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多馈入直流输电系统换相失败风险评估与控制研究

卢奕  
【摘要】:我国能源资源与负荷中心呈现出明显的逆向分布特性,为实现能源的大范围优化配置,多馈入直流系统规模骤增。随着直流输电系统传输功率增加,交直流混联系统运行状态趋近于极限,电网某处故障可能引发直流换相失败,一旦多直流换相失败造成其传输功率中断将导致潮流转移继而引起大面积失负荷、解列等严重威胁电力系统安全运行的连锁故障。现有直流系统换相失败风险量化评估方法对多馈入直流系统各元件动态特性以及受端系统运行方式过分简化,而数字仿真分析法则过于费时;现有直流系统换相失败抑制方法分别从交流无功补偿和直流控制系统保护策略两方面开展研究,缺少综合各自优点的协同控制方法。针对多馈入直流系统换相失败问题的严峻性以及目前直流系统换相失败评估和抑制方法的局限性,研究多直流馈入受端系统无功电压特性和直流系统换相失败机理,设计考虑元件无功电压特性和直流受端系统运行方式的多馈入直流系统同时换相失败评估方法和受端系统换相失败边界划分方法,并针对性提出考虑多资源协同的直流系统连续换相失败抑制策略,对于多馈入直流系统的合理规划与大电网安全稳定控制具有重要理论参考和工程实践意义。本文主要研究内容如下:1)提出一种考虑多馈入直流系统无功电压特性的同时换相失败风险评估方法。从多馈入直流系统交互作用机理出发,考虑换流站静态和动态无功补偿装置的无功电压特性以及直流系统不同控制方式下各元件无功电压交互作用,推导得到多馈入交互作用因子计算公式。根据换相失败本质为晶闸管熄弧角不足,定义换相失败评估因子。基于多馈入交互作用因子和换相失败评估因子,提出考虑多馈入直流系统无功电压特性的同时换相失败风险评估方法。以山东电网多馈入直流系统为例,对所提考虑多馈入直流系统无功电压特性的同时换相失败风险评估方法的准确性和有效性进行仿真分析,并对直流换流站加装同步调相机后多馈入直流系统交互作用因子和同时换相失败风险的变化进行分析。2)提出一种基于扩展雅克比矩阵的多直流馈入受端系统换相失败边界划分方法。基于多馈入交互作用因子提出交直流交互作用因子的定义,并考虑多馈入直流系统各元件无功电压特性和受端系统运行方式提出其基于扩展雅克比矩阵的计算方法。针对所提计算方法与基于阻抗比的计算方法对应各自特点以及适用场景比较分析。根据换相失败评估因子提出分级换相失败评估因子,并通过该评估因子与交直流交互作用因子实现受端系统交流母线故障导致直流系统换相失败风险等级划分。以不同运行方式下的山东电网为例,仿真分析本文所提基于扩展雅克比矩阵的交直流交互作用因子计算方法的准确性和基于扩展雅克比矩阵的多直流馈入受端系统换相失败边界划分方法的有效性。3)提出一种考虑多资源协同的直流连续换相失败紧急控制方法。针对直流系统连续换相失败控制问题,在分析连续换相失败过程、机理和影响因素的基础上,提出一种同步调相机强励和直流功率速降相协同的连续换相失败紧急控制方法。充分利用同步调相机无功电压特性,提出以同步调相机自发无功响应与强励控制为基础的同步调相机紧急控制策略;针对同步调相机响应时间过长的不足,采用直流功率速降紧急控制策略予以弥补,两种方法相协同组成抑制直流连续换相失败的紧急控制方法。通过山东特高压直流输电系统验证所提直流连续换相失败紧急控制方法在减弱直流落点电压波动、抑制连续换相失败的有效性。


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