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经柔直电网互联的含抽蓄的联合发电系统最大供电量计算

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电力系统保护与控制 2020年第4期48卷 134-142页

作者：张晓华魏子睿马煜耿光飞杨晓楠国网东北电力调控分中心辽宁沈阳110180 中国农业大学北京100083 辽宁省电力有限公司沈阳供电公司辽宁沈阳110000 中国电力科学研究院有限公司北京100192

为充分利用风光发电能量,合理调度抽水蓄能电站,针对经柔直电网互联的风光蓄联合发电系统向远方负荷中心供电这一工程实际需求,提出基于日供电量最大的抽水蓄能发电优化调度模型及方法。采用最优潮流法计算受电区(负荷中心)全天的消纳... 详细信息

为充分利用风光发电能量,合理调度抽水蓄能电站,针对经柔直电网互联的风光蓄联合发电系统向远方负荷中心供电这一工程实际需求,提出基于日供电量最大的抽水蓄能发电优化调度模型及方法。采用最优潮流法计算受电区(负荷中心)全天的消纳极限。并以此极限为约束,同时考虑抽蓄电站库容与运行工况等限制,建立了抽蓄电站功率优化调度模型。提出的分段法与等效面积法显著提升了优化模型的计算速度。在某地风光蓄发电系统与柔直输电网架结构的基础上,用IEEE30节点系统模拟受端电网,建立仿真算例。比较了几种最大供电量计算方法的结果,验证了所提方法与模型的有效性。

关键词：风光蓄联合发电最大供电能力动态优化削峰填谷柔直电网

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柔直电网站内单相接地故障分析及过电压抑制

电力工程技术 2021年第5期40卷 71-77页

作者：李岩黄豫潘旭东袁康龙南方电网能源发展研究院有限责任公司广东广州510623

柔直电网换流站内单相接地故障的电磁暂态过程复杂且易产生过电压,严重影响系统的安全稳定运行。文中将换流站内单相接地故障分成交流故障区和直流故障区,首先采用复合序网络定量分析交流侧过电压机理及零序电压特征。然后,基于换流器... 详细信息

柔直电网换流站内单相接地故障的电磁暂态过程复杂且易产生过电压,严重影响系统的安全稳定运行。文中将换流站内单相接地故障分成交流故障区和直流故障区,首先采用复合序网络定量分析交流侧过电压机理及零序电压特征。然后,基于换流器控制器方程推导得到故障序分量从交流侧向直流侧传播的规律,得出零序电压是导致直流侧和其他换流站过电压的主要因素。此外,为了抑制直流侧过电压,提出一种零序过电压控制方法,并给出控制器参数的选择方案。最后,基于PSCAD搭建柔直电网仿真模型,仿真结果验证了故障机理推演的正确性及过电压抑制策略的有效性,提升了站内单相接地故障后的安全稳定运行能力。

关键词：柔直电网单相接地故障机理零序电压模块化多电平换流器(MMC) 过电压抑制

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柔直电网故障特性分析与保护原理研究

柔直电网故障特性分析与保护原理研究

作者：陈钟钟华中科技大学

学位级别：硕士

柔性直流电网是以电压源型换流器、直流断路器和直流母线等设备为基础构成的新型电力传输网络,具有潮流控制灵活、多端源荷互动、易于大规模清洁能源接入、供电可靠性高等独特优势,已成为直流输电技术的重要发展方向。继电保护是保障电... 详细信息

柔性直流电网是以电压源型换流器、直流断路器和直流母线等设备为基础构成的新型电力传输网络,具有潮流控制灵活、多端源荷互动、易于大规模清洁能源接入、供电可靠性高等独特优势,已成为直流输电技术的重要发展方向。继电保护是保障电网运行安全的重要基础,由于柔直电网的结构、运行控制方式以及故障特性与传统交流电网和高压直流输电系统存在较大差异,给故障特性分析和继电保护带来了许多新的问题和挑战。本文在国家重大专项等项目的支持下,根据柔直电网的技术特点和继电保护的应用需求,重点围绕柔直电网建模方法、控制策略、短路电流特性分析以及继电保护原理开展了系统的理论研究和仿真分析工作。本项研究对保证柔直电网的安全可靠运行具有重要的理论和现实意义。柔直电网的数学和仿真建模是柔直电网控制策略研究、故障特性分析和保护原理研究的重要基础,其中模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)是柔直电网建模的难点。论文从MMC子模块的能量守恒性出发,通过对同一桥臂中N个子模块的动态特性平均化处理,建立了子模块的数学模型,从而可大幅降低模型维数。以此为基础,根据换流器拓扑结构,对各桥臂数学模型进行整合,形成直流侧数学模型,实现了对MMC直流侧动态特性的数学表达。仿真结果验证了所建立的数学模型的正确性,为后续的柔直电网控制策略研究、故障特性分析等奠定了理论基础。针对MMC拓扑结构复杂,电气节点数多,精确暂态仿真耗时长的突出问题,论文建立了基于戴维南等效电路的MMC等值仿真模型,并根据柔直电网故障暂态特性分析和保护原理研究的要求,与MMC详细仿真模型的暂态特性进行了详细对比,结果表明,采用等值仿真模型可在保持较高暂态仿真精度的同时,显著提升仿真速度,可较好满足柔直电网的暂态仿真要求。柔直电网换流器的控制策略和控制参数对电网的运行和故障特性有直接和重要的影响。论文从换流器控制系统数学模型出发,推导了交流侧电流、直流侧环流、直流电压和网侧功率的传递函数,按照快速性要求给出了电流内环和环流抑制的PI参数整定方法,按照跟随性和抗扰性的要求,提出了功率外环和直流电压外环的控制参数整定方法,从而为换流器控制参数的合理设置提供了方法指导。针对目前基于双序PI控制器的交流故障控制策略存在的结构复杂、控制器数量和控制参数过多的问题,提出了一种基于多频率准比例谐振控制器的新型交流故障控制策略。通过直接控制桥臂电流同时调节换流器的直流侧和交流侧电流,可在保证对交流侧故障的控制效果的前提下,有效简化换流器控制的上层结构,减少控制器数量和待调整的控制参数,便于工程应用。柔直电网的故障特性复杂,理论分析困难,目前主要以仿真和定性分析为主,难以满足继电保护原理研究和整定计算的要求。论文分别以交流电网故障和直流系统故障为背景,开展了柔直电网短路电流计算方法的理论研究工作。针对交流电网故障,以所建立的换流器数学模型为基础,并计及换流器故障控制策略和控制系统延时的影响,推导了换流器馈出短路电流的数学解析表达式,并据此建立了含柔直系统的交流电网短路电流计算模型;针对柔直电网故障,根据双端柔直系统短路电流解析方法,建立了含多端电源的柔直电网双极短路的RLC等效电路,并给出了双极短路的故障电流求解方程。仿真结果验证了所提出的短路电流计算方法的正确性。柔直电网输电线路发生故障后,短路电流具有幅值大、上升速度快的特点。此外,为了提高供电可靠性,需要正确检出故障线路,并进行有效隔离,从而对保护的速动性和选择性提出了很高要求。论文根据柔直电网输电线路的结构特点,以彼德逊法则为基础,针对双极短路和单极接地短路等不同故障类型,对直流线路的初始行波特性进行了理论分析。以此为基础,借鉴高压直流输电线路行波保护的应用经验,提出了基于电压反行波的柔直线路行波保护判据。数字仿真结果表明,所提出的保护判据具有动作速度快、选择性好的特点,可较好满足柔直电网线路主保护的应用要求。论文最后,对全文研究工作做了总结,并对下一步工作进行了展望。

关键词：柔直电网建模方法控制策略故障特性分析直流线路保护

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张北柔直电网金属回线故障监测研究

电力工程技术 2019年第4期38卷 56-61页

作者：陈玉林张建锋虞晓阳张杰朱红星南京南瑞继保电气有限公司

±500kV张北柔直电网金属回线正常时无压,有单回、双回同杆并架2种线路形式,在单、双回线连接处波阻抗存在不连续问题,常规方法难以满足金属回线故障监测的需求。文中分析了张北柔直电网金属回线的波阻抗及行波折反射特点,提出了基于差... 详细信息

±500kV张北柔直电网金属回线正常时无压,有单回、双回同杆并架2种线路形式,在单、双回线连接处波阻抗存在不连续问题,常规方法难以满足金属回线故障监测的需求。文中分析了张北柔直电网金属回线的波阻抗及行波折反射特点,提出了基于差模时域反射法的故障监测系统方案和波形比较分析方法,通过施加差模量脉冲信号实现故障监测,通过波形比较法消除线路波阻抗不连续引起的行波反射,并凸显故障点特征。仿真和现场试验表明,该系统及方法能适应张北柔直电网金属回线的工况,可以克服线路波阻抗不连续的问题,故障监测具有较高的可靠性和灵敏度,测距精度优于300m。

关键词：柔直电网金属回线故障监测行波测距时域反射波形比较

基于MMC-HVDC柔直电网的低电压穿越技术研究

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基于MMC-HVDC柔直电网的低电压穿越技术研究

作者：刘磊广西大学

学位级别：硕士

随着我国新能源产业的快速发展,部分地区新能源就地消纳问题也越来越突出,出现了“弃风弃光”现象,它引起了广泛的关注。大规模可再生能源分散开发,通过柔性直流电网汇集,再远距离送出的源-网协调控制是我国解决间歇性可再生能源消纳问... 详细信息

随着我国新能源产业的快速发展,部分地区新能源就地消纳问题也越来越突出,出现了“弃风弃光”现象,它引起了广泛的关注。大规模可再生能源分散开发,通过柔性直流电网汇集,再远距离送出的源-网协调控制是我国解决间歇性可再生能源消纳问题的重要手段,对推动我国能源体系的变革具有深刻意义,且刻不容缓。而柔直电网中最为严重的短路故障,倘若不能及时解除必将导致换流站闭锁,进而致使柔直系统强制脱网。柔直电网换流站的重启过程耗时长,各端协调控制复杂,暂态过程持续时间长,对电网安全稳定运行响应巨大。因此,研究基于模块式多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)技术的柔性直流输电(high voltage direct current transmission,HVDC)系统的低电压穿越技术,对提高其并网可靠性具有重要意义。本文以MMC-HVDC柔性直流网为研究对象,重点研究其低电压穿越技术,主要的研究成果如下:1)柔直电网两端换流站控制模型建立与仿真。首先,分析MMC的拓扑结构与连接方式并建立数学模型。然后,设计控制策略保障送受两端功率输送稳定运行。最后,交流侧模拟接地故障并研究低电压穿越技术,进行模拟仿真验证。2)基于张北柔直电网示范工程建立柔直电网四端换流站双回路仿真模型并仿真。验证了建立模型的有效性并分析四端换流站协调控制。模拟交流侧短路,某端换流站交流侧出现故障时的穿越方案,及其功率输送协调策略。在PSCAD/EMTDC平台进行了仿真结果表明,论证了控制策略的可行性,使基于MMC的柔直电网系统具有更好的低电压穿越能力。

关键词：模块式多电平换流器柔直电网低电压穿越

新能源孤岛经柔直电网送出系统运行机理及参数设计研究

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新能源孤岛经柔直电网送出系统运行机理及参数设计研究

作者：秦善萌山东大学

学位级别：硕士

柔性直流输电是构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系的有效技术手段之一,相较于传统直流输电而言,其最显著的特点是可实现新能源发电在无交流同步电源支撑下的并网。而柔性直流电网概念的提出更是为实现多电源供电及多落点受电奠定了... 详细信息

柔性直流输电是构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系的有效技术手段之一,相较于传统直流输电而言,其最显著的特点是可实现新能源发电在无交流同步电源支撑下的并网。而柔性直流电网概念的提出更是为实现多电源供电及多落点受电奠定了基础,可提高新能源大规模集中送出系统的供电可靠性。因此,新能源孤岛经柔直电网送出系统拥有广阔的应用前景。然而,柔性直流电网由大量电力电子器件构成,导致其呈现出低惯性、弱阻尼特性。一旦直流电网发生故障,暂态过压过流发展迅速,网内器件设备受到冲击导致故障进一步发展恶化,最终将可能造成整个系统停运,严重制约了新能源孤岛经柔直电网送出系统向大规模、高电压等级发展。因此,本文围绕换流站器件耐流、耐压能力与系统故障穿越能力之间的矛盾,对新能源孤岛经柔直电网送出系统的运行机理及参数设计方法展开研究,以保障系统的安全性及故障穿越能力满足运行与设计的要求。本文分别从系统稳定运行机理、典型故障暂态特性、换流站运行区域及系统参数设计三方面进行了分析,具体完成了以下工作:1)给出系统稳定运行时换流站主要器件参数应满足的约束条件,提出了新能源孤岛经柔直电网送出系统稳定运行的附加约束条件及换流站稳定运行区域。首先,基于换流器稳态运行原理分析了主要器件参数满足的运行约束条件,并对约束条件进行了简化,为系统设计阶段的器件参数选择奠定了基础。其次,结合新能源波动性、随机性的特点,在常规送端联网场景下系统稳定运行约束条件的基础上,提出了新能源孤岛接入场景下系统稳定运行的附加约束条件,最终给出了新能源孤岛经柔直电网送出系统的送端换流站稳定运行区域。当换流站功率运行点在本文所提出的稳定运行区域内时,可以保证系统的稳定运行。2)分析了柔直电网典型故障机理,研究了系统参数对暂态过压、过流的影响及相应的求解方法,为进行后续系统参数设计奠定基础。首先,研究了受端换流站闭锁故障,推导了受端换流站闭锁故障后暂态不平衡功率与直流电压、子模块电容之间的关系表达式。然后,对直流双极短路故障进行分析,提出了柔直电网直流侧双极短路电流的简化求解方法。最后,分析了换流站交流侧短路故障的故障机理,给出了换流站交流侧对称故障及不对称故障的通用短路电流计算方法。在PSCAD中对理论研究结果进行了仿真验证。通过分析可知,由于新能源孤岛经柔直电网送出系统中送端换流站需要为并网点提供稳定交流电压,送端受入功率不可控,受端换流站闭锁后整站功率无法送出,此时网内盈余功率造成的过压最严重;直流双极短路故障对换流站中的电力电子器件等设备将造成很大的冲击,是对换流站造成过流冲击最严重的故障类型,因此以受端换流站闭锁故障及直流双极短路故障穿越条件作为后续系统参数设计的指标。而换流站交流侧故障后短路电流本质上仅与控制器限幅值有关,不作为系统设计的考虑因素。3)研究了影响系统安全运行的约束条件,提出了相应的换流站安全稳定运行区域及耗能电阻优化配置方法,给出了基于最佳输送容量和直流电压等级的多目标优化系统参数设计方法。首先,提出了保证新能源孤岛经柔直电网送出系统安全稳定运行的安全输送功率约束条件,结合前述对系统稳定运行条件的研究,最终给出了换流站安全稳定运行区域。然后,进一步提出了可以通过耗能电阻优化配置方法提升换流站安全稳定运行区域的方法,该方法可以减少耗能电阻投资的成本。最后,指出了新能源孤岛经柔直电网送出系统故障发展速度快的本质是器件耐压、耐流能力与系统输送容量、直流电压等级不匹配,为从换流站本体角度解决此问题,保证系统的安全稳定运行,提出了在现有器件水平下合理规划系统输送容量及电压等级的多目标优化系统参数设计方法,并通过仿真验证了设计方案的正确性。本文所提出的耗能电阻优化配置方法及多目标优化系统参数设计方法,均可兼顾系统安全性和故障穿越能力要求。本文为克服新能源孤岛经柔直电网送出系统的输送容量、直流电压等级与器件能力不匹配导致系统故障穿越能力差的问题,通过对其运行机理进行研究,分析了换流站主要器件参数的选择原则,结合系统稳态特性和暂态特性研究换流站安全稳定运行区域的约束条件及提升方法,最终给出了主回路参数、直流电压等级、系统输送容量等系统参数设计方法,可为今后规划设计新能源孤岛经柔直电网送出系统提供思路。

关键词：新能源孤岛柔直电网换流站安全稳定运行区域柔直电网典型故障系统参数设计方法

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柔直电网自适应有功功率协调控制策略研究

电工技术 2023年第17期 113-117页

作者：许梦阳许梦华董倩高稼瑞许昌开普检测研究院股份有限公司河南许昌461000 国网河南省电力公司长葛市供电公司河南许昌461000

不同于以往的多端柔性直流工程,柔直电网采用直流断路器对直流线路故障进行隔离,受限于目前国内高压直流断路器的研制水平,还不具备过负荷运行能力。针对直流架空线路永久故障后直流断路器过载危害设备和系统安全的问题,提出了送端换流... 详细信息

不同于以往的多端柔性直流工程,柔直电网采用直流断路器对直流线路故障进行隔离,受限于目前国内高压直流断路器的研制水平,还不具备过负荷运行能力。针对直流架空线路永久故障后直流断路器过载危害设备和系统安全的问题,提出了送端换流站分别接入新能源场站和交流电网两种方式下的自适应有功功率协调控制策略,通过柔直电网RTDS实时仿真系统验证该策略的可行性和合理性,为柔直电网的远期升级改造提供技术参考。

关键词：柔直电网有功功率协调控制 RTDS

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柔直电网多换流站有功功率协调控制策略研究

电工技术 2023年第19期 82-85,88页

作者：许梦阳黄岩吴昊白欣雨许昌开普检测研究院股份有限公司河南许昌461000 国网河南省电力公司长葛市供电公司河南许昌461000

不同于以往的多端柔性直流工程,柔性直流电网工程送端采用交流耗能装置来解决功率盈余问题。针对柔直电网换流器故障退出导致直流电网正负极有功功率失衡的问题,提出直流电网各端换流站正负极换流器自适应有功功率控制策略。基于RTDS搭... 详细信息

不同于以往的多端柔性直流工程,柔性直流电网工程送端采用交流耗能装置来解决功率盈余问题。针对柔直电网换流器故障退出导致直流电网正负极有功功率失衡的问题,提出直流电网各端换流站正负极换流器自适应有功功率控制策略。基于RTDS搭建柔直电网系统实时仿真平台,分别模拟功率送端、功率受端和调压端单换流器故障及双换流器故障。对所提出的多换流站有功功率协调控制策略进行了仿真验证,试验结果表明提出的多换流站有功功率协调控制策略正确可靠。

关键词：柔直电网有功功率协调控制 RTDS

张北柔直电网控保系统接口设计及控制保护策略

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电工技术 2021年第21期 105-109页

作者：穆凌杰岳娜国网冀北电力有限公司检修分公司北京102488

基于柔性直流输电技术的直流电网是全球能源互联网的重要组成部分。以张北柔直电网示范工程为研究对象,对其控保系统及其通信接口进行了设计说明,主要包括直流极控制系统和站控系统与其他系统的接口设计。详细描述了多端环网结构的直流... 详细信息

基于柔性直流输电技术的直流电网是全球能源互联网的重要组成部分。以张北柔直电网示范工程为研究对象,对其控保系统及其通信接口进行了设计说明,主要包括直流极控制系统和站控系统与其他系统的接口设计。详细描述了多端环网结构的直流电网控制策略,为保证张北柔直电网四个换流站的协调性,设计了协调控制策略和双极控制策略。研究了张北柔直工程首次使用±500 kV高压直流断路器后不同于传统直流输电的保护策略,主要包括动作策略和动作时序。

关键词：柔直电网控保系统通信接口