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。     

不同动态无功补偿装置对直流系统故障引发送端暂态过电压的抑制效果对比

直流输电系统在发生换相失败、直流闭锁等故障时,会引发送端暂态过电压。本文分别在基于电磁暂态的两区域直流系统算例和基于机电暂态仿真的大电网算例中分析比较了在直流换相失败及闭锁故障时,3种动态无功补偿装置的抑制能力。仿真结果表明,基于电磁暂态的两区域直流算例和基于机电暂态的大电网算例得到的结论基本一致,相互印证,即同步调相机具有更好的暂态过电压抑制能力。最后,通过优化调相机的直轴暂态电抗和直轴暂态时间常数等关键性能参数,能够更好地抑制直流故障导致的送端交流母线的暂态压升。     

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。     

考虑过电压抑制的特高压直流弱送端系统无功控制策略

直流闭锁等扰动引起的送端电网过电压,已成为限制直流输送能力和新能源消纳的主要约束。基于±800 k V扎鲁特—青洲(简称鲁固)特高压直流弱送端电网,结合扎鲁特换流站调相机工程和东北电网系统保护建设,提出了协调换流站滤波器(电容器)、调相机及换流站近区同步机组的过电压抑制策略。一方面,电网稳态运行时,充分利用换流站及其近区调相机和同步机组补偿阀组消耗无功,减少滤波器(电容器)的投入量,从而降低直流闭锁滤波器(电容器)滞后切除引起的暂态过电压。另一方面,调相机和同步机组无功输出增大,为抑制直流闭锁潮流大规模回退引起的稳态过电压提供了充足的回降无功备用。最后基于鲁固特高压直流送端电网验证了策略的有效性。     

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...     

高比例新能源送端系统暂态电压运行风险分析

针对交、直流故障下的高比例新能源送端系统暂态电压演化传播机理及运行风险尚不明晰的问题,首先,基于交直流系统间的无功电压交互作用机理分析,明确了交、直流系统故障下的暂态电压特性及主导影响因素,阐明了高比例新能源送端系统电力电子设备主导的暂态电压演化传播路径。其次,从“交直流故障强耦合作用持续加强,暂态无功功率成分复杂”、“新能源比例不断提升,暂态电压问题凸显”及“故障承载与调节能力下降,连锁脱网风险增大”三方面系统地阐述了暂态电压运行风险。然后,基于DIgSILENT/PowerFactory建立了实际高比例新能源多直流外送系统仿真模型,不同新能源占比、不同故障工况下的仿真结果验证了暂态电压运行风险分析的正确性。最后,从增强耦合运行特性机理认识、提升新能源涉网性能、增加多尺度协同控制策略、加强交流网架结构等方面提出了应对暂态电压运行风险的技术展望。     

构网型无功补偿抑制新能源发电暂态过电压

电网换向换流器型直流输电(Line Commutated Converter Based High Voltage Direct Current, LCC-HVDC)是新能源大规模并网、远距离外送的关键。而直流闭锁、换相失败等故障可能导致送端短时无功过剩并引发暂态过电压,危及运行安全。本文突破传统基于电压-电流级联控制的电流源外特性快速无功补偿装置的技术原理,提出一种应用构网型控制无功补偿装置（Grid-Forming Based Reactive Power Compensation Device, GFM-RPC）抑制直流输电送端新能源发电暂态过电压的方法,构建基于微分-代数关系的电压动态分析模型阐明GFM-RPC抑制暂态过电压机理,并对比分析了构网型控制无功补偿装置相比现有基于STATCOM抑制暂态过电压方法的优势。利用仿真验证了GFM-RPC抑制新能源送端暂态过电压的效果,并分析了主要参数对于过电压抑制效果的影响。研究表明,STATCOM这类电流源外特性的无功补偿装置在直流输电系统故障瞬间呈现出恶化电压动态的“反调”特性,而构网型无功补偿装置能够克服这种“反调”特性,并且通过合理的参数配置可以进一步抑制电压幅值的超调量。     

抑制直流送端系统暂态过电压的直流和风电控制参数协调优化

为抑制风电经高压直流外送方式下的直流送端系统暂态过电压,提出一种直流和风电控制参数协调优化方法。首先,从整流站与风电场之间的无功转换角度分析了直流送端系统暂态过电压的产生机理,进而从系统无功特性入手研究了直流整流侧、风电转子侧变流器控制参数影响暂态过电压的机理,为抑制暂态过电压的控制参数协调优化提供了理论依据。然后,构建了以直流送端系统暂态过电压峰值最小为目标的优化模型,通过联合调用的方式,可在电磁暂态模型准确模拟交直流系统电磁暂态过程的基础上,进一步采用改进粒子群优化算法协调优化直流和风电控制参数,从而有效抑制直流送端系统暂态过电压。最后,通过修改后的4机11节点系统和新英格兰39节点系统的仿真分析,验证了所提方法的有效性和准确性。     

直流闭锁暂态过电压对风电外送影响及其抑制措施

高压直流输电系统直流闭锁引起的送端交流母线暂态过电压可能影响送端风火打捆交流系统风电机组的稳定运行。针对该问题,首先分析了直流闭锁引起暂态过电压的主要原因及其对风电机组造成的影响,然后阐述了直流闭锁动态过电压及保护动作过程,并利用由PSCAD中自带示例Cigre_Benchmark改进的双极高压直流输电系统模型仿真分析了直流闭锁的触发方式及其引起暂态过电压的过程机理。通过改进触发直流闭锁的紧急停机策略,减缓直流闭锁的触发过程,改变保护措施的触发顺序,并与安全控制系统配合来抑制送端并网母线的暂态过电压,以此来保证风电机组的稳定运行。基于PSCAD/EMTDC搭建了风火打捆高压直流模型,最后通过算例仿真证明了所提方法的有效性。该方法对于风火打捆高压直流输电系统的电压稳定性研究具有一定的参考价值。     

风电高渗透率交直流外送系统直流闭锁稳控方案研究

针对特高压直流闭锁后的交流系统暂态过电压问题,深入剖析了直流闭锁后盈余的无功功率、短路容量与交流系统暂态过电压的关系,对比分析了安控切风电与极控切滤波器时序对交流系统暂态过电压的影响。提出基于风电机组故障穿越能力的交流系统稳控方案以及相应的暂态过电压抑制措施。以DIg SILENT为平台搭建哈密电网仿真模型,对所提稳控方案及暂态过电压抑制措施的正确性和可行性进行了仿真验证。仿真结果表明,所提稳控方案及暂态过电压抑制措施可有效降低系统暂态过电压,规避风电机组连锁脱网的风险,并有利于交流系统电压恢复。     

面向高比例新能源接入的电氢耦合系统设想及分析

高比例新能源接入电力系统,其高随机性与波动性将造成系统“源-荷”结构失衡,且高比例电力电子化将导致传统电力系统以同步发电机和机电动态特性为基础的技术特性发生深刻变化。为此,提出了一种采用“送端绿电离网外送-受端离网制氢-氢燃气并网发电”模式的电氢耦合系统,即在送端将新能源电力汇集接入至与交流电网无电气联系的直流输电网络中,在受端满足电解水制氢直流负荷并通过氢燃气发电方式支撑交流电网,从而将大量新能源消纳和新增“西电东送”需求与送端/受端交流电网解耦。所提电氢耦合系统不仅能改善系统电力电量平衡,促进高比例新能源消纳,还能够保障电力系统的安全可靠运行,可为我国高比例新能源电力系统的演进方向提供参考。     

考虑新能源并网影响的零序过电压解列策略

目前新能源并网故障零序过压解列判据按躲过中性点直接接地系统正常运行时的不平衡电压整定,解列时间与新能源场站的变压器间隙零序过压保护配合。然而当线路发生高阻接地短路或者线路的保护Ⅱ段范围内发生故障时,该策略存在新能源大面积误解列问题。为此文章提出一种可靠防止新能源大面积误解列的零序过压解列策略的改进方法,并设计了解列判据,最后通过仿真以及实际故障验证了策略的有效性。结果表明,该解列策略具有高可靠性和实用性。     

高比例新能源与多直流场景下连锁故障防控策略研究

高比例新能源与多直流共存环境下系统扰动导致新能源与交直流深度耦合,连锁故障模式及演化过程更加复杂多变,需进一步深入研究其连锁故障风险及防控策略。首先,为充分考虑实际控制保护装置动作与系统电气量的交互影响,采用基于控制保护装置动作评估指标的时域仿真方法搜索高风险事故链。在此基础上,提出基于事故链信息的紧急控制思路,对可演化为连锁事故但自身无紧急措施的单个扰动配置紧急措施,加强和完善现有紧急控制体系对连锁事故链的阻断能力。以系统总风险代价最小为目标对预防控制和紧急控制进行协调优化,给出了协调控制优化模型与实现方案。最后,基于西北电网高比例新能源与多直流送出实际电网数据的仿真结果,验证了所提控制思路与控制方法的有效性。     

含同步调相机的直流换流站稳态无功协调控制策略

网源稳态调压方式会对系统动态无功支撑能力产生直接影响。针对特高压弱受端电网电压稳定性下降的问题,提出了一种直流换流站内滤波电容欠补偿、同步调相机迟相运行的稳态无功协调控制策略。同步调相机自动电压控制(AVC)子站作为控制中枢,与直流控保系统进行运行信息、动作指令信息和动作报文信息通信,以交直流系统无功交换量为控制目标,通过同步调相机与滤波电容无功置换,达到减少滤波电容投入组数、增加同步调相机稳态无功出力的目的,从源头上减少交流电压跌落导致的直流换流站无功补偿缺额。基于雅中—江西特高压直流投运后的江西电网规划数据,在PSASP仿真平台上开展潮流计算与暂态稳定分析。不同工况下的仿真结果表明,所提协调控制策略可以有效降低弱受端电网电压失稳的风险,提升直流功率的消纳能力。     

基于网络局部暂态能量的TCSC控制策略的研究

大扰动下可控硅串联补偿装置控制策略的易实现性、对系统运行方式、故障状态、网络结构的适应性等问题是可控硅串联补偿装置能否实用化的关键。基于结构保持的多机系统的拓扑能量函数，在探索了系统故障后暂态势能在网络中的分布变化特点基础上，提出大扰动下仅依赖于本地输入信号的TCSC（可控硅控制串联补偿）的控制规律，不仅控制规律简单易行，而且在实际系统中的仿真结果表明了该控制规律的有效性。     

新能源汇集系统短路故障清除后的暂态过电压机理

新能源汇集系统交流短路故障后产生的非工频暂态过电压可能导致新能源机组大规模脱网甚至损毁,这已成为制约新能源汇集系统送电极限的决定性因素。基于华北地区典型新能源汇集系统构建算例系统,分析短路故障下的暂态过电压形态特征,阐明易产生暂态过电压的系统参数条件,建立数学模型进行定量研究,利用RLC电路的全响应理论解释产生暂态过电压的本质原因。分析结果表明,短路故障清除后新能源汇集系统的电路固有谐振过程是导致暂态过电压的主要原因之一。     

大规模新能源直流外送系统调相机配置研究

针对抑制送端电网暂态过电压的技术需求,首先分析了送端电网暂态过电压的影响因素;然后构建了直流外送试验仿真系统,基于机电暂态仿真,考虑分布式调相机及其分层分散配置的作用,分别提出了调相机集中和分散接入不同电压等级配置方案;最后通过对比各方案给出了大规模新能源直流外送系统调相机配置建议,研究结果表明在各新能源汇集站低电压等级侧分散配置小型化调相机,不仅可以全面解决送端系统的暂态过电压问题,还能进一步提高经济性。