应用于电磁环网的柔性直流输电系统与稳定控制措施的协调控制

首先分析了电磁环网存在的安全稳定问题及柔性直流输电系统(简称"柔直")的特性,之后分析了柔直接入电磁环网后柔直与稳定控制措施(简称"稳控")协调控制的必要性,并给出了柔直与稳控协调控制的方法及措施量的计算原则和针对暂态稳定的协调控制措施量的计算方法。基于等面积法则计算协调控制措施量的过程中,考虑了柔直、稳控的控制动作延时及系统电抗的影响因素,使计算结果更加精确,可最大程度利用柔直容量对暂态过程中的系统进行有功及无功功率支撑。利用BPA仿真工具建立柔直接入电磁环网的机电仿真模型。仿真结果表明:应用于电磁环网的柔直与稳控协调控制,减少了传统稳控措施的切机总量,并改善了交流系统电压稳定性,具有良好的工程实用价值。     

柔性电磁环网控制保护系统研究与设计

对贵州电网存在大量500/220 kV电磁环网运行无法在短期内实施解环的特性,实现开环运行容易降低供电可靠性,合环运行面临潮流控制困难、短路电流超标这一矛盾问题。而系统运行主要是以提高局部电网运行可靠性为目的这一背景。提出了采用柔性直流输电系统安装于电磁环网低压侧通道实现合环运行的方案。利用柔直的不向系统注入短路电流、有功无功可实现独立解耦控制等众多优势。研究了这种方案下柔直的控制保护系统系统方案的基本策略,包括柔性直流输电系统的基本保护策略,基于贵州电网环网的整体控制保护不同控层级的设计原则及设计方案。最后以贵州六枝、普定变的220 kV的电压层级安装柔性直流背靠背装置为仿真研究对象,仿真结果表明:该设计方案可以有效的保护柔直在电磁环网应用场景下的的安全稳定运行。     

基于柔性直流的电磁环网建模与解环方案研究

高、低压电磁环网的解环方法是解决电磁环网问题的核心环节,因此,研究解环的新思路具有重要意义。基于详细的仿真模型,从柔性直流的角度出发提出了一种解决电磁环网问题的方案。首先,在PSCAD/EMTDC程序中搭建电磁环网模型和柔性直流模型,实现了电网的精确建模;其次,基于柔性直流提出了具体的解环方案;最后,利用构建的某实际电网模型验证了方案的可行性。     

一种基于柔性直流技术的送端电网电磁环网解环方法

针对送端电网外送通道上存在的电磁环网的解环问题,提出了一种基于柔性直流技术的电磁环网解环方法。首先根据送端电网孤网运行下的暂态和稳态频率稳定约束条件,确定利用柔性直流技术解环所需的最小额定功率的方法;然后通过与常规解环方案的投资对比,分析采用柔性直流技术方案的可行性;最后以贵州电网内某送端电网的电磁环网解环为算例,计算了采用柔性直流技术解环所需的最小额定功率并验证了方案的可行性。     

环状柔直工程直流极闭锁判据及措施量计算方法

以往常规直流与柔性直流工程的结构均为端对端或多端辐射,对应的稳定控制系统采用换流变电气量和直流极非正常停运信号作为极闭锁的判据,但该方法不适合环状结构的柔性直流输电工程应用,无法可靠地识别换流器闭锁故障。文中根据张北柔直输电工程稳定控制系统研制经验,提出一种新的适用于稳定控制的直流极闭锁判据改进方法。该判据在直流轻载时将直流控制保护的特征信号作为主要判断对象,在直流极运行功率超过10%额定功率时则将直流控制保护的特征信号结合换流变电气量作为主要判断对象,改进后的判据同样适用于特高压直流输电工程与多端环网柔性直流输电工程。同时,文中提出张北柔直输电工程稳控措施量计算方法,为后续柔性直流输电工程、特高压直流输电工程应用提供了参考。理论分析及实时数字仿真系统(RTDS)实验验证了判据的可靠性。     

特高压直流配套稳控系统的典型试验方法与应用EI北大核心CSCD

特高压直流输电安全稳定控制系统(简称稳控系统)的试验研究,主要是针对稳控系统与直流控制保护系统(简称直流控保)的信息交互、直流故障判据及损失量计算、系统发生直流故障或联络线路N-2故障等大功率扰动后包括切机、直流调制等稳控策略的协调配合等方面进行功能验证。介绍了目前稳控系统试验研究现状,提出了模块化建模方法,该建模方法将交直流混合网络的外部系统简化成REI节点,并对送端发电机群进行同调判别和等值聚合处理,以模块化设计降低仿真计算的粒度,提高并行计算的加速比和处理器的使用效率,以适应涵盖直流协控与精准切机等稳控措施在内的系统保护技术的大型在环试验需求。基于该方法对直流控制保护系统功能进行仿真建模,实现RTDS与被试稳控系统的接口,搭建特高压直流配套稳控系统的RTDS仿真试验平台,利用该平台对鲁固特高压直流工程开展稳控策略研究和系统功能验证,仿真试验结果验证了该典型方案的有效性。     

基于VSC-HVDC异步互联系统联网转孤岛运行稳定控制策略

以渝鄂背靠背柔性直流工程为案例,对交流联络线N-2故障跳开形成柔直+交流近区局域电网孤岛运行方式下系统存在的主要稳定问题及其特征进行分析。建立了能够准确反映渝鄂柔性直流系统、九盘地区电网实际特性的电磁暂态仿真模型,重点围绕联网转孤岛的暂态特性展开了研究,对开机、负荷以及机组旋备关键影响因素进行了敏感性分析。通过时域仿真分析法给出了不同运行方式下、不同应对措施下,保障联网转孤岛系统稳定运行的交流联络线潮流预控范围,并据此提出了九盘地区联网转孤岛运行的稳控策略,为渝鄂柔性直流系统的安全稳定运行提供了技术支撑。     

基于模块化多电平直流输电技术的电磁环网潮流优化控制

随着城市电网的快速发展,区域负荷的不断增加,原有220kV主干网架已经无法满足大型城市的供电需求。而新建的500kV主干输电网其网架结构仍较为薄弱,无法保证供电的安全性和可靠性,因而500/220kV网架合环运行情况不断涌现。但电磁环网合环运行极大的增加了系统的短路电流,而且由于无功环流的存在降低了电网运行的经济性与安全性。针对这些问题,本文采用柔性直流输电技术通过其对功率的灵活控制特性来达到对电磁环网的潮流优化控制目的。其中,基于柔性直流系统的外部功率特性,建立了双端换流站功率注入模型;而后,把电磁环网的潮流优化控制问题转化为计及交流系统和直流系统的等式及不等式约束,并以最小有功功率损耗为目标函数的最优潮流模型求解;最后,采用遗传灾变算法对模型进行求解。算例表明,柔性直流系统能够良好的改善电磁环网系统的潮流分布,有效的降低了系统的有功功率损耗,使系统满足运行的安全性及经济性要求。     

适用于城市电网的柔性环网控制器拓扑方案研究

基于柔性直流输电技术的柔性环网控制器可实现电网软分区运行、短路电流抑制、潮流优化、无功支撑等功能,为解决电磁环网问题提供了一种选择。首先对柔性环网控制器的电路拓扑和主接线设计进行了研究;然后针对城市电网对环网控制器安装位置和空间的限制,提出了3种适用于城市电网的柔性环网控制器拓扑方案,并通过PSCAD/EMTDC仿真对3种方案的故障性能进行了分析和验证;最后通过综合对比给出了各方案的适用场合,为柔性环网控制器在城市电网的应用提供了参考。     

交直流混联系统稳控分析的技术手段研究

高岭直流工程与冀北电网形成复杂的交直流混联系统,为准确分析该典型交直流系统的安全稳定运行问题,削弱传统BPA在直流模拟方面的不准确性给仿真结果带来的影响,引入PSCAD电磁暂态仿真作为交直流系统稳控分析的校验手段,经对实际系统的仿真对比发现,两种仿真软件在多种应用场合下存在差异。在大量仿真计算的基础上,总结出两种软件存在差异的具体应用场景,并分析了产生差异的原因。提供的基于BPA和PSCAD的稳控分析手段,以及两种仿真软件存在差异时的处理方法,可为其他交直流系统的稳控分析提供借鉴。     

含直流断路器的柔直配电网过电压与绝缘配合

随着分布式能源的不断应用与普及,直流配电必将成为未来配用电系统的主流形式。作为一种新型的配电系统,柔直配电的过电压与绝缘配合亟须进一步研究和完善,中压直流断路器的加入也导致了系统的操作过电压暂态特性发生了根本变化,须对含直流断路器的柔直配电网操作过电压分布特性及绝缘配合展开分析。首先,构建了±10 kV环网型柔直配电网的电磁暂态仿真模型,设计了基于含直流断路器的保护动作方案;其次,基于保护动作方案,对±10 kV环网型柔性直流配电系统进行操作过电压的仿真分析,得到其幅值的水平空间分布特性和关键位置最大过电压的决定性工况,并提出±10 kV环网型柔性直流配电系统的绝缘配合方案;最后,对直流断路器动作影响下直流电缆护套的暂态感应过电压展开仿真分析。研究表明,直流断路器的加入提高了直流配电网的可靠性和灵活性,避雷器和电缆金属护层保护器的布置方案也得到进一步的优化,对环网型柔直配电网的绝缘配合方案设计有较大意义。     

柔性环网控制器原理及紧凑化研究

随着城市电网的发展,高低压电磁环网造成的短路电流超标等问题日益严重,其影响着电网的安全稳定运行。基于电压源换流器的柔性环网控制器具有独立控制系统有功、无功功率,实现电磁环网解列与故障隔离等功能,该文根据柔性环网控制器的技术特点提出了优化传统系统设计时直流平波电抗器、接地装置以及联接变压器等设备的几种紧凑化方案,能有效地进一步减小占地面积及投资,最大化突出背靠背柔性直流输电装置的优点以适应不同应用场合的需求。     

考虑锁相环动态的柔性直流输电机电暂态模型

在进行柔性直流输电系统的规划设计、调度运行以及稳定性分析与研究等工作时,离不开准确可靠的柔性直流输电机电暂态模型。柔性直流输电系统中,锁相环(phase locked loop,PLL)模块起着测量并向控制系统提供相位信息的作用,其对相位信息的测量不是完全理想的,而是存在动态过程。现有的柔性直流输电机电暂态模型中均忽略了锁相环对相位信息的动态测量误差,这与实际动态过程不符,在一定程度上降低了柔性直流输电系统机电暂态模型的仿真精度。该文分析了忽略锁相环动态对柔性直流输电系统机电暂态模型仿真精度的影响,并提出了在机电暂态模型中考虑锁相环动态的方法。通过与电磁暂态模型的仿真对比以及大电网算例仿真,验证了所提出的考虑锁相环动态后的柔性直流输电机电暂态模型的准确性和适用性。     

分区互联装置桥臂闪络故障保护策略设计

随着城市电网的发展,电磁环网送电能力受限和短路电流超标问题越来越突出。分区互联装置是解决未来电磁环网有关问题的重要手段。提出了一种单变压器分区互联装置设计方案。系统故障时,单变压器分区柔性直流输电系统的故障特性和双变压器柔性直流输电系统的故障特性存在较大差别。当桥臂发生闪络故障时,换流器闭锁后交流系统通过子模块二极管形成故障通路,造成交流电流直流偏置,交流断路器将无法正常断开。为此,针对分区互联装置单变压器的拓扑结构,分析了桥臂闪络故障的故障特性,提出了基于闭合子模块旁路开关的保护动作策略,实现了故障情况下交流电流直流分量的快速衰减,确保了交流断路器可靠动作。通过单变压器分区互联装置PSCAD/EMTDC仿真测试,验证了故障分析及保护策略设计的正确性。     

基于RT-LAB的机电-电磁暂态混合实时仿真及其在MMC-HVDC中的应用

模块化多电平柔性直流输电系统含有数千个微秒级控制周期的高速开关器件,现有机电和电磁仿真均无法同时兼顾详细的换流器内部物理特性及其接入交流大电网后与交流系统的交互特性。基于RT-LAB平台下新开发的机电—电磁混合仿真接口程序,首次提出百MW模块化多电平柔性直流系统接入交流大电网的混合实时仿真模型;为验证建模方法的正确性,在电磁侧开发模块化多电平柔性直流输电系统(modular multi-level converter HVDC,MMC-HVDC)系统详细电磁暂态模型,在机电侧搭建IEEE标准四机机电暂态模型,分别对柔直系统模型的启动、有功阶跃和交流系统故障进行仿真,仿真结果表明交直流系统相互作用明显,同时也证明基于该平台混合仿真的有效性及正确性。     

海上风电柔性直流输电系统故障穿越安全研究

对比国内外新能源、直流输电技术相关标准,根据现有标准情况,分析国内外在海上风电经柔性直流输电系统并网故障穿越方面的安全要求。基于电磁暂态仿真程序EMTP-RV,对欧洲某±320 kV柔性直流输电系统及其连接的海上风电进行仿真分析,研究交流系统强度、换流器控制模式、过电压特性和换流器电磁暂态模型对故障穿越的影响,由仿真结果交叉验证现有安全标准,为海上风电经柔性直流输电系统并网的安全稳定运行和相关标准更新提供参考。     

柔性直流阀控全链路试验方案及实时仿真

柔性直流阀控全链路试验是验证柔性直流阀控功能和性能的重要技术手段。本文提出的柔性直流阀控全链路试验方案主要包括阀控架构、全链路试验系统架构及其主要的模拟功能、试验项目设计等。首先分析了柔性直流阀控的架构和阀控架构的特点以及其各层级的连接关系;其次针对柔性直流阀控的特点提出了计及脉冲分配和功率模块控制的全链路试验系统;最后,在实时仿真平台上搭建了全链路试验系统,对实际工程应用的柔性直流阀控进行了全方位测试,并对典型试验结果进行了分析。试验结果表明,本文提出的全链路试验方案和系统能够满足柔性直流阀控功能和性能测试的需要。     

100%新能源电源经柔性直流送出系统的机电暂态建模仿真研究

100%新能源电源经柔性直流送出系统是一种新能源基地送出的重要形式,目前常用的机电暂态仿真软件尚无对应算法与模型可对其进行建模仿真。为此,分析100%新能源电源经柔性直流送出系统的基本控制原理,提出无同步机情况下“新能源+柔性直流系统”的机电暂态仿真一般结构,建立此系统中柔性直流输电系统的电压-频率(Vf)控制模型,柔性直流采用电压源模型接入,以解决电流源模型接入时易产生的数值振荡问题。基于DSP软件建立仿真模型,构建直驱风电机组、光伏发电经柔性直流送出系统的仿真案例,将所建立模型与PSCAD电磁暂态模型进行仿真结果比对,同时开展所建立模型在新能源功率波动和系统短路故障等不同扰动情况下的响应分析,仿真结果验证了所提建模方法的有效性。     

柔性直流输电系统实时仿真系统设计与试验

在介绍模块化多电平柔性直流输电系统基础上,采用仿真器基于Intel处理器和现场可编程门列阵(field-programmable gate array,FPGA)片上协同仿真的架构,对多端柔性直流系统模型进行优化设计,同时计算资源的合理分配,进行柔性直流输电系统实时仿真系统设计,利用实时电力电子仿真系统加上保护控制、阀控及测量IO设备,在此基础上提出一种柔性直流输电控制系统的实时闭环仿真系统方案,以应对全球能源互联网建设。     

LCC-VSC混合直流输电系统分析及仿真验证

通过对传统直流输电和柔性直流输电发展历程、技术特点及应用范围的总结,研究一种新型直流输电方式——混合直流输电,该系统的两端由传统直流输电中的相控换流器(line commutated converter,LCC)和柔性直流输电中的电压源换流器(voltage source converter,VSC)组成。在阐述其拓扑结构、工作原理的基础上,分析一种针对该系统的控制策略,并通过电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC进行仿真验证。仿真结果表明,该混合直流输电系统兼具传统直流输电和柔性直流输电的优点,在遇到单相接地、三相短路等故障时,可快速恢复并重新实现稳定运行状态,适应于各种集中式、分布式电源,具备能源互联的能力。