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强直流扰动冲击下弱送端电网安全稳定特性及防控研究

袁森  
【摘要】:近年来一系列大容量特高压/高压直流逐步投运,我国电网目前已形成全国性区域互联电力系统,电网建设过渡期,直流系统的送端呈现出“强直弱交”的网架格局。直流系统发生故障扰动时,弱送端电网存在威胁交直流互联电网稳定运行的场景。故应深入研究强直流扰动冲击下弱送端电网可能存在的安全稳定问题。本文采用目标年西北特高压交直流互联电网典型数据,基于PSD仿真软件,针对强直流扰动冲击下弱送端安全稳定特性及防控措施展开相关研究。根据弱送端网架格局特征,研究揭示了强直流故障冲击送端弱交流通道的功角失稳机理,分析了实际电网强直流广域冲击弱送端电网特性与风险。基于扩展等面积准则(EEAC)原理,从交直流输电方向的耦合性入手,研究直流闭锁、换相失败等典型故障扰动下对送端弱交流通道的广域冲击的功角失稳机理,仿真分析了单直流闭锁、换相失败以及多直流同时闭锁、换相失败的冲击特性与风险,研究揭示了弱交流通道、故障直流不同输电方式耦合特性与风险。研究提出了应对直流故障广域冲击弱送端电网的多资源协调控制策略。针对直流换相失败故障冲击,提出达到可承受的最大换相失败次数后主动闭锁直流的紧急控制策略,将直流换相失败的防控转化直流闭锁的防控。对于直流闭锁故障冲击弱送端电网的暂态失稳问题,梳理分析多种安控资源,包括多直流调制及切风电等,建立多资源协控优化模型,计及网络安全约束和西北电网实际确定了多资源的安控量,启发式确定了参与协控的多资源动作顺序。仿真结果表明基于该多资源控制策略,在提升系统稳定性的同时可有效降低控制代价。研究分析了输送大规模新能源的特高压直流换相失败故障导致的弱送端局部暂态压升及引发新能源脱网的特性。从直流换相失败期间功率的波动及与弱送端交流电网的耦合出发,推导得出引发机组暂态电压升高的定性公式,探究故障引发新能源脱网的相关规律特性,并总结主要影响因素。提出了减缓特高压直流换相失败引发的弱送端暂态压升及新能源大规模脱网问题的多措施防控策略。从引发暂态压升的主要影响因素出发,提出直流增配常规火电机组、直流整流站配置调相机、新能源配置动态无功补偿装置等多措施,在此基础上,进一步优化调整新能源机组的高压穿越能力。实际系统仿真验证了多措施防控策略减缓暂态压升、风电高压脱网问题的有效性。


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