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。     

中蒙直流输电工程送端孤岛频率控制问题

蒙古煤电资源通过中蒙直流输电工程直接送往我国华北电网京津唐负荷中心地区,直流输电系统送端采用"孤岛"运行方式。针对直流系统故障、受端地区交流系统故障后出现的送端频率快速上升问题,研究了利用安全稳定控制系统、机组高周切机保护、直流频率控制解决送端系统频率问题的有效性,并提出上述措施间协调配合的控制方案。仿真分析表明,利用综合控制手段能够较好地解决送端系统频率稳定问题,提高系统的稳定性。     

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。     

金中直流送端孤岛运行研究与实践

为了保障黄太双线同停检修期间滇西北地区电网的稳定性及减少梨园和阿海电厂的弃水量,开展金中直流送端孤岛运行方式研究与实践：研究金中直流孤岛运行的可行性,校验送端孤岛运行的稳定性,提出孤岛运行原则和要求,分析直流孤岛调试和实际运行情况,并提出孤岛运行异常事故处理建议。实际运行表明：金中直流孤岛运行期间孤岛系统平稳,各种运行工况下频率和电压均满足规程要求,现场一、二次设备未发现损坏和异常现象。金中直流成功实施孤岛运行,提高了滇西北地区电网的稳定性和金中直流的输电能力,孤岛运行15 d共减少送端电厂弃水量约6.9×108 kW·h,社会效益和经济效益显著。     

送端孤岛直流系统与火电机组配合起动方法

火电机组响应特性较慢而直流系统响应较快,因此大型火电能源基地采用孤岛方式经直流送出时,会遇到直流系统与火电机组配合起动的问题。分析和提出了超/特高压直流工程最小直流起动功率,采用实时数模混合仿真工具研究了直流系统与火电机组特性的起动配合方案和过程。对采用不同类型调速器的机组特性和直流起动的配合及参数优化取值进行了详细仿真。论证了机组起动能力与直流起动过程中的频率控制的可行性。研究结果可为大型电源基地输电工程规划、工程建设和运行等工作提供技术参考。     

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。     

云广特高压直流输电工程送端孤岛频率控制分析

直流工程用于远离主干网架的水电站或火电厂的电力送出时,送端交流系统形成相对独立的“孤岛”。利用实时数字仿真器和控制保护系统SIMATIC TDC,对云南-广东特高压直流工程孤岛运行方式下的直流频率控制功能进行了仿真分析。针对在仿真过程中发现的频率控制功能所存在的缺陷进行了分析,提出了改进措施,并通过仿真验证了改进措施的有效性。     

云广直流孤岛系统单极闭锁后频率动态过程优化

直流送端孤岛运行方式下发生直流单极闭锁时,孤岛系统频率将显著升高,由于运行极仍参与孤岛系统调节,控制孤岛系统频率在运行极承受范围以内是保证孤岛系统安全稳定运行的关键。从发电机转子运动方程出发,分析发电机的输入机械功率、输出电磁功率和转动惯量三个因素在直流闭锁后频率动态过程中的作用。对于直流单极闭锁后孤岛系统频率爬升阶段,提出通过优化调速器参数、优化直流过负荷控制、连锁切机三者相结合的方法以降低频率峰值。对于频率回降阶段,分析指出机组PSS反调导致的电压大幅下降会导致直流进入逆变器电流控制模式降低功率,减缓频率的恢复速度,并提出了改进措施。仿真结果验证了所提出的频率优化方法的有效性。     

基于柔性直流输电技术的特高压直流送端孤岛系统黑启动方法

特高压直流输电系统具备输电距离远、输送容量大等优势。随着大型能源基地开发的西移和北移,特高压直流输电送端孤岛问题成为今后部分地区能源基地规划设计面临的重要难题。特高压直流输电系统响应较快而火电机组响应较慢,火电机组启动初始负荷和特高压直流输电系统最小启动功率难以匹配,导致直流系统与火电机组配合启动困难。该文提出了一种依托柔性直流输电技术的特高压直流外送孤岛系统黑启动方法,结合常规直流输电现有设备,构建小型柔性直流输电系统,辅助直流系统和送端电源的孤岛启动,柔性直流系统还可为孤岛系统中的机组和直流调试提供可靠供电。通过在PSCAD/EMTDC中搭建特高压直流输电系统、柔性直流输电系统以及火电机组模型,仿真验证了所提出方法的有效性和可行性。     

呼辽直流孤岛运行方式下送端系统频率特性及控制策略

呼伦贝尔—辽宁高压直流输电工程在正常运行方式下断开伊敏3期电厂与伊敏1、2期电厂之间的联络开关,或送端交流系统因线路故障与东北电网失去电气联系时,将进入孤岛运行。研究了呼辽直流联网转孤岛和孤岛运行时的频率特性。通过发电机调频、直流频率控制模块以及相应的安稳措施提出了呼辽孤岛正常和故障运行方式下的频率控制策略。仿真结果表明,所提出的控制措施可以保证呼辽直流正常运行和故障情况下的系统稳定性。     

HVDC送端孤岛运行方式的附加控制策略

直流工程用于远离主干网架的水电站或火电厂的电力送出时，送端交流系统形成相对独立的“孤岛”。在这种运行方式下，在交流系统有扰动时常规定功率或定电流控制方式有可能引起系统功率的持续不平衡，进而导致交、直流系统稳定运行的破坏。提出了一种附加控制策略，该附加控制策略根据系统频率的变化改变直流系统的功率或电流指令，从而实现系统功率的平衡。采用实时数字仿真器对该附加控制策略进行了验证，仿真结果表明，该附加控制策略可以明显增强系统的稳定性。     

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。     

水电孤岛高压直流送出协调控制策略

高压直流输电送端处于孤岛模式时,系统稳定性较差.由于送端与交流主网没有电气联系,在遭受故障的情况下,功率的不平衡可能导致发电机超速.针对水电孤岛高压直流送出系统提出了一种协调控制策略.基于高压直流功率调制机制和水轮机调速系统的研究,在提升高压直流输送功率的基础上,通过注入一个经 PI 环节优化的输送功率减少量,对原有的闭环控制策略进行了修改.在 PSCAD/EMTDC 电磁暂态仿真环境下搭建了水电孤岛高压直流送出的模型,并通过仿真验证了所提出的协调控制策略的有效性     

改善多直流馈入系统稳定性的VDCOL参数优化

我国华东、华南等电网已形成多直流馈入受端电网格局,由于直流间强关联耦合作用,交流扰动将引发多直流同时换相失败、电压失稳等问题。该文首先分析了双馈入直流系统逆变站动态无功变化轨迹,揭示了通过优化低压限流环节(voltage dependent current order limiter,VDCOL)参数,实现降低总体无功功率需求的机理。根据换流母线抗扰动能力强弱对直流恢复特性的影响,提出了基于多馈入短路比(multi-infeed short circuit ratio,MSCR)的VDCOL参数优化方案,华东多直流馈入系统仿真结果表明,所提出的VDCOL参数优化方案降低了逆变站总体无功功率需求,提高了受端电网电压稳定性。     

适用于电压源型高压直流输电的控制策略

将电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)两端节点等效为两个有源节点,推导得到VSC-HVDC两端等效节点注入电流的表达式,从而可以方便地通过修改系统导纳矩阵,得到含VSC-HVDC系统的数学模型。在该模型的基础上,考虑VSC内部电流环和系统控制要求,提出了一种新的VSC-HVDC控制策略。以一个含VSC HVDC的6机电力系统为例,仿真表明,采用该控制策略,在系统发生大扰动后,VSC HVDC不仅能够迅速恢复正常运行,而且对系统电压和频率稳定没有太大影响。     

水电孤岛直流送出系统的频率稳定性研究

在考虑尾水管水压脉动的线性水轮机模型的基础上进行改进,设计了一种谐振函数来模拟尾水管的实际脉动情况,并建立了既考虑尾水管水压脉动又考虑弹性水柱的水轮机模型。采用时域仿真方法,验证了水轮机模型的准确性并分析了水力系统参数、调速器参数对送端孤岛直流送出系统频率振荡的影响。仿真结果表明,水力启动时间T_w、调速器参数K_D对送端孤岛系统的频率振荡影响较大,而弹性时间T_e对频率振荡的影响较小。在频率振荡的抑制方法方面,本文在原有的直流频率限制器模型的基础上进行改进,用二次低通滤波器代替一次滤波器并重新调整PI参数。由仿真图形可知,改进后的直流频率限制器抑制效果良好,可将送端频率有效地抑制在50Hz左右。     

高压直流输电系统低功率运行的无功控制策略

当高压直流输电系统低功率运行时,受换流站接入点谐波性能和交流滤波器设备性能限制,投入的交流滤波器提供的无功功率在满足站内无功消耗外可能仍有大量剩余,导致大量剩余无功送入交流系统,使得换流站及附近厂站的电压容易偏高,继而影响到电网的安全稳定运行。文中提出一种充分利用换流器自身无功调节能力的换流站无功控制策略,该策略在有功输送不受影响的前提下,以直流电压为控制量,以换流站无功交换量为反馈量,通过改变直流电压参考值来对换流器的无功消耗进行定量控制,可有效抑制换流站过剩无功对交流系统电压的影响。该无功控制策略解决了现有直流工程中低功率无功优化功能由于开环控制无法对无功功率进行精确控制的问题。PSCAD/EMTDC和实时数字仿真器(RTDS)中的仿真结果验证了该方法的正确性和鲁棒性。