大直流弱送端系统安全稳定控制策略

呼辽直流作为呼盟火电基地直流外送通道,与呼盟交流外送通道并列运行,送端交流系统相对薄弱,属于典型的大直流弱送端系统,并且在特定条件下可能转入直流孤岛运行模式。根据呼辽直流的运行特点,针对呼辽直流在交直流并联运行、联网转孤岛、孤岛运行模式3种情况下分别存在的问题及其要的控制措施展研究,分析并提出了各种运行模式下发生故障后要采取的安全稳定控制策略。     

多直流协调的新能源送端地区暂态过电压抑制策略

针对直流闭锁故障导致的高比例新能源多直流送端系统暂态过电压问题,文中首先分析多直流间的交互影响机理,引入多馈出电压交互作用因子,揭示了直流闭锁导致其他健全直流近区域交流系统暂态过电压的根本原因。其次基于直流闭锁故障下调相机不同时间尺度的无功特性与整流侧换流母线电压的定量关系,在改进直流系统整流侧控制的前提下,于整流侧母线处投入调相机并以调相机暂态无功特性对其容量进行配置,降低了调相机所需投入容量。然后整合了调相机与整流器的无功调节能力,据此提出多直流、多无功设备协调配合的暂态过电压抑制策略。最后在PSCAD仿真平台中搭建两直流送端系统模型,验证了所提协调策略对暂态过电压的抑制效果以及调相机容量的配置效果。     

高比例新能源直流送端系统分布式调相机优化配置

高比例新能源直流送端系统故障可能引发新能源暂态过电压脱网,在新能源场站或汇集站配置分布式调相机是抑制暂态过电压脱网的有效手段。针对高比例新能源直流送端系统分布式调相机优化配置的技术需求,首先分析高比例新能源直流送端系统的暂态过电压传播特性。基于此,提出考虑节点和系统综合暂态压升严重性指标的分布式调相机候选节点筛选方法。然后,以计及运维费用的分布式调相机综合配置成本最小为优化目标,考虑多场景和多故障下的暂态电压稳定性约束,构建分布式调相机优化配置模型。最后,利用粒子群算法进行寻优得到分布式调相机优化配置方案,并构建高比例新能源直流外送试验系统。采用BPA-PYTHON-Matlab联合仿真验证所提配置方法的有效性。     

直流双极闭锁故障下送端系统暂态过电压计算方法

针对特高压直流输电系统闭锁引起的暂态过电压严重威胁系统安全运行的问题,推导建立了直流双极闭锁后换流母线暂态电压的解析表达式。在此基础上,建立了送端交流系统电力网络等值模型,推导出了直流双极闭锁后送端交流系统内任一关键节点暂态过电压的计算方法。为判断送端新能源节点面临高压穿越问题的严重程度、提前发现系统薄弱环节,提出用阻抗比来表征节点的暂态过电压程度。在直流双极闭锁后节点暂态电压压升值随着阻抗比增大而呈现线性升高的趋势。基于DIgSILENT仿真平台,搭建了CIGRE直流输电标准测试系统和吉泉±1100 kV高压直流送端系统,验证了送端系统暂态过电压计算方法及结论的正确性。     

直流双极闭锁故障下送端系统暂态过电压计算方法

针对特高压直流输电系统闭锁引起的暂态过电压严重威胁系统安全运行的问题,推导建立了直流双极闭锁后换流母线暂态电压的解析表达式.在此基础上,建立了送端交流系统电力网络等值模型,推导出了直流双极闭锁后送端交流系统内任一关键节点暂态过电压的计算方法.为判断送端新能源节点面临高压穿越问题的严重程度、提前发现系统薄弱环节,提出用阻...     

±800 kV天中特高压直流送端系统安全稳定性分析

为分析天中特高压直流送端电网安全稳定性,基于有效短路比(OESCR)、投切滤波器和直流单(双)极闭锁故障分析不同直流运行工况对送端电网的影响,在此基础上分析疆内电网一次调频作用下直流系统的频率特性、配套机组跳闸与单极闭锁故障下直流孤网运行特性。结果表明,直流配套火电6/8台机可建立工况运行,直流联网运行下其频率特性受疆内电网调频影响较大;直流孤网运行时,在配套机组跳闸或单极闭锁故障后无控制措施情况下,均易引起直流系统频率稳定和暂态过电压问题,此时须考虑稳控切机或直流功率紧急控制提升直流系统安全稳定性。     

基于图卷积神经网络的直流送端系统暂态过电压评估

随着新能源接入电力系统并通过直流送出,送端系统的暂态过电压问题逐渐突出。因此,为快速准确估计送端系统在直流闭锁、换相失败等预想扰动场景下各直流近区节点暂态过电压严重度,提出一种基于图卷积神经网络(graph convolutional network, GCN)的直流送端系统暂态过电压评估模型。该模型以电网发生直流故障前的潮流状态参数与网络拓扑作为输入特征,可以同时预估电网多个关键节点(如风电场汇集节点)的暂态过电压严重度。利用含跨区直流异步互联的两区域系统进行算例分析,验证该模型可以适应多种网架拓扑结构、不同新能源发电占比等差异化电网运行方式,具有较强的泛化能力。同时,所提模型揭示了对过电压严重度影响最大的关键因素,具有一定的可解释性,可为暂态过电压的预防控制提供有效指导。     

特高压直流送端1.3倍过电压下调相机暂态过程与承受能力提升措施

为解决特高压直流输电送端系统换相失败引起的暂态电压升高和短路容量支撑问题,采用了具有良好动态性能的大容量新型调相机.当送端系统发生直流闭锁或者连续换相失败时,会产生高达1.3倍额定电压的系统过电压,并会使调相机相应地产生很大的瞬时进相无功功率,功率数值则取决于调相机的性能参数和初始状态.本文通过理论计算和计算机仿真,得出不同初始状态下的调相机最大瞬时进相无功值.通过分析,指出通过设计制造和改变运行方式来提高调相机承受瞬时进相无功的措施.     

含大规模光伏并网的弱送端系统的电压稳定性

随着新能源电力的蓬勃发展,中国西北地区的高压直流送端系统逐渐呈现出新能源占比高、交流网架薄弱、转动惯量小等特征,由此引发的弱送端系统电压稳定性问题不容忽视。首先,从含大规模光伏并网的弱送端换流母线静态电压调节灵敏度出发,推导了影响换流母线电压稳定性的因素。进而设计了光伏并网临界容量的计算流程,为光伏场站选址定容提供依据。提出了送端综合短路比指标（sending-end comprehensive short circuit ratio,SCSCR）,用来描述含大规模光伏并网的弱送端交流系统的支撑强度。比较了SCSCR、短路比、有效短路比等指标,结果表明SCSCR与弱送端系统静态电压稳定性更具相关性。SCSCR指标可以简化弱送端系统电压稳定性的分析过程,指导高比例新能源外送系统的电源组织与拓扑设计。     

含大规模光伏并网的弱送端系统的电压稳定性

随着新能源电力的蓬勃发展,中国西北地区的高压直流送端系统逐渐呈现出新能源占比高、交流网架薄弱、转动惯量小等特征,由此引发的弱送端系统电压稳定性问题不容忽视。首先,从含大规模光伏并网的弱送端换流母线静态电压调节灵敏度出发,推导了影响换流母线电压稳定性的因素。进而设计了光伏并网临界容量的计算流程,为光伏场站选址定容提供依据。提出了送端综合短路比指标（sending-end comprehensive short circuit ratio,SCSCR）,用来描述含大规模光伏并网的弱送端交流系统的支撑强度。比较了SCSCR、短路比、有效短路比等指标,结果表明SCSCR与弱送端系统静态电压稳定性更具相关性。SCSCR指标可以简化弱送端系统电压稳定性的分析过程,指导高比例新能源外送系统的电源组织与拓扑设计。     

同步调相机对分层接入特高压直流输电系统的暂态过电压抑制作用研究

目前已有特高压直流工程采用分层接入方式,同时随着新能源发电占比的提高,送端电网面临着暂态过电压的问题,同步调相机可以抑制过电压,有必要深入研究同步调相机对分层接入特高压直流输电系统暂态过电压的抑制效果。建立了含同步调相机的分层接入特高压直流输电系统模型,理论分析了同步调相机对暂态过电压的抑制机理,针对降功率运行、双极运行双极闭锁、双极运行单极闭锁和高低端换流器同时换相失败4种不同工况,研究了不同台数同步调相机对暂态过电压的作用效果,最后提出了基于暂态过电压的短路比增量指标,定量评估了同步调相机对暂态过电压的作用效果。结果表明所提指标可有效定量评估同步调相机抑制暂态过电压的作用效果,当分层接入特高压直流输电系统整流侧交流系统短路比在3~8变化,投入1台同步调相机后整流侧交流系统基于暂态过电压的短路比增量为0.106~0.396,投入2台同步调相机后基于暂态过电压的短路比增量为0.251~0.788,因此,投入同步调相机可等效提高交流系统短路比,有效抑制送端暂态过电压。     

基于无功功率短路比的直流闭锁暂态过电压计算方法

针对现有特高压直流闭锁引起交流系统换流母线暂态过电压计算方法在极低短路比情况下可能无实解的问题,基于直流闭锁后的谐振电路,推导建立了暂态过电压与谐振频率的关系式。参照短路比的定义,提出无功功率短路比的概念,在此基础上,提出适用范围更广的直流闭锁暂态过电压计算方法。研究发现,换流母线暂态过电压随着无功功率短路比的减小呈非线性加速上升的趋势。以DIgSILENT为平台搭建国际大电网会议(CIGRE)直流输电标准测试系统与±800 kV天中直流送端系统,仿真分析验证了所提出的暂态过电压计算方法的有效性,在极低短路比系统中仍然适用。     

HVDC送端交流系统故障暂态过电压评估指标

特高压直流输电系统直流闭锁故障及交流系统短路故障引起的暂态过电压,对系统稳定性造成严重冲击。量化评估交直流系统暂态性能指标,对确定交直流电力系统规划设计和调度运行具有指导意义。对交流系统暂态过电压机理进行分析,推导出基于无功补偿和短路比的暂态过电压计算方法,基于系统短路比与补偿电容和交流滤波器参数的比值定义了暂态电压评估指标R_r。研究表明,随着该暂态电压评估指标R_r减小,系统故障后送端换流母线暂态电压升高,受端也会发生不同程度的换相失败。最后,基于国际大电网会议直流标准测试系统,验证了所提指标的有效性。     

特高压直流接入背景下的UPFC系统级控制策略

为缓解特高压直流馈入受端电网后造成的多个交流输电通道紧张的问题,提高换流站交流母线暂态电压支撑强度和稳态调压能力,首先基于电网络理论推导了统一潮流控制器(UPFC)对输电线路电流、交流母线电压的控制灵敏度,分析了利用UPFC系统级控制功能(线路有功/无功潮流控制以及并联换流器无功功率控制)实现输电线路过载控制和交流母线电压调节的可行性。在此基础上,提出了一套特高压直流接入背景下的UPFC系统级控制策略,以监控系统运行参数并自动生成满足系统安全稳定约束的UPFC系统级控制指令值。最后,以锦苏直流落点附近的苏南500 kV UPFC示范工程作为仿真算例,验证了所提出的控制灵敏度分析的有效性和UPFC系统级控制策略的可行性。     

实景替代式特高压直流保护系统现场性能测试方案

目前,工程现场调试或运维阶段缺乏能够有效开展特高压直流保护系统功能、性能测试的技术手段。文中提出了实景替代式的特高压直流保护系统现场性能测试方案,研制了特高压直流保护系统现场测试装置。利用特高压直流保护系统现场测试装置的不同硬件接口实现被测特高压直流保护系统在物理环境上的实景替代;通过多源数据同步输出、数字量多协议输出、分布式多机同步、故障录波回放等关键技术,实现被测特高压直流保护系统在运行环境上的实景替代。现场应用结果表明,所提出的实景替代式特高压直流保护系统现场性能测试方案能够对特高压直流保护系统的功能、性能开展有效的现场测试。     

特高压直流闭锁引发送端电网过频的系统保护方案

针对无配套电源的特高压直流高比例外送电网面临的运行风险,设计了抵御直流闭锁故障下电网过频风险的系统保护方案。提出了涵盖送端电网风、水、火等电源的系统保护双层结构;研究了面向多对象的实时信息通信复接技术,以满足主站和多个执行站实时通信的需求;根据不同类型电源的特点及对电网安全运行的影响,提出了直流调制和风、水、火等电源全局优化控制策略。基于实际电网仿真验证了所提系统保护方案的有效性和实用性。     

基于图论的特高压直流工程最后断路器自适应判断策略

提出了一种基于图论的特高压直流工程最后断路器自适应判断策略。建立了交流场等效模型和最后断路器图论求解模型,将交流场抽象为无向连通图,断路器抽象为图的边,线路和阀组等其他设备抽象为图的节点,从而将最后断路器的求解问题转换为无向连通图求解割边的问题,实现了交流场最后断路器快速、准确、智能的判断,该策略在工程中的实施有利于电网安全可靠运行。     

特高压直流配套安全稳定控制系统的典型设计

分析了特高压直流配套安全稳定控制系统(简称稳控系统)的总体构架、电网安全稳定控制装置与直流控制保护系统间的接口、直流故障判据及控制策略等方面的现状和存在的问题,结合实际工程经验,研究提出了特高压直流配套稳控系统的典型设计原则和技术方案。重点在稳控系统与直流控制保护系统间的接口、直流换流器故障判据、直流故障后功率损失量算法和安全稳定控制策略的协调配合等方面进行了研究,提出的典型设计方案已在复龙—奉贤、锦屏—苏州、宜宾—金华三大特高压直流稳控系统工程中得到应用,对于特高压直流配套稳控系统的设计、开发和工程实施具有重要的借鉴意义。