摘要：高压直流输电已经成为我国电网大区互联和区域间功率交换的主要方式。截至2016年10月,国家电网和南方电网在...高压直流输电已经成为我国电网大区互联和区域间功率交换的主要方式。截至2016年10月,国家电网和南方电网在运行的高压直流输电线路已达26回。在交直流混联电网中,严重交流短路或直流闭锁等故障引起的暂态功角失稳问题仍然是影响系统安全稳定和限制输电能力的主要约束。直流输电系统输送功率大,且具有快速的有功调节能力和一定的短时过载能力。这些特性使得直流系统附加暂态功率控制成为改善交直流电网暂态稳定水平的一种新的有效控制手段。论文围绕改善电网暂态稳定性的直流大功率调制控制策略开展理论和应用研究,系统研究了直流功率控制影响交直流电网暂态功率平衡的作用机理、直流暂态稳定控制策略及其适应性、多直流暂态稳定控制的协调以及南方电网实际直流稳定控制策略的设计和实现等问题,主要工作如下:(1)基于扩展等面积理论(extend equal area criterion,EEAC)将确定失稳模式下的交直流多机系统等值为单机无穷大系统(one-machine-infinite-bus,OMIB),在此基础上应用等面积定则详细分析了直流功率附加控制对电网暂态功角稳定性的作用机理。基于Bang-Bang控制设计了直流暂态稳定控制策略(Bang-Bang-type transient stability control,简称BTSC)。详细分析了BTSC控制策略中低压闭锁环节、功率调制限幅、功率调制速率、小信号复归阈值等关键参数的设计原则。在单直流两区域系统算例中验证和分析了BTSC改善系统暂态功角稳定的控制性能。(2)面向多机多区域交直流大电网,分析了直流功率变化对同步发电机动态功率平衡的影响机理,引入了直流功率作用系数实现对直流稳定控制的广域输入信号裁剪,并分析了直流功率作用系数的解析表达式及其特性。在此基础上,以加速耗散系统暂态能量为原则提出了改进的直流暂态稳定控制策略(energy function based transient stability control,简称ETSC)。以三区域单直流系统为测试算例,分析了直流功率作用系数的特性和反馈信号综合方式的影响,验证了ETSC对于故障地点改变引起的不同功角振荡模式的适应性。(3)针对多直流多区域互联电网的直流稳定控制协同需求,提出了一种规范化的多区域多直流互联系统描述方法。在此基础上,分析了交直流互联拓扑结构下多直流暂态稳定控制对不同失稳模式的影响,在ETSC基础上提出了多直流协调原则和协调型ETSC(coordinated ETSC,简称CETSC)。CETSC针对不同的互联拓扑模式和直流控制范围,分别从直流控制输入信号集成和直流控制能力优化两方向进行了多直流控制特性的协调。分别以两直流三区域系统和三直流四区域系统为例分析了不同直流互联拓扑下CETSC的控制效果。(4)以中国南方电网为应用对象,完成了楚穗直流、贵广I直流、贵广II直流、天广直流等四回直流系统的CETSC控制策略研究和设计,包括四回直流的功率作用系数分析、关键控制参数设计等。在包含详细直流控制保护模型的南方电网PSCAD/EMTDC仿真平台上进行了直流CETSC性能的测试和适应性分析。在此基础上,与南方电网科学研究院及北京四方继保自动化股份有限公司合作完成了控制样机的研制。在南方电网仿真重点实验室的RTDS(real time digital system)平台进行了样机功能和动态性能试验,结果表明所研制的直流暂态稳定控制系统能有效改善南方电网交直流并联运行的暂态稳定性,增大交流断面输电能力。论文研究工作和成果对于推动直流暂态稳定控制的工程应用,提高交直流电网稳定水平,增强系统输电能力具有较强的参考价值。更多还原显示全部
