10 000 MW特高压直流工程受端分层接入交流 电网方式下直流控制系统研究

对于受端分层接入1 000 k V和500 k V交流电网的新型电网结构方式,传统的特高压直流控制系统已经不再适用,需要重新研究设计。在对这种新型电网结构方式的特点进行了分析后,给出了与之相适应的直流控制系统整体结构和功能配置。受端同极的两个串联阀组接入不同的交流电网,引起的最大难题是阀组间电压的不平衡,为从控制功能上解决阀组间电压实时平衡的问题,提出一种利用受端串联阀组中点电压测点的双阀组电压平衡控制策略。最后通过RTDS建模试验验证了控制策略的正确性,为2015年电网公司即将实施的分层接入特高压直流工程提供了完整的控制保护解决方案。     

特高压直流分层接入下交直流系统中长期电压稳定协调控制

与传统特高压直流单层接入方式相比,分层接入方式从电网结构上改善了交流系统对多馈入直流系统的接纳能力和电压支撑能力,在潮流分布与控制上更加灵活、合理。为了充分利用分层接入直流系统快速功率调节能力,避免或减少中长期电压失稳过程中切负荷造成的经济损失,文中提出一种特高压直流分层接入下的交直流系统中长期电压稳定协调控制方法。首先,基于直流分层接入系统准稳态模型,推导了不同直流控制方式下换流母线电压对分层接入直流逆变器传输功率的灵敏度解析表达式,并建立交直流系统电压轨迹预测模型。综合考虑直流电流和高、低端逆变器熄弧角的调制,基于预测轨迹构建协调电压控制的滚动优化模型,对直流分层注入功率和交流系统各电压控制手段进行协调控制。对山东电网规划系统的仿真分析表明,所提方法能够有效协调直流传输功率在交流电网中的分配,提高了系统电压稳定性并减少了切负荷损失。     

适用于分层接入的特高压直流输电控制策略

随着中国特高压直流的广泛应用,多馈入直流集中落入受端负荷中心将成为未来中国电网发展所面临的重要问题。特高压直流分层接入方式有助于提高多馈入直流系统电压支撑能力,已经列入国家电网规划。分层接入的特高压直流输电在电路结构上发生了变化,在阀组电压平衡控制、阀组退出后直流功率控制、逆变侧最大触发延迟角控制和无功功率控制等方面需要研究适用于分层接入的特高压直流控制策略。在阀组电压平衡控制方面,两个阀组各运行在逆变侧最大触发延迟角控制,通过换流变压器分接头来平衡电压;在阀组退出后直流功率控制方面,研究阀组退出后限制的功率分配策略;在逆变侧最大触发延迟角控制方面,大扰动下采用实际电流计算最大触发延迟角;在无功功率控制方面,连接不同交流电网的换流器分别控制各自的无功功率。     

特高压直流分层接入方式下阀组在线投入策略研究

目前,受端分层接入技术在特高压直流工程中得到广泛运用。受分层接入影响,高低端无功分层控制、核心控制器下放至阀组层。如何优化阀组投入方式,使其成熟运用于分层接入工程中亟待研究。该文详细介绍了分层接入方式下阀组在线投入的控制策略,着重指出在线投入过程中控制器切换与触发角变化的关系;通过与常规特高压直流比较,提出分层接入方式下阀组在线投入策略的新特点;通过实际建模以及试验支撑,提出阀组在线投入成功的关键步骤。现场试验结果表明,该文所叙述的控制策略适用于现有的特高压分层接入直流工程,分层接入逆变站在合理的时间区间内拉开BPS开关可以确保阀组可靠投入。     

特高压直流输电系统的控制特性

对于由基于30°等距脉冲触发换流器组成的特高压直流工程,需对其每极的2个12脉动换流器实施单独控制。该控制方式下易引起2个换流器的不平衡运行。在深入剖析特高压直流工程不平衡运行原因的基础上,提出基于电压调节和直流电流测量误差补偿相结合的控制策略,试验结果表明该控制策略可得到符合工程要求的稳态、暂态和动态结果。还从直流工程实践的观点,对特高压直流工程控制系统的一些重点问题,如控制系统的结构分层等进行了探讨。     

特高压直流分层接入下混联系统无功电压耦合特性分析

为了从电网结构上解决特高压直流带来的受端电压支撑能力和潮流疏散困难的问题,我国学者率先提出一种特高压直流分层接入交流电网方式,该方式下受端交直流混联系统的电气耦合更为复杂,其无功电压交互影响机理亟待深入研究。为此,文章首先以某实际工程为基础,建立了特高压直流分层接入方式下受端混联系统的等值数学模型;在改进的交流侧分层接入相互作用因子基础上,同时考虑高低端换流器耦合作用,分析了该系统无功电压的交互影响机理;最后,在PSCAD中搭建等值仿真模型,通过稳态和动态时域仿真,验证了分层接入方式下混联系统的无功电压耦合特性与交流侧和直流侧的交互影响均相关,并提出一种可判断高低端换流器同时发生换相失败可能性大小的方法。     

接入弱交流系统的背靠背直流输电系统控制策略改进

背靠背直流工程逆变侧采用定熄弧角控制时,整流侧和逆变侧耦合关系较强,但换流变压器分接开关动作次数少;而采用定直流电压控制时,耦合关系较弱但分接开关动作次数多。在分析相关控制策略优缺点的基础上,提出了改进控制策略,逆变侧通过熄弧角控制直流电压为指令值,直流电压指令值随直流功率变化,分接开关控制熄弧角在正常范围内。该控制策略保留了定熄弧角控制和定直流电压控制的优点。提出整流侧和逆变侧在分接开关动作时预估无功小组是否会因分接开关动作而投切,进而确定分接开关和无功小组动作的先后关系,防止了分接开关的反复动作。算例表明该控制策略可以减少背靠背工程无功小组投切和分接开关动作次数,减小逆变侧无功小组投切电压波动,适用于接入弱交流系统的背靠背工程,长距离直流输电工程也可以借鉴文中控制策略。     

±1100kV直流系统分层接入方式下的功率协调控制

结合±1 100kV特高压直流分层接入方式下受端连接多个交流系统的特点,建立了逆变侧各换流器的附加功率—电压控制,通过独立控制各换流器触发角实现对其输送功率的独立调节。同时,为了减少在紧急功率控制过程中各换流器发生换相失败的可能,提出最优功率比的概念,将整流侧阶梯式功率提升指令按最优功率比进行预估,并分配给逆变侧各换流器的附加功率—电压控制,实现对逆变侧各换流器提升功率的协调控制。基于PSCAD仿真平台,采用±1 100kV特高压直流系统逆变侧分层接入500kV/1 000kV交流系统的仿真系统进行验证。结果表明,附加功率—电压控制器能够实现对换流器输送功率的独立控制,有利于发挥分层接入方式下潮流分布可控的优势。功率协调控制策略在紧急功率控制时能够将直流功率合理分配给各换流器,有利于充分利用各换流器输送功率的能力,并减小换流器发生换相失败的可能。     

±800kV云广特高压直流工程阀组控制系统分析

结合云广特高压直流工程特点,对常规直流工程中不单独设置的阀组控制系统从系统配置、软硬件平台及其包含的直流控制功能进行了分析和研究,并结合云广整个控制系统特点,对云广特高压直流工程调试所出现的相关问题进行了分析,指出其与常规直流工程极控系统的不同之处。     

特高压直流分层接入方式下稳态特性研究

探讨了特高压直流分层接入方式下交流系统逆变侧换流母线间电压相互作用影响关系的求解方法,并得出相互作用因子数学表达式。通过PSCAD仿真验证了所求的相互作用因子的准确性。分析了分层接入时,2组换流器采用不同控制方式时对相互作用因子的影响。根据所求的相互作用因子,得出分层接入时系统短路比。特高压直流分层接入方式下,在保持直流输电总功率不变的同时,当分层接入不同的受端系统时,可以使总功率在1000 kV与500 kV两级电网重新分配。最后分析了潮流重新分布时,特高压直流分层接入方式对系统换流器换相失败的影响。     

特高压直流分层接入电网的落点选择研究

特高压直流分层接入交流电网不同电压等级的运行方式,为缓解大容量直流接入受端电网后的潮流疏散问题提供了有效手段。直流落点选择是一个多目标决策问题,考虑到直流分层接入电网的特点及影响,建立了直流分层接入电网的综合评价指标,在此基础上利用逼近理想解排序法(TOPSIS法)建立了对应的直流分层接入落点选择策略。以实际电网中特高压直流分层接入为例,采用所提方法评价了不同的直流分层接入方案,验证了方法的有效性,所提方法可方便地应用于对实际规划电网中直流分层接入落点方案的选择。     

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。     

特高压直流分层接入方式下层间交互影响研究

为研究特高压直流分层接入方式对电力系统带来的影响,分析了直流分层接入方式下层间交互影响因子的计算方法,对比不同计算方法之间的差异,分析其产生的原因。通过与传统接入方式的对比,研究了直流分层接入方式对层间交互影响、有效短路比以及暂态过电压的影响。结果表明直流分层接入方式下层间交互影响更小,各层有效短路比更大,暂态过电压更小。相比传统接入方式,直流分层接入方式更优。     

特高压直流单极大地回线运行方式下分流分析及其对策

通过对向家坝—上海±800 kV特高压直流输电工程单极大地回线运行时出现分流现象的分析,得出分流的原因如下:极热备用或极闭锁时因控制逻辑合上旁路开关,导致运行极中性母线与停运极设备形成电流通路.探讨了分流的影响,提出通过运行操作、更改顺序控制或设计分流保护消除分流的措施,有利于提高特高压直流的可靠性.分析结果可为特高压直流工程设计、运行维护提供参考.     

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。     

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。