并对华中电网内直流系统发生双极闭锁故障时,华北—华中互联电网和特高压交流输电通道承受故障冲击的能力及系统的安全稳定水平进行了仿真分析。通过一回直流双极闭锁故障时,华中电网中4回直流输电线路之间紧急功率支援的仿真研究结果表明,采用直流输电系统紧急功率支援对保持互联系统稳定性和供电可靠性具有良好的效果。     

基于不平衡功率动态估计的直流幅值阶梯递增紧急功率支援

建立扰动下系统不平衡功率的扩张状态观测器,并对观测器参数进行设置,实现不平衡功率的实时准确估计;考虑影响直流紧急功率支援限制因素,优化紧急功率支援量,基于功率支援阶梯递增原则实现功率支援目标;根据扰动功率大小,通过定义阈值指标实现3种幅值阶梯递增支援方案的选择。在PSCAD中搭建4机2区域交直流并联输电系统,仿真结果验证了所提方法的有效性。     

HVDC紧急功率支援自适应模糊控制器设计

研究了高压直流输电系统（HVDC）紧急功率支援控制的实现方法，提出了一种基于参数自适应模糊PID控制算法的HVDC紧急功率支援控制器，它可以根据两侧交流系统的运行情况、故障后的状态等信息，即时地决定最佳的支援功率值，并控制直流输电系统按照最佳支援功率值进行定值功率支援。该控制器基于确定模糊模型，构造模糊PID控制器，并引入确定性模糊调整规则对其进行参数自适应调整，整个控制器结构简单、稳定性强且实现容易。文中采用一个两区域系统对该控制器进行了时域仿真计算。仿真结果表明：投入该控制器后，交流系统在各种大干扰下的频率响应均表现出令人满意的特性。     

紧急直流功率支援时的无功功率配合研究

紧急直流功率支援能够提高单回直流双极闭锁后系统的稳定性,而换流站无功功率容量的不足往往会导致直流功率无法提升至指定功率值,大大减弱紧急直流功率支援的效果。为此,对直流换流器无功功率消耗进行分析,提出3种紧急直流功率支援期间的无功功率补偿方式,即:分段切除故障直流换流站内滤波器;加装静止无功补偿器;改进直流整流站附近的发电机励磁控制。仿真结果表明这3种措施均能在直流暂时过负荷期间弥补直流输送功率的缺额,提高系统的稳定性。分段切除故障直流换流站内的滤波器仅对故障直流换流站附近的其他直流线路功率有一定影响,且容易导致故障直流换流站过电压;静止无功补偿器及整流站附近发电机励磁控制均可减少紧急直流功率支援后的切机量,但发电机励磁控制效果更佳。     

基于BPA的大电网紧急直流功率支援策略研究

针对特高压交直流混联大电网的结构特点,研究了紧急直流功率支援策略对实际电网安全稳定运行的影响。基于PSD-BPA仿真平台,分析了直流功率提升策略对系统稳定性的作用,得到合适的功率支援开始时刻、支援量和持续时间,通过在系统回摆过程中采取功率回降策略改善紧急功率支援的效果。针对直流有功功率大方式调制,提出了直流调制附加控制器输入信号的选取原则,并与功率提升/回降方式比较,对比分析了两种方式下紧急功率支援的有效性。仿真结果表明,相比于功率提升/回降方式,有功功率调制改善了后续摆的稳定裕度及阻尼,紧急功率支援效果较为理想,为实际电网附加稳定控制策略的制定提供参考。     

多回直流紧急功率支援与电压稳定控制

复杂交直流并联输电系统中,由线路故障导致的大规模功率转移可能引发系统波动,甚至导致系统崩溃。针对上述问题,提出当多回直流输电系统中的一回直流因故障停运时,可以在其他直流紧急功率支援的同时,通过电气距离较近的换流站的无功协调控制来提高系统的电压稳定性,并给出了相应的控制策略。在EMTDC/PSCAD仿真软件中搭建了三直一交混合输电系统模型并对其进行了仿真分析。仿真结果表明该控制策略对维持系统的频率稳定和电压稳定均有明显效果,对实际系统有一定的参考价值。     

基于主动支撑型VSCs的新能源电网惯量调控与特性分析

随着新能源渗透率的不断增加,电网的惯量水平和一次调频能力不断下降,导致系统鲁棒性降低。传统电网惯量由同步发电机的旋转大轴提供,为固定不变的刚性惯量,而主动支撑型电压源型变流器（VSC）具有惯量柔性调控特性,可灵活调控系统惯量中心偏向功率扰动点,以提高区域电网的频率稳定。首先推导了2区互联系统的惯量中心点位置,其次介绍了具有同步发电机惯量特性的VSC主动支撑控制策略,最后利用主动支撑型VSC惯量柔性调控特性,调节惯量中心点向功率扰动点偏移,削弱不平衡功率对系统频率的冲击,从而提高系统的鲁棒性。在DIgSILEN/PowerFactory仿真环境中搭建4机2区系统验证了结论的准确性。     

负荷特性对特高压紧急直流功率支援的影响

采用互补群能量壁垒/扩展等面积准则分析多机系统中特高压直流紧急直流功率支援(EDCPS)提高暂态稳定性的机理,研究了大扰动下恒阻抗—恒电流—恒功率(ZIP)静态负荷模型、感应电动机(IM)负荷模型对特高压EDCPS效果的影响,深入分析了送、受端网区ZIP静态负荷模型中不同比例的恒功率有功负荷、恒电流有功负荷、恒阻抗有功负荷及其不同比例感应电动机动态负荷对特高压EDCPS策略的影响。研究表明,大扰动下IM比ZIP负荷吸收更多有功。送、受端IM负荷对大扰动后EDCPS下的功角稳定性影响是相反的,送端改善其支援效果而受端则恶化其效果;至于全网采用综合模型后相对于ZIP模型对功角的影响,要衡量送、受端网区负荷量的大小,若送端负荷小于受端负荷则恶化支援下的功角稳定性,需适当增大直流提升量或适时提前投入功率支援。     

德宝工程紧急直流功率支援策略研究

以直流输电线路异步联接的两个交流系统为模型,分析了紧急直流功率支援的机理。通过将其等效为一个单机无穷大系统,利用扩展等面积法则推理可知,系统正摆时提升直流功率,回摆时回降直流功率可分别达到吸收和补偿交流系统中有功过剩和缺额的目的,提高系统的暂态性能。在此结论上,针对德宝直流异步联接的四川—西北电网2010年丰大方式,在BPA仿真平台上研究了四川电网交流线路短路故障、无故障切机、无故障甩负荷情况下的德宝紧急直流功率支援策略。研究表明,对于交流线路短路故障,宜采用大方式调制策略;而对于无故障切机和无故障甩负荷故障,则应采用功率回降(或提升)结合大方式调制的策略。     

计及紧急直流功率支援的扰动后稳态频率预测算法

提出了一种计及紧急直流功率支援情况下,能同时考虑直流两侧电网频率响应的扰动后稳态频率预测算法。该算法对系统发电机调速器方程、负荷静态模型方程、直流输电系统传输功率方程和系统网络方程进行了线性化处理,同时考虑紧急直流功率支援,推导了两区域交直流系统扰动后稳态频率预测方程,可以直接快速地计算出扰动后各区域的稳态频率和使其中一个区域稳态频率恢复到设定值时的直流功率支援量。对一个典型的两区域交直流并联系统进行了仿真分析,仿真结果表明所提算法具有较高的精度和较快的计算速度,证明了算法的适用性和有效性,具有与紧急频率控制相配合并在线应用的前景。     

考虑无功功率协调控制的并行直流系统紧急功率支援

直流系统紧急功率支援需要考虑无功功率协调控制以提高系统电压稳定水平。文中分析推导了直流系统有功功率输送和无功功率消耗的比例关系,研究了多直流系统相互间紧急功率支援时导致的换流站近区暂态电压跌落问题,提出了紧急投入备用无功功率、充分利用故障直流无功功率补偿能力和交直流系统间功率分配的协调控制等策略,以实现无功功率的合理分...     

柔性直流与常规直流协调的紧急功率支援策略研究

柔性直流(VSC-HVDC)具有响应速度快、有功无功解耦、可向交流系统提供无功支撑等运行特性。将柔性直流纳入电网紧急控制系统,可在提升交直流电网暂态稳定性基础上降低常规切机切负荷控制的代价。基于扩展等面积法则(EEAC),研究直流紧急功率支援提高故障后系统暂态安全稳定性的机理;通过对不同类型直流功率调制的对比研究,指出柔性直流与常规直流(LCC-HVDC)的紧急功率支援在改善故障后系统功角恢复方面存在差异,紧急控制应考虑不同类型直流的控制优先级;提出为保障故障后电网暂态稳定所需直流紧急支援功率计算方法,并结合不同故障情况下直流功率支援的优先级制定相应的紧急协调控制策略。     

直流紧急功率支援用于第三道防线的研究

直流系统参与安全稳定控制的研究与应用仍局限于属于第一道防线的预防控制和属于第二道防线的紧急控制,挖掘应用直流系统的运行特性和调控能力是提高交直流电网安全稳定水平的重要技术途径。提出将直流系统具有的紧急功率支援能力作为第三道防线候选控制手段的理念,与常用的低频减载/高频切机等措施协调配合,防止系统崩溃;在监测到电网发生频率低/高异常变化时启动利用直流紧急功率支援功能,从而减少切负荷/机组的控制量。从整定计算和控制装置两个方面,阐述实现直流紧急功率支援参与第三道防线中频率异常控制的初步方案。用实际电网的数据仿真分析直流紧急功率支援参与第三道防线取得的有益效果。联系第三道防线发挥作用的时机特点和直流系统运行控制特性,讨论将直流紧急功率支援作为第三道防线措施应注意的问题,对于构筑技术手段更为丰富的电网安全稳定第三道防线,具有重要参考价值。