论文部分内容阅读
风能固有的间歇性、波动性和随机性等特点导致风电大规模远距离单独外送会对系统的安全稳定运行带来很大的风险。采用大规模风电与近区火电配合,经特高压交直流联合外送(System Involving Wind Power Transmission by UHVDC/UHVAC,WIND-UHVDC/AC),在满足送受端系统安全稳定运行要求的基础上,提升了电能外送通道的利用率,是符合我国国情的大规模风电基地电能外送的优选方案。WIND-UHVDC/AC系统中风电和直流容量巨大,系统故障会对送端电网和风电场的安全稳定运行带来严峻的挑战,因此有必要对WINDUHVDC/AC送端系统暂态稳定特性进行深入的研究。本文围绕风电接入比例、风电与直流恢复速率交互作用、直流闭锁后送端紧急切机量求解算法和直流换相失败协调抑制策略等方面展开研究,主要研究内容及成果包括:(1)建立了WIND-UHVDC/AC系统模型;基于风电和特高压直流暂态功率特性,从数学上推导了送端系统同步机电磁功率方程;基于等面积准则分别分析了交流短路故障和直流闭锁时风电接入比例变化对送端暂态功角稳定的影响,给出了交直流故障后使系统功角稳定最优的风电接入比例,并分析了交流外送线路电抗、直流输送容量等参数变化对最优风电接入比例的影响。最优风电接入比例的分析对WIND-UHVDC/AC系统的规划建设具有指导和借鉴作用。(2)分别分析了短路故障清除后风电和直流有功恢复速率对送端暂态功角稳定的影响机理,并分析了送端同步机等值内阻变化的影响;在考虑直流换流站无功消耗对同步机电磁功率特性影响的基础上,进一步深入分析了风电和直流有功恢复速率的交互作用对送端系统暂态功角稳定的影响机理,得出了不同送端同步机等值内阻下,短路故障清除后使送端暂态功角稳定性最优的风电和直流有功恢复速率组合。该机理分析研究能够为WIND-UHVDC/AC系统故障恢复策略的制定提供理论支持。(3)分析了特高压直流闭锁和滤波器动作特性对送端系统和交流外送线路暂态电压特性的影响;并分析了直流闭锁后滤波器动作特性和风电机组切除对送端同步机电磁功率特性的影响机理;基于以上分析,提出了考虑滤波器切除量的直流闭锁后送端风电和火电协调的紧急切机量离线求解算法,通过优化滤波器的切除量和风火电机组切除顺序,减少直流闭锁后维持送端暂态稳定所需的风电和火电切机总量,可为实际工程中直流闭锁后紧急切机控制提供参考。(4)建立了分层接入特高压直流系统电磁暂态模型;分析了受端交流系统故障后逆变侧故障层和非故障层换流器换相失败的主导因素,以及换相失败期间逆变侧换流器和受端交流系统的无功交换特性;在分析了直流连续换相失败对送端系统暂态过电压和功角稳定影响机理的基础上,提出了一种提升送端系统暂态稳定性的分层接入特高压直流系统连续换相失败协调抑制策略,有效抑制了直流连续换相失败的发生,并降低了换相失败期间送端暂态过电压和暂态冲击能量。所提控制策略能够显著提升特高压直流换相失败后WIND-UHVDC/AC送端电网和风电场的运行稳定性,为实际工程换相失败抑制策略的制定提供了参考。本文通过对风电接入比例、风电和直流功率恢复特性交互作用、直流闭锁和换相失败对送端系统暂态稳定影响机理的研究,为大规模风电特高压交直流外送系统的规划建设和运行调度提供了理论参考,对系统控制策略的制定提供了新的思路。