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新能源集群孤网接入柔直的无功电压优化控制策略

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新能源集群孤网接入柔直的无功电压优化控制策略

作者：刘莹华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

近年来,全球能源紧缺和环境污染等问题日益严峻,改变能源结构已十分紧迫。在此背景下,以风电和太阳能为代表的新能源得到了快速发展。我国新能源资源主要集中在西部和北部地区,远离负荷中心,且接入地区的电网架构比较薄弱,在并网发电时... 详细信息

近年来,全球能源紧缺和环境污染等问题日益严峻,改变能源结构已十分紧迫。在此背景下,以风电和太阳能为代表的新能源得到了快速发展。我国新能源资源主要集中在西部和北部地区,远离负荷中心,且接入地区的电网架构比较薄弱,在并网发电时难以获得有效的无功电压支撑,基于电压源换流器的高压直流输电系统(VSC-HVDC)具备适应于新能源集群孤网送出的潜质。由于新能源发电本身固有间歇、随机波动的特性,会使并网系统的电压稳定性受到一定程度的影响,研究新能源集群孤网接入柔直系统的自动电压控制问题十分必要。因此针对系统的特殊性提出无功电压优化控制策略具有重要工程意义。本文在DIgSILENT/PowerFactory仿真平台上建立新能源集群接入两端柔性直流输电系统模型,验证柔性直流输电系统适应于新能源集群孤网送电时的送端换流站控制方式有效性,在此基础上,分别考虑了风电和光伏出力波动特性,分析了柔性直流输电系统在应用于新能源集群孤网送出时能够维持系统电压稳定的优越性。基于新能源集群与送端换流站等值系统,考虑柔直功率调节能力约束,分别研究了在不同功率因数下柔直换流站输出电压调制比和柔直容量对柔直PV曲线的影响,得到不同工况下系统可稳定输送的最大功率;研究送端换流站稳态运行区间约束条件,分析了换流变压器分接头位置、柔直交流电压参考值、新能源集群与柔直送端换流站等效距离及阻抗特性对稳态运行区间的影响,为获得新能源-柔直孤网系统的换流站稳态运行范围提供了可行方法,由此得到的稳态运行区间范围即为新能源集群在满足各项约束后的可安全送出的功率范围。针对含VSC-HVDC新能源集群孤网系统,考虑柔直的功率安全裕度及新能源集群安全运行的要求,提出一种新能源集群AVC主站的无功电压优化控制策略,将系统中网络损耗最小及送端换流站无功裕度最大作为优化控制目标函数。算例计算结果表明,该控制策略能够有效维持新能源集群孤网系统中枢节点电压稳定,提高经济效益及柔直换流站功率安全裕度。

关键词：新能源集群柔性直流输电系统稳态运行区间无功优化控制策略

计及并网强度最大化的新能源集群出力优化研究

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可再生能源 2023年第3期41卷 411-419页

作者：胡凯利轩建举刘智伟朱建良许昌电气职业学院电气工程系河南许昌461002 华中科技大学自动化学院湖北武汉430074 南京理工大学自动化学院江苏南京210094

随着柔性负荷接入电网的比例不断增多和新能源逐渐向集群化并网发展,如何在柔性负荷剧烈波动和保障电网强度的条件下优化调度新能源集群并网出力,已成为迫切需要解决的问题。文章首先从系统架构、集群化并网特点和短路容量计算方面对新... 详细信息

随着柔性负荷接入电网的比例不断增多和新能源逐渐向集群化并网发展,如何在柔性负荷剧烈波动和保障电网强度的条件下优化调度新能源集群并网出力,已成为迫切需要解决的问题。文章首先从系统架构、集群化并网特点和短路容量计算方面对新能源集群并网进行了分析,在此基础上给出了新能源集群并网点短路比、广义短路比、运行广义短路比的计算方法;其次分析了近年来激增的柔性负荷分类及特点,研究了柔性负荷接入下的运行广义短路比;最后研究了柔性负荷波动下,以运行广义短路比最大为目标的新能源集群并网出力优化调度方案,并通过算例与传统等比例原则调度方案进行了对比。结果表明,所给方案能够在满足电网功率波动的情况下,保障新能源集群并网强度,实现新能源出力优化分配。

关键词：新能源集群并网强度柔性负荷运行广义短路比

考虑新能源集群接入的送端电网电压频率控制优化模型

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可再生能源 2023年第10期41卷 1383-1390页

作者：贾宏刚邰克强王喆严欢陈晨赵伯铉国网陕西省电力有限公司经济技术研究院陕西西安710075 西安交通大学电气工程学院陕西西安710049 北京科东电力控制系统有限责任公司北京100192

随着大规模新能源发电资源集群接入电网,送端电网受到新能源出力波动、输电线路故障、发电机组投切等大扰动所造成的电网电压、频率波动问题愈加严重。为此,文章提出一种考虑新能源集群接入的交直流送端电网电压、频率控制优化模型。首... 详细信息

随着大规模新能源发电资源集群接入电网,送端电网受到新能源出力波动、输电线路故障、发电机组投切等大扰动所造成的电网电压、频率波动问题愈加严重。为此,文章提出一种考虑新能源集群接入的交直流送端电网电压、频率控制优化模型。首先,深入研究西北地区送端电网发生故障后的电压、频率变化特性,分别从送端电网频率响应、暂态电压稳定裕度、暂态电压恢复速率指标3个方面对含大规模新能源发电集群接入的送端电网运行特性进行研究;然后,以交直流送端电网的总调节控制成本最优为目标,并考虑送端电网潮流、暂态电压和频率等约束条件,建立交直流送端电网电压、频率控制优化模型,并采用改进差分进化算法进行求解;最后,选取西北某地区电网数据,搭建仿真模型验证该方法的有效性。

关键词：送端电网电压约束频率约束新能源集群

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新能源集群无功环流抑制策略研究

内蒙古电力技术 2023年第4期41卷 13-19页

作者：吴宇辉尚斌杨鹏飞杨霖于保春马涛乔建旺华北电力科学研究院有限责任公司北京100045 康保鲁能新能源有限公司河北张家口075000 华北电力大学河北保定071003

大规模新能源集中并网地区无功电压控制中的无功分配不均衡、无功环流问题日益突出,严重影响了系统安全稳定和新能源消纳。对此提出一种基于无功电压控制系统(AVC)子站电压控制的新能源集群无功环流抑制策略。通过分析新能源场站无功环... 详细信息

大规模新能源集中并网地区无功电压控制中的无功分配不均衡、无功环流问题日益突出,严重影响了系统安全稳定和新能源消纳。对此提出一种基于无功电压控制系统(AVC)子站电压控制的新能源集群无功环流抑制策略。通过分析新能源场站无功环流现象的特征及产生原因,提出无功环流的评价指标;依据无功环流产生原因,在保证满足电压指令值的前提下,重新分配新能源集群的无功功率,实现对无功环流的抑制;最后在RT-LAB平台搭建仿真测试模型,验证了所提策略可以在保证汇集母线电压稳定的前提下,减小无功不均衡,抑制无功环流。

关键词：新能源集群无功环流无功电压控制电压稳定控制系统

新能源集群经柔直送出孤岛系统电压优化控制策略

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全球能源互联网 2018年第2期1卷 112-119页

作者：吴林林徐曼刘辉张隽国网冀北电力有限公司电力科学研究院(华北电力科学研究院有限责任公司) 北京市西城区100045 国网冀北电力有限公司北京市西城区100053

目前新能源集群电压分层控制研究主要针对接入交流电网的情况,由于孤岛系统的电压控制与交流大电网解耦,其优化控制的目标、对象和方式均与传统电网存在较大差异,故需要结合其特性,制定新的电压控制策略。本文对孤岛方式下新能源集群无... 详细信息

目前新能源集群电压分层控制研究主要针对接入交流电网的情况,由于孤岛系统的电压控制与交流大电网解耦,其优化控制的目标、对象和方式均与传统电网存在较大差异,故需要结合其特性,制定新的电压控制策略。本文对孤岛方式下新能源集群无功电压控制原理进行论述,设计了送出孤岛系统区域两级电压控制框架,提出了考虑换流站PQ运行区间约束的电压优化策略,在优化目标中综合考虑网损及换流站无功裕度。基于张北柔直示范工程未来规划拓扑的仿真算例表明,该策略可以在保持换流站母线电压在安全运行范围内的前提下,实现电网运行的安全性和经济性的协调。

关键词：新能源集群孤岛系统柔直换流站电压控制

适应于柔性直流送出的新能源集群无功优化控制技术研究

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适应于柔性直流送出的新能源集群无功优化控制技术研究

作者：尹胜利华北电力大学

学位级别：硕士

新能源发电具有间歇性、波动性等特点,大规模新能源集群并网为无功平衡和电压调整带来困难。与交流传输技术或传统直流输电技术相比,柔性直流输电技术在新能源发电并网领域具有明显技术优势,应用前景非常广阔。因此,对适应于柔性直流送... 详细信息

新能源发电具有间歇性、波动性等特点,大规模新能源集群并网为无功平衡和电压调整带来困难。与交流传输技术或传统直流输电技术相比,柔性直流输电技术在新能源发电并网领域具有明显技术优势,应用前景非常广阔。因此,对适应于柔性直流送出的新能源集群无功优化控制技术进行研究具有重要意义。首先,本文对新能源集群接入柔直电网的稳态运行特性展开研究。基于一个单端的模块化多电平换流器的高压直流输电系统(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC),研究换流站稳态运行范围的计算方法,获得柔直交流电压参考值和联结变压器抽头档位对换流站稳态运行范围的影响规律及作用机理。借助PV曲线分析新能源集群接入柔直电网时的静态电压稳定性,通过对不同工况下等效新能源集群并网点处静态电压稳定极限的计算,探究换流站调节能力约束对PV曲线的影响,进而提出增大系统可行PV运行范围的方法。其次,本文对新能源集群接入柔直电网的有功/无功暂态调节特性展开研究。采用将新能源场站呈辐射状汇集到各汇集站后集中接入换流站的拓扑结构,在DIgSILENT中建立新能源集群孤网接入柔直电网的仿真模型。通过对所建模型的暂态仿真,分析送端换流站的交流电压控制能力、受端换流站的直流电压控制能力及送端换流站的调节能力。最后,基于对上述特性的分析,研究孤网接入柔直电网的新能源集群多目标无功优化问题。以系统网络损耗和新能源集群无功裕度为优化指标,以正常工况下交流系统约束和VSC-HVDC系统约束为约束条件,建立孤网接入柔直电网的新能源集群多目标无功优化模型。采用加权法为优化指标选择权重系数,将多目标优化模型转化为单目标优化模型。针对具体算例,使用粒子群优化算法,求解得到无功优化问题的最优解。

关键词：柔性直流输电技术新能源集群稳态运行特性暂态调节特性无功优化控制

考虑新能源集群孤网接入的柔直换流站稳态运行区间研究

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华北电力技术 2017年第6期 8-13页

作者：刘莹吴林林徐曼王泽忠华北电力大学电气与电子工程学院北京102206 国网冀北电力有限公司电力科学研究院(华北电力科学研究院有限责任公司) 北京100045

大规模弱抗扰新能源孤网接入柔性直流输电系统(Voltage Source Converter Based High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)时,换流站稳态运行范围需考虑新能源集群安全运行的要求。基于新能源集群与送端换流站等值系统,研究了考虑新能源... 详细信息

大规模弱抗扰新能源孤网接入柔性直流输电系统(Voltage Source Converter Based High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)时,换流站稳态运行范围需考虑新能源集群安全运行的要求。基于新能源集群与送端换流站等值系统,研究了考虑新能源集群孤网接入的柔直电网换流站稳态运行区间约束条件,分析了联结变压器分接头位置、柔直交流电压设定值、新能源集群与柔直送端换流站等效距离的阻抗特性对稳态运行区间的影响,为新能源-柔直孤网系统的换流站稳定运行范围确定提供了可行方法。计算结果表明,当调节联结变压器分接头时,换流站稳态运行区间随分接头上移而向下移动;当改变柔直交流电压参考值时,稳态运行范围随着参考电压升高而向下移动;当改变等效线路阻抗特性,电气距离增加运行范围缩小,阻抗比减小,输送大功率时运行范围变大。

关键词：新能源集群孤网运行方式柔直系统稳态运行区间约束条件

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新能源发电集群的改进等效短路比计算方法

电力系统自动化 2021年第22期45卷 74-82页

作者：朱凌志曲立楠刘纯陈宁中国电力科学研究院有限公司(南京) 江苏省南京市210003 新能源与储能运行控制国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京市100192

短路比是衡量电源接入点并网强度的重要指标,低短路比并网的新能源电站发生振荡、电压失稳等问题的风险较高。文中首先针对新能源集群并网的场景,分析了常用的加权短路比、复合短路比以及等效短路比等计算方法的适用性及其不足,提出了... 详细信息

短路比是衡量电源接入点并网强度的重要指标,低短路比并网的新能源电站发生振荡、电压失稳等问题的风险较高。文中首先针对新能源集群并网的场景,分析了常用的加权短路比、复合短路比以及等效短路比等计算方法的适用性及其不足,提出了一种考虑新能源无功出力、静止无功发生器、阻抗角以及初始相位角的改进的新能源集群等效短路比计算方法。然后,基于简单网络证明了所提计算方法与常规短路比的相互关系,分析了无功补偿方式对等效短路比的影响。最后,结合典型算例和实际新能源基地经特高压直流送出工程,开展了基于改进等效短路比的电网强度评估应用研究,并进一步分析了分布式调相机对于加强新能源电站并网点强度的作用。

关键词：新能源集群电网强度短路比弱电网宽频带稳定

基于连锁电压形态辨识的大规模新能源外送系统单相故障性质识别方法

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中国电机工程学报 2024年

作者：李振兴朱益安喆翁汉琍李振华王秋杰谭洪新能源微电网湖北省协同创新中心(三峡大学) 三峡大学电气与新能源学院

针对传统故障性质识别方案难以适应大规模外送系统电源侧新能源集群接入的问题，提出一种基于连锁电压形态辨识的故障性质识别方法。首先明确非全相运行的电压特性以及新能源电源谐波馈出机理；关注新能源谐波作用下的电压波形总体特征... 详细信息

针对传统故障性质识别方案难以适应大规模外送系统电源侧新能源集群接入的问题，提出一种基于连锁电压形态辨识的故障性质识别方法。首先明确非全相运行的电压特性以及新能源电源谐波馈出机理；关注新能源谐波作用下的电压波形总体特征，发现在瞬时性故障熄弧前后，线路单端电压存在显著的固有形态差异，而永久性故障的电压形态差异极小；通过论证选取特征形态基准，连续扫描并计算电压差积分有效值，稳定表征电压形态差异，最终构建基于自适应阈值的故障性质识别方法。基于PSCAD的仿真验证表明，该方法不限制线路并联电抗器的配置情况，可靠性高，具备良好的抗噪能力，且不受故障位置、过渡电阻和新能源渗透率的影响，能够在电源侧新能源集群接入时实现故障性质的准确识别。

关键词：新能源集群故障性质识别熄弧时刻线路端电压形态辨识