交直流混合电网的电压稳定性尤为重要，同时也是交直流电网运行最为关注的问题，这是由直流换流器的工作方式决定的。因此，还需要注意当直流系统发生故障时，交直流系统间的相互影响和交流系统暂态电压升高问题。若采取故障后切除过剩电容器控制，有利于缓解暂态电压冲击和电压恢复。......
2023-06-29
系统故障后交直流混合电网功角特性优化方案
【摘要】：电网的功角特性曲线表示同步发电机向系统输送的有功功率随时间变化的关系曲线。直流输电系统在向交流系统输送有功功率，并且有功功率的改变可影响与直流系统相连的交流系统中发电机的功角。当交流系统发生三相对称故障，交流电压会有不同严重程度的下降。
功角特性是同步发电机的基本特性之一。电网的功角特性曲线表示同步发电机向系统输送的有功功率随时间变化的关系曲线。功角有两重含义：一是表示发电机内电势和参考母线电压这两个向量之间的相位角差；二是表示产生发电机电势的主磁极磁势与参考电压定子合成磁势之间的空间相位角，表征机电能量转换的过程[2]。
功角稳定是指互联电网中的同步发电机受到扰动后保持同步运行的能力[3]。功角失稳的原因可能由同步转矩或阻尼转矩不足引起，同步转矩不足会导致非周期性失稳，而阻尼转矩不足会导致振荡失稳[4]。
发电机转子运动方程可以描述能量转换过程中由于能量不平衡导致的转子运动特性[5]：
当电力系统遭受扰动后，使得系统的功率分布发生了变化，这种变化通过电网络传导到发电机的根节点，在发电机转轴上产生不平衡转矩，导致转子加速或减速。这样，不同发电机转子之间产生相对运动，而转子之间相对角度的变化又反过来影响各发电机的输出功率，从而使各个发电机的功率、转速和转子之间的相对角度继续发生变化[6]，导致一些电气量如发电机输出功率、定子电流和电压发生摆动，严重情况下使得一些发电机和负荷被迫切除，甚至导致系统的解列或瓦解。
交直流混合电网同样存在功角稳定问题，虽然直流系统本身并不受系统转动惯量的影响，其运行主要依赖于直流控制系统。但从前面章节的介绍可以知道，交直流混合电网中，直流系统和交流系统存在较强的相互作用，这种相互作用和直流故障、交流故障耦合在一起，同样存在较为严重的功角稳定问题[7]。高压输电系统接入电网后与网中的机组间同样存在发电机转子间机械运动和电磁功率变化[8]。
直流输电系统在向交流系统输送有功功率，并且有功功率的改变可影响与直流系统相连的交流系统中发电机的功角。交直流系统间存在的复杂相互作用，主要通过各交流换流母线处有功与无功功率的平衡以及各直流子系统交流换流母线的电压来体现。
当交流系统发生三相对称故障，交流电压会有不同严重程度的下降。如果故障时交流电压下降的过程中，恒定关断角的调节装置能够保持关断角不变，一般不会发生换相失败。如果系统瞬间低电压严重，通常下降至额定电压的60%～70%时，逆变器就可能发生换相失败。若此时直流输电系统的控制措施有效，尚可维持直流系统运行。
交流系统中的故障切除后，直流系统开始恢复，伴随其有功和无功消耗的改变，有可能引起换流母线交流电压的波动。与直流系统互联的交流系统的强弱对交直流混合系统尤为重要。直流系统换相失败会对交流系统产生很大的瞬时有功功率冲击，如果直流互联的交流系统足够坚强，稳定裕度较高时，可以有足够的能力承受因直流系统换相失败而造成的直流有功功率的瞬时大量减少的冲击。故障过程中交流电压的波动可引起直流电流的波动，而由于直流控制器的作用，直流系统逆变侧向交流系统输送的有功和吸收的无功也发生波动，它们反过来又进一步影响了直流系统换流母线交流电压的波动。这种相互作用和影响有可能导致后继换相失败[9]。
若交流系统故障未及时切除，或故障切除后因系统电压仍维持在较低的水平，则经过一段时间后因换相失败的持续存在而发生直流闭锁，一旦发生直流闭锁，交流系统将失去大量电源或负荷，系统发生潮流大范围转移，甚至系统崩溃。
关于交直流系统交互影响的机理以及可能产生的问题如图6.1所示[1，4，9-11]。
图6.1 交直流系统交互影响的机理以及可能产生的问题
各种故障切除时间如表6.1所示。
表6.1 各种故障切除时间 单位：s
续表
根据电力系统安全稳定导则、电力系统技术导则、电力系统设计技术规程、电力系统暂态稳定计算暂行规定等规程规定，稳定计算采用的准则如下[11]：
（1）单回500 kV交流线路，单相瞬时接地故障，无稳定措施，保持系统稳定。
（2）多回或环网500 kV交流线路，单相永久接地故障，无稳定措施，保持系统稳定。
（3）同级电压的双回或多回线和环网，任一回线三相永久接地故障，无稳定措施，保持系统稳定。
（4）直流输电线路单极故障，无稳定措施，保持系统稳定。
（5）任一台大容量发电机组失磁或跳闸，不应引起系统稳定破坏。
（6）同杆并架双回线的异名两相同时发生单相接地故障，应能保持系统稳定运行，必要时允许采取切机和切负荷等稳定控制措施。
电力系统稳定包括功角稳定、电压稳定和频率稳定三个方面。模拟计算时，若三者都稳定，则系统是稳定的；若有一个不稳定，则认为系统是不稳定的。
1）电压稳定
当枢纽母线电压低于0.75 p.u.且持续时间在0.8 s以内时，电压稳定；当枢纽母线电压低于0.75 p.u.且持续时间在0.8～1.0 s范围内时，电压处于临界稳定状态；当枢纽母线电压低于0.75 p.u.且持续时间1.0 s以上时，电压不稳定。
2）频率稳定
在采取切机、切负荷措施后，不发生系统频率崩溃，且能够恢复到正常范围及不影响大机组的安全运行。
3）功角稳定
系统故障后，在同一交流系统中的任意两台机组相对角度摇摆曲线呈同步减幅振荡，不超过180°，不同系统的最大相对角不超过360°。
如果电网直流发生单极闭锁或双极闭锁，送端电网均会失去大量负荷，产生电源过剩，从而引发较为剧烈的功率振荡和发电机功角摆动。在这个过程中，伴随着频率变化和电压的变化。本小节仅从功角的角度来分析直流发生闭锁后电网的故障特性，有关电压和频率问题，在后面的章节中会继续研究分析，本小节重点关注的是电网直流闭锁后，电网地区机组间的功角行为特性。
以由特高压直流和交流电网组成的交直流混合送端电网为例仿真计算进行说明。仿真中选择详细模拟发电机组Ed和Eq变化的模型，考虑调压及调速系统，并计及机械阻尼转矩系数。负荷模型采用感应电动机以及恒阻抗模型。按两种模式对比研究功角特性：
（1）电网直流分别输送10 000 MW、8 000 MW、6 000 MW条件下，冬季大负荷，发生双极闭锁故障，电网典型机组功角特性。
（2）电网直流输送10 000 MW，负荷分别采用冬季大负荷、冬季腰荷和冬季小负荷，发生双极闭锁故障，电网典型机组功角特性。
过程中暂不考虑切除机组措施，换流站电容器组在故障后0.5 s一次性投切，计算结果如图6.2和图6.3所示。
经仿真计算，某电网直流双极闭锁后，电网重要机组的功角摇摆曲线如能够保持一致，典型大机组将发生功角摇摆，最大功角差为20°。计算结果表明，直流系统故障对交流系统影响较大，发电机功角发生较大振动。对于处在直流送端或受端的机群而言，相互之间功角虽然维持同步稳定，但还要综合考虑电压和频率等问题，送端交流系统或受端交流系统的频率稳定和电压稳定也是关键问题。
图6.2 某电网直流双极闭锁，冬季大负荷，在不同直流输送容量下，电网典型机组的功角特性曲线
图6.3 某电网直流双极闭锁，在冬大负荷、冬腰负荷和冬小负荷下，电网典型机组的功角特性曲线
有关交直流混合电网计算分析方法的文章
- 详细阅读
-
交直流电网机电-电磁暂态混合仿真优化方案详细阅读
通过前面机电-电磁暂态混合仿真的理论分析，为保证仿真结果的准确性、仿真速度、效率以及精度，尽量降低电磁暂态子网的规模及数量，需要按照分网规则对混合仿真模型进行手工或者自动分网，并且选择合理的接口位置。电磁暂态子网部分的计算由电磁暂态模型完成并通过机电暂态接口与机电暂态子网进行机电暂态计算数据的实时交互，从而完成机电-电磁暂态混合仿真。......
2023-06-29
-
交直流混合电网调速系统参数辨识方法优化详细阅读
此处仅把实际工程中，实际电网系统经辨识后采用改进方案对未实测的3类机组调速系统的参数进行多次辨识，选择其中最好的一组作为最后辨识的结果，所获得的3类调速器参数值如表7.1所示，供读者参考。表7.1电网调速器系统3类辨识参数......
2023-06-29
-
交直流混合输电系统潮流计算优化方案详细阅读
交直流混合系统潮流计算的方法基本上是纯交流系统潮流计算方法的推广，主要有统一迭代法和交替迭代法。由于附加的直流功率项与交流节点参数无关，纯交流系统潮流计算对应部分方程的雅可比矩阵的子矩阵H、N、J和L没有发生变化。有关交直流混合系统功率法方程和矩阵形式，在后续的多端直流潮流计算中还将详细介绍。......
2023-06-29
-
交直流混合电网无功控制基本思想详细阅读
由于是无功和电压问题的稳态分析，在研究中，把直流系统等值为无功可调的负荷节点。令CV=-LDD-1LDG，CQ=LDD-1，则有式中，ΔU为各无功电压控制设备的电压控制变化量；CVΔUG代表无功控制对节点电压的影响；CQΔQD代表无功扰动引起的节点电压变化。若假设节点电压在系统无功调整变化前处于待调整状态，电压控制的任务就是在系统正常运行或发生扰动时使观测节点的电压偏差尽可能小，以维持区域电压接近优化水平。......
2023-06-29
-
优化交直流电网电压的目标详细阅读
高压交直流混合电网的电压控制策略可以表示为如下的优化问题，目标函数是一个多变量二次函数。目标函数综合考虑1 000 kV节点电压水平、500 kV节点电压水平、与直流系统相关联的交流节点电压水平、1 000 kV和500 kV网架无功交换容量、系统的发电机无功储备等。......
2023-06-29
-
扫描混合特征的应用优化方案详细阅读
图4.3.45 创建基准曲线3图4.3.46 截面草图Step7.创建扫描混合特征。创建图4.3.47所示的扫描混合特征，相关操作如下：选择下拉菜单命令，系统弹出图4.3.48所示的“扫描混合”操控板，在操控板中按下“实体”类型按钮。图4.3.47 创建扫描混合特征图4.3.48 “扫描混合”操控板定义扫描轨迹。②在系统的提示下，单击图4.3.51中的圆弧。图4.3.52 “链”对话框图4.3.53 选择起始点定义第二个混合截面。图4.3.58 抽壳特征Step10.创建图4.3.59所示的PNT1基准点。......
2023-06-20
-
高压直流输电技术优化方案详细阅读
图2.48高压直流输电系统换流站的结构图1）换流器换流器完成交-直和直-交的变换，它是直流输电系统最关键的设备，由阀桥和有抽头切换器的换流变压器构成。2）直流平波电抗器高压直流输电系统中的直流平波电抗器具有高达1 H 的电感，在每个换流站与每极串联。6）接地电极大多数高压直流输电系统的设计采用大地作为系统的中性导线。这是限制高压直流输电应用的最主要原因。远距离大容量的海底电缆送电一般采用高压直流输电。......
2023-06-23
相关推荐