直流孤岛送电系统的系统接入技术要求研究

针对直流孤岛送电系统规划与运行面临的安全稳定问题,从送电规模、工频过电压和滤波器投切引起系统电压波动3个方面研究直流孤岛接入系统应具有的最小短路比,并考虑发电机和升压变压器电抗影响,推导出满足短路比要求的交流线路长度及各因素对短路比的影响程度;同时,基于机组作用系数法,通过研究送端系统短路比与次同步振荡之间的关系,分析了避免次同步振荡所需的送端最大短路比要求与接入系统最小短路比要求之间的矛盾,提出了解决方案;并通过推导直流孤岛送端频率波动特性,论证了发电机惯性常数、故障切除时间与送端系统频率波动的关系,为送端发电机调速器参数选取提供依据。     

直流孤岛送电系统的功率输送能力分析

传统高压直流输电系统存在送端孤岛运行的可能性,而直流孤岛送电系统的功率输送能力是其运行特性的重要方面,因此对直流孤岛送电系统的功率输送能力进行了针对性的研究。在PSCAD/EMTDC仿真程序中搭建了直流孤岛送电系统模型;通过理论计算和时域仿真2种方法分别绘制系统最大功率曲线,根据直流电流指令值变化速率的不同,分类讨论了慢速电流变化时的励磁模型和励磁参数对系统功率输送能力的影响、快速电流变化时励磁参数对系统过渡过程的影响;将所提方法应用于分析送端交流系统故障,阐述失稳机理并提出改善措施。仿真结果表明:基于功率输送能力分析的直流电流限幅和发电机强励措施能显著改善直流孤岛送电系统发生故障后的暂态响应特性。     

楚穗直流孤岛系统安稳策略研究

对楚穗直流孤岛方式下的各种故障后系统的稳定性进行了计算分析,指出了主要存在的稳定问题。分别针对孤岛方式下线路N-2故障、楚穗直流极或阀组闭锁以及直流保护引起楚穗直流功率突降等情况进行了具体研究分析,提出了相应的安全稳定控制策略。     

高压直流输电系统孤岛运行调频策略

高压直流输电系统采用送端孤岛运行方式能够显著改善远距离送电系统稳定性和提升送电能力,其中孤岛系统的频率稳定性是决定能否孤岛运行的关键因素之一。结合前期天广、云广直流孤岛调试结果,阐明孤岛方式下优先利用直流系统频率限制器(frequency limitation control,FLC)平衡功率波动、放大机组一次调频死区作为后备措施、优先调整机组功率、利用FLC自动跟随的调频策略。针对孤岛方式下直流双极跳闸后出现的部分机组调相运行的现象,利用电力系统功率扰动的3阶段分配原理解释了产生原因,提出避免机组长时间调相运行的控制策略。现场试验结果验证了所提调频策略的有效性,为未来直流孤岛运行方式安排和控制措施的确定提供了依据。     

云广直流孤岛系统机组调相运行分析

孤岛运行作为云广特高压直流输电工程的设计运行方式之一,能够有效提高南方电网的稳定水平,但是存在较严重的机组间相互作用引起的小湾机组调相运行问题。建立了将电厂调速器控制系统、励磁系统、监控系统接入RTDS实时仿真系统形成云广直流孤岛分析的仿真试验平台,该仿真平台具有较高的仿真可信度,从调速器控制逻辑与参数在直流双极闭锁甩负荷后的调节规律的角度分析了小湾电厂机组调相运行的机理。     

风电场孤岛直流外送系统的稳定控制

为了解决常规直流不能单独送风电的问题,分析了风电场孤岛直流外送系统的不稳定性机理,指出风电场不能与高压直流系统配合的原因在于"缺少不平衡功率自动消除机制",基于此提出一种解决方法,即在送端交流母线处附加VSC装置及其稳定控制策略,使送端电源整体接近电压源外特性并具备不平衡功率消除机制。一方面,VSC为DFIG提供了三相电压旋转矢量,保证DFIG的正常运行;另一方面,反馈VSC电容电压,根据电容电压的变化来反映直流送端系统频率变化,通过频率变化调节直流输送功率从而消除直流送端系统不平衡功率,实现了系统稳定运行的目标。基于所提出方法进行了实时数字仿真器(real time digital simulator,RTDS)的闭环验证,实验结果表明,此方法建立的不平衡功率消除机制,是解决风电场与传统直流单独配合问题的可行方法,且所需VSC装置容量仅为直流传输容量的1%左右。     

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。     

云广直流孤岛判别系统的原理及接口

云广直流孤岛判别系统是云广直流稳控系统、极控系统正确进行自动控制的前提。分析显示,通过合理简化后,孤岛自动判别只涉及对楚雄换流站第2、3串,和平变电站第3、6串,小湾变电站第3串开关开、断状态的电气逻辑判断。基于所作的合理的简化并对个别特殊运行方式加以限制,推导出孤岛判别方案的逻辑关系主判据,并说明了孤岛判别系统和极控、稳控系统的接口方式。     

描述交直流并列系统电网结构品质的3种宏观指标

合理的电网结构是保证电力系统安全稳定运行的最重要的物质基础,但是目前还没有具体的指标可以对电网结构的品质进行定量评估。归纳和提出了3种描述交直流并列系统电网结构品质的宏观指标,分别为通道强度指标、电压强度指标和频率强度指标。通道强度指标包括交直流通道强度比指标和交流通道抗冲击强度指标,分别用于描述交直流通道的强直弱交程度和交流通道抵御直流通道潮流转移冲击的能力;采用多馈入有效短路比作为电压强度指标,用于评估电网对直流换流站的电压支撑能力;采用频率偏差因子作为频率强度指标以衡量电网的频率支撑能力。综合3种指标可以描述交直流并列系统电网结构的某些重要品质,从而实现对交直流并列系统的电网结构品质的定量评估。     

向家坝—上海特高压直流系统孤岛运行方式

向家坝—上海±800 kV特高压直流在失去与四川主网全部500 kV联络线后,将进入孤岛运行。为此,讨论了向-上直流进入孤岛和孤岛运行两种运行方式下的控制策略,提出了孤岛运行对某些的交换功率限制,以及孤岛运行时的通信系统配置和频率控制器模型及参数。对进入孤岛及孤岛运行时的多种故障的仿真表明,在设计的频率控制器作用下,向-上直流可以保持稳定运行。     

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。     

送端直流孤岛系统频率限制器优化控制策略

频率限制控制器（frequency limit controller,FLC）作为一种重要的直流有功功率调制手段,可提高交直流混联系统的频率稳定水平,但直流有功功率的调节会改变换流站无功功率水平,进而影响系统电压特性。针对楚穗特高压送端直流孤岛系统,分析了交流系统发生短路故障后,FLC调节有功功率对整流站电压恢复特性的影响机理。在此基础上,提出了基于无功功率变化率的FLC优化控制策略,来提高送端系统的电压稳定性。仿真结果表明,该策略在抑制频率波动的同时,可改善孤岛系统的电压恢复特性。     

直流孤岛系统低次谐波稳定性仿真研究

针对南方电网牛从和普侨两个直流输电工程孤岛运行状态下的低次谐波稳定性问题,在PSCAD/EMTDC中搭建了详细的时域仿真模型并进行仿真研究。首先,使用测试信号法在一定频率范围内扫描直流输电系统直流回路阻抗和交流并联阻抗。其次,通过分析比较低次谐波频率下直流回路阻抗与交流并联阻抗之间的大小关系,对直流系统的低次谐波稳定性进行初步判断。最后,用时域仿真法对可能出现低次谐波振荡的工况进行校核。计算结果表明,在孤岛运行方式下,交流系统短路比的变化对直流回路阻抗和交流并联阻抗的阻抗频率特性有一定影响,随着短路比减小,阻抗频率特性向左上方偏移。此外,在所考虑的孤岛运行方式与故障情况下,直流系统均不会发生低次谐波不稳定现象。     

云广特高压直流输电系统孤岛运行的稳定控制措施

基于实时数字仿真器和特高压直流控制保护样机搭建了云南—广东±800kV特高压直流输电实时闭环仿真系统。在该仿真环境中对云南—广东±800kV特高压直流输电系统孤岛运行方式下的送端交流系统故障进行了仿真研究,分析了系统失稳的原因,提出了提高系统稳定的控制措施,并通过仿真试验验证了控制措施的有效性。研究结果可为今后±800kV云南—广东特高压直流输电系统孤岛运行方式下系统运行提供参考。     

水电直流孤岛系统的Hopf分岔和极限环

以水电为主的直流孤岛送出系统中多次出现具有长振荡周期和稳定振幅的超低频频率振荡事件。考虑到水轮机的非线性特性,建立了水电孤岛系统的非线性描述方程进行研究。并对比了非线性系统和其线性化模型下的稳定性和表现,发现了水电孤岛系统中非线性模型下的Hopf分岔和稳定极限环现象。在一定的参数范围内,系统平衡点不稳定,但出现稳定的极限环,系统轨迹收敛到极限环而呈现出等幅振荡。进一步分析得到极限环特性与Hopf分岔参数的关系。分析结果为研究水电直流孤岛中频率稳定问题提供了一种理论上的可能,最后说明了考虑水轮机非线性的重要性。     

火电机组直流孤岛系统频率控制分析与系统试验

火电直流孤岛系统转动惯量小、交流网架薄弱,系统频率稳定问题突出,由此带来的系统运行和设备安全风险较大,而国际上也没有先例可循。该文通过分析火电机组一次调频、调速系统和直流系统的频率特性,依据实测数据建立精确反映火电直流孤岛系统频率特性完整的传递函数。基于根轨迹分析,给出直流附加控制策略、机组一次调频和汽轮机参数对孤岛系统稳定性的影响,及相关参数的优化取值范围。研究结论为世界上首次进行的火电直流孤岛运行试验–伊穆直流孤岛特性系统试验提供了坚实理论依据和工作支撑,现场试验结果与理论分析和仿真完全一致。该文提出的研究方法为后续特高压直流工程建设和运行中可能出现的孤岛运行方式的选择奠定了理论基础,为大型火电基地的集中开发和远距离外送提供了一定技术依据。     

溪洛渡右岸送电广东双回直流孤岛运行时昭通换流站侧过电压水平研究

溪洛渡右岸送广东直流工程在孤岛运行方式下发生双回双极闭锁时,将在送端昭通换流站产生较大的过电压,其过电压水平以及交流滤波器断口和避雷器相应工况将决定孤岛运行的安全稳定性。为此,笔者结合溪右直流工程实际接线方式,分析了不同孤岛运行方式与滤波器配置方式,利用PSCAD/EMTDC,研究了双回同时双极闭锁(ESOF或BLOCK)、双回相继双极闭锁以及送受端交流系统故障情况下的昭通换流站交流侧的过电压水平与避雷器工况,针对采取切除小组交流滤波器和切除大组滤波器措施时,并考虑了一组切除时间早于其他小组半个周波情况,研究分析了断路器断口暂态恢复电压及容性开断电流对孤岛运行的影响。通过系统地仿真计算,研究结果为实际直流系统现场运行提供技术依据,对于孤岛运行故障的应对等具有重要的工程借鉴意义。     

常见孤岛检测盲区描述方法

通过孤岛检测盲区的大小可以有效地判断孤岛检测方法的好坏,因此对孤岛检测盲区描述方法的研究有利于今后对孤岛检测方法的优化和改进,减少孤岛所带来的危害,对分布式并网发电系统的发展也具有现实意义。介绍了孤岛检测盲区的常用描述方法,并指出了不同的孤岛检测盲区描述方法的优缺点和适用场合。     

世界最高电压的海底直流送电

日本关西电力公司和电源开发公司、四国电力公司，计划在纪伊水道铺设世界最高电压500kV的海底直流送电电缆。在四国德岛县阿南市，正在建设一座大型火力发电厂──橘湾火力发电厂（出力2100MW，预计在2000年开始部分投入运行），它的部分电力将通过纪伊水道提供给本州的关西地区。在1979年完成的北海道与本州间的北本线全长43km，电压为250kV的海底电缆。这次的纪伊水道与北本线相差不多（大约59km），而电压却翻一番．电缆的试制品直径为18．8cm，断面积大约是北本线的一倍，每米的重量是100kg。交流电有电压可以自由改变的优点，但是在…     

厦门柔性直流输电系统孤岛运行控制仿真研究

厦门工程是世界上首个采用双极接线的柔性直流输电工程。厦门工程的投运能有效增强厦门地区电网网架结构,消除厦门岛作为无源电网的劣势。基于厦门岛作为无源孤岛电网的情况,设计系统的启动方法,并研究双极柔性直流输电向孤岛供电的控制策略。在RT-LAB实时仿真器中搭建厦门工程实时数字模型,对孤岛控制策略进行仿真验证。结果表明,所设计的启动方法可以实现系统的正常运行,对于不同的负荷类型、负荷的变化以及双极转单极运行等暂态情况,系统均可满足安全稳定运行,证明所设计的控制器具有良好的控制性能。