電氣工程

基于光伏并網(wǎng)的電能質(zhì)量控制系統(tǒng)

王曉，羅安，鄧才波，等

摘要：目的：光伏發(fā)電技術(shù)在國外已經(jīng)得到深入研究和推廣，在國內(nèi)也基本成熟，已經(jīng)進入推廣應(yīng)用階段。由于太陽光的日夜變化，目前光伏發(fā)電裝置只在白天工作，晚上離網(wǎng)，這也就影響了設(shè)備的利用率，并且在頻繁投切時對電網(wǎng)的穩(wěn)定性會造成影響。電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器能補償電網(wǎng)所需的無功電流及各次諧波，而光伏發(fā)電系統(tǒng)只提供有功電流，二者在結(jié)構(gòu)和控制上具有很多相似之處，所以理論上可以在電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器基礎(chǔ)上實現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電。為此，本文結(jié)合微網(wǎng)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)與電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的特點，對其控制策略和控制方法進行了研究。方法：考慮到微網(wǎng)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)和電能質(zhì)量調(diào)節(jié) 器的特點，對其統(tǒng)一控制策略和方法進行了研究，提 出了一種既能夠并網(wǎng)發(fā)電，又能實現(xiàn)無功補償和濾除 電網(wǎng)諧波電流的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量控制系統(tǒng)（micro photovoltaic grid and power quality control system，MPG- PQC）結(jié)構(gòu)。首先介紹了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理，構(gòu)建了該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；然后提出了適用于該系統(tǒng)的無差拍復(fù)合控制策略，重點分析了該控制策略下調(diào)制脈寬的理論計算，給出了復(fù)合指令的求取方法；最后，搭建了仿真模型和實驗平臺，給出了該系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方案。結(jié)果：在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面，MPG-PQC 系統(tǒng)將光伏陣列吸收的太陽能輸入至Boost 升壓變換器，再通過電壓型逆變器進行輸出，無需為實現(xiàn)諧波和無功補償功能額外增加主電路，在控制中加入諧波與無功檢測環(huán)節(jié)即可。在控制策略方面，采用無差拍復(fù)合控制方法，主要包括指令信號計算和無差拍電流跟蹤控制。指令信號計算將有功電流（光伏并網(wǎng)能量輸出、穩(wěn)定直流側(cè)電壓的能量交換）、無功電流、諧波電流統(tǒng)一起來，形成復(fù)合控制電流指令；無差拍電流跟蹤控制使系統(tǒng)實現(xiàn)對指令電流快速無差跟蹤，包含抗干擾的前饋校正，易于工程應(yīng)用的比例系數(shù)調(diào)節(jié)校正。從仿真及試驗結(jié)果可以看出，投入MPG-PQC 系統(tǒng)后，該處電流諧波總畸變率降為7.3%，并且5、7、11、13 次諧波電流含有率分別從8.2%，7.3%，5.1%，4.1%降到了0.9%，0.7%，0.4%，0.2%，各次諧波均得到了很好的治理，MPG-PQC 系統(tǒng)承擔(dān)了部分負荷有功消耗，從而使得電網(wǎng)公共連接點處電流減小。該系統(tǒng)同時實現(xiàn)了光伏并網(wǎng)發(fā)電和電能質(zhì)量控制雙重效果。結(jié)論：（1）文中通過對電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器硬件結(jié)構(gòu)和控制方法的改進，同時實現(xiàn)了電能質(zhì)量調(diào)節(jié)和光伏并網(wǎng)的功能，使硬件平臺得到了充分地利用。（2）無差拍復(fù)合控制方法利用MPG-PQC 系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，計算得到逆變器下一個工作周期開關(guān)信號的控制量，因此能根據(jù)外部環(huán)境變換及時調(diào)整逆變器的輸出電壓和電流。實驗證明該控制方法正確，并使系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠、性能良好。（3）MPG-PQC 系統(tǒng)不僅能使電網(wǎng)電流呈現(xiàn)較好的正弦特性，而且還能實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)出有功電流，具有市場應(yīng)用前景及工程

來源出版物：電網(wǎng)技術(shù),2012,36(4): 68-73

入選年份：2017

2011年9月8日美墨大停電事故的分析 及其對我國電力調(diào)度運行管理的啟示

毛安家，張戈力，呂躍春，高軍

摘要：目的：電力系統(tǒng)具有廣域分布式特點，其較強的非線性決定了系統(tǒng)運行規(guī)律具有一定的復(fù)雜性，因此，通過分析對比系統(tǒng)過去運行狀態(tài)有助于更好地把握系統(tǒng)未來運行狀態(tài)，尤其是過去的事故處理經(jīng)驗，對提升系統(tǒng)運行可靠性具有舉足輕重的作用。2011年9月8日美墨大停電發(fā)生在美國加州電網(wǎng)，該電網(wǎng)主要輸電電壓等級為500 kV 和230 kV，總調(diào)度裝機容量為57 GW，電網(wǎng)存在薄弱環(huán)節(jié)，物理結(jié)構(gòu)上和我國某些省級電網(wǎng)相似，分析其運行經(jīng)驗對我國電網(wǎng)可靠運行具有一定的借鑒意義。論文主要從調(diào)度運行與管理視角出發(fā)，通過介紹南加州電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點、存在缺陷、事故前狀態(tài)、事故起因、事故發(fā)展和處理過程、事故造成的影響，重點剖析了該次事故發(fā)生的根本原因，包括：用電負荷高、電網(wǎng)安全裕度低、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱、調(diào)度協(xié)調(diào)能力弱、調(diào)度監(jiān)控力量不足等，并以此為契機，對我國電網(wǎng)調(diào)度管理提出了相應(yīng)建議，以減少大停電事故發(fā)生的概率，降低大停電事故的影響，提高電網(wǎng)運行的可靠性。方法：論文以官方發(fā)布信息為基礎(chǔ)，首先介紹了目標(biāo)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點、負荷分布情況、運營模式以及電網(wǎng)固有缺陷，在此基礎(chǔ)上闡述了此次事故的起因、發(fā)展經(jīng)過、處理過程及其造成的影響，深入剖析了造成該次大停電事故的內(nèi)在及外在因素，其中，內(nèi)在因素包括目標(biāo)電網(wǎng)先天不足，包括電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)不合理、存在薄弱環(huán)節(jié)等，外在因素包括夏季負荷高企，聯(lián)合調(diào)度存在信息溝通不暢、事故處理不及時、調(diào)度監(jiān)控能力不強等。結(jié)合我國電網(wǎng)發(fā)展及電力調(diào)度特點，對我國電力調(diào)度提出了包括保留足夠本地電源、保證輸電系統(tǒng)N-1 安全標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)揮統(tǒng)一調(diào)度優(yōu)勢及加強關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)控等方面的電網(wǎng)調(diào)度與運行建議。結(jié)果：通過對目標(biāo)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點和薄弱環(huán)節(jié)進行分析，結(jié)合大停電事故發(fā)生的起因、經(jīng)過和結(jié)果，得出了2011年9月8日美墨大停電的主要原因既有電網(wǎng)自身的原因，也有電網(wǎng)調(diào)度管理方面的原因，其中，前者包括：夏季用電負荷高，電源結(jié)構(gòu)不合理，電網(wǎng)聯(lián)系薄弱，電網(wǎng)可靠性不高等。后者包括：聯(lián)合調(diào)度模式下信息溝通不暢，事故協(xié)調(diào)處理能力弱，調(diào)度機構(gòu)對系統(tǒng)監(jiān)控管理能力不強等。結(jié)合我國電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀和調(diào)度特點，論文從調(diào)度運行視角出發(fā)，對我國電力調(diào)度提出了包括保留足夠本地電源、保證輸電系統(tǒng)N-1 安全標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)揮統(tǒng)一調(diào)度優(yōu)勢及加強關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)控等方面的意見和建議。結(jié)論：電力系統(tǒng)一旦發(fā)生大停電事故，將會造成巨大的經(jīng)濟損失和不良的社會影響。論文通過剖析2011年9月8日美墨大停電發(fā)生的原因，結(jié)合我國電網(wǎng)發(fā)展特點及我國電網(wǎng)調(diào)度運行由傳統(tǒng)模式向大運行模式轉(zhuǎn)型的特殊時期，對我國電網(wǎng)調(diào)度與運行提出了如下意見和建議。1）在充分發(fā)揮高壓遠距離輸電經(jīng)濟性的同時，保證充足的本地電源是防止大停電的重要措施。2）在統(tǒng)一電網(wǎng)的格局下，充分發(fā)揮統(tǒng)一調(diào)度的優(yōu)越性，并逐步實現(xiàn)調(diào)度與控制的一體化運作，能夠?qū)崿F(xiàn)事故的快速處理，阻止事故的進一步擴大。3）加強N-1 校驗，特別是關(guān)鍵輸變電設(shè)備的N-1 校驗是保證系統(tǒng)安全的基本措施。4）嚴(yán)格設(shè)備操作規(guī)程，加強臨時運行方式校核，可有效降低事故發(fā)生的概率，從而減少大停電的發(fā)生。

來源出版物：電網(wǎng)技術(shù),2012,36(4): 74-78

入選年份：2017

多饋入直流輸電系統(tǒng)換相失敗機制及特性

吳萍，林偉芳，孫華東，等

摘要：目的：交、直流混聯(lián)電網(wǎng)中，受端交流短路故障時，系統(tǒng)電壓下降，可能引發(fā)直流換相失?。ㄖ绷鞅旧砉逃袑傩裕查g產(chǎn)生大的功率缺額，故障進而傳遞到送端，對送、受端電網(wǎng)都產(chǎn)生沖擊。隨著多個特高壓直流工程相繼投產(chǎn)，交直流、送受端電網(wǎng)間耦合日趨緊密，直流換相失敗對系統(tǒng)的影響日趨增大，當(dāng)前存在將直流換相失敗與直流閉鎖等同起來的誤解，有必要從物理本質(zhì)、對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響等多個角度深入剖析兩者的區(qū)別。本文從換相失敗發(fā)生的本質(zhì)出發(fā)，從機制上研究換相失敗對交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)的影響，并與直流閉鎖對系統(tǒng)的影響進行對比分析。通過對多饋入直流輸電系統(tǒng)的機電暫態(tài)仿真，驗證由交流系統(tǒng)引起的多回直流換相失敗與直流閉鎖的差異。方法：首先建立了多饋入直流輸電系統(tǒng)模型，通過物理解析和理論推導(dǎo)，分析了逆變站的交流電壓對稱和不對稱情況下影響關(guān)斷角大小的因素?；诎肟匦凸β势骷чl管導(dǎo)通必須同時具備的條件，比較了當(dāng)前仿真計算分析中兩種判斷換相失敗的方法，即最小電壓降落法和關(guān)斷角判斷法。在此基礎(chǔ)上，從換流母線電壓、直流電流、超前觸發(fā)角、換流變壓器變比、換相電抗、不對稱故障等多個方面分析了影響多潰入直流輸電系統(tǒng)換相失敗的因素。并從工程實踐的角度深入分析了換相失敗與直流閉鎖的關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過仿真研究了兩者對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響的區(qū)別。結(jié)果：導(dǎo)致?lián)Q相失敗的原因大部分為交流電網(wǎng)擾動，對于交流系統(tǒng)故障所引起的直流系統(tǒng)換相失敗，一般認(rèn)為，關(guān)斷角過小導(dǎo)致晶閘管未能及時恢復(fù)正向阻斷能力，在正向電壓的作用下重新導(dǎo)通，使本應(yīng)該關(guān)斷的閥繼續(xù)導(dǎo)通，應(yīng)該導(dǎo)通的閥關(guān)斷，于是造成換相失敗。因此認(rèn)為關(guān)斷角小于閥固有極限關(guān)斷角是引起換相失敗的根本原因。而關(guān)斷角隨換流站交流母線電壓的降低、直流電流的增加而減小，隨著超前觸發(fā)角的增大、換流器變比的減小、換相電抗的減小而增大。多饋入直流輸電系統(tǒng)逆變站通過交流系統(tǒng)的耦合阻抗實現(xiàn)相互作用，耦合阻抗是由網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)決定的，與送受端交流電源等值導(dǎo)納、受端交流系統(tǒng)輸電線路導(dǎo)納密切相關(guān)。換相失敗會導(dǎo)致逆變器在一段時間內(nèi)直流電壓降低，直流電流增大，直流輸送功率減少，換相失敗時短暫的功率變化會導(dǎo)致直流系統(tǒng)吸收的無功功率增多，但故障清除后直流系統(tǒng)均能較快恢復(fù)運行。一般情況下，當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生短時換相失敗時并不會導(dǎo)致直流閉鎖，但為了保護換流閥，在長時間發(fā)生連續(xù)換相失敗后將有直流保護動作出口閉鎖直流。通過仿真分析可知，當(dāng)直流饋入規(guī)模不大時，直流閉鎖故障對系統(tǒng)穩(wěn)定影響遠超過多回直流換相失敗。結(jié)論：關(guān)斷角小于固有極限關(guān)斷角是導(dǎo)致?lián)Q相失敗的根本原因，直流輸電系統(tǒng)中大部分換相失敗都發(fā)生在逆變側(cè)。針對關(guān)斷角模型中影響關(guān)斷角大小的參數(shù)，在僅考慮單變量的情況下，關(guān)斷角隨換流母線電壓的降低、直流電流的增加而減小，隨超前觸發(fā)角的增大、換流變壓器變比的減小、換相電抗的減小而增大，在發(fā)生不對稱故障時，關(guān)斷角還受換流母線電壓過零點相位移的影響，在直流系統(tǒng)設(shè)計或運行時，可綜合考慮多種因素來增大關(guān)斷角。運行人員應(yīng)正確看待換相失敗對系統(tǒng)的影響。換相失敗只是直流系統(tǒng)最常見的現(xiàn)象之一，多回直流同時換相失敗是多饋入直流輸電系統(tǒng)中可能發(fā)生的狀況，在交流系統(tǒng)故障及時清除的情況下，直流系統(tǒng)能很快恢復(fù)正常運行，多回直流同時閉鎖的風(fēng)險小。由交流系統(tǒng)故障引起的多饋入直流系統(tǒng)多回直流換相失敗，會引起直流輸送功率短時間內(nèi)的變化，在直流規(guī)模不大的情況下一般不會對系統(tǒng)造成大的影響。而直流閉鎖故障，在不采取控制措施的情況下，會造成系統(tǒng)功率不平衡，嚴(yán)重時導(dǎo)致系統(tǒng)失步，影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

來源出版物：電網(wǎng)技術(shù),2012,36(5): 269-274

入選年份：2017

智能微網(wǎng)運行的低碳綜合效益分析

曹培，王媚，郭創(chuàng)新，等

摘要：目的：智能微網(wǎng)作為智能電網(wǎng)的重要能源結(jié)構(gòu)組成，是電網(wǎng)和用戶實現(xiàn)共同利益的聯(lián)系環(huán)節(jié)，其運行的最重要目標(biāo)就是實現(xiàn)對低碳分布式能源的優(yōu)化利用。在這一點上，智能微網(wǎng)與低碳經(jīng)濟的發(fā)展要求相吻合。直觀來看，智能微網(wǎng)的運行能夠適應(yīng)低碳化的發(fā)展要求，但是，對智能微網(wǎng)的低碳效益并沒有一個量化的標(biāo)準(zhǔn)，建立智能微網(wǎng)運行的低碳效益評價體系，便于進行智能微網(wǎng)的性能分析，對智能微網(wǎng)的推廣和發(fā)展方向的把握也有著重大意義。為此，本文設(shè)計規(guī)劃了智能微網(wǎng)主體發(fā)電單元的裝機容量，挖掘了智能微網(wǎng)運行低碳綜合效益的體現(xiàn)方式。在此基礎(chǔ)上，建立了智能微網(wǎng)運行的低碳綜合效益的分析模型，作為智能微網(wǎng)規(guī)劃的輔助決策評價標(biāo)準(zhǔn)。方法：從用電側(cè)的能源條件和負荷需求入手，考慮智能微網(wǎng)的建設(shè)成本主要由分布式能源的建設(shè)成本、配電設(shè)備成本、監(jiān)控系統(tǒng)成本，滿足平衡微網(wǎng)系統(tǒng)能量，符合WT、PV 的發(fā)電特性，提高可再生能源滲透率，降低綜合投資成本等條件。設(shè)計規(guī)劃了智能微網(wǎng)主要發(fā)電單元的裝機容量。從經(jīng)濟性和低碳化兩個方面分析了智能微網(wǎng)運行的效益形成機理。碳成本與碳收益可統(tǒng)一成為綜合碳成本，與智能微網(wǎng)的運行成本進行數(shù)值相加，即得到智能微網(wǎng)運行的低碳綜合成本。在分析智能微網(wǎng)運行的低碳綜合效益時，通常要有一個同等負荷條件下的比較對象，可以是傳統(tǒng)的向電網(wǎng)購電的電力用戶，也可以是以其他方式運行的微電網(wǎng)，比較對象與智能微網(wǎng)運行的低碳綜合成本差值即為智能微網(wǎng)運行所體現(xiàn)的低碳綜合效益。結(jié)合智能微網(wǎng)的建設(shè)成本，建立了智能微網(wǎng)運行的低碳綜合效益分析模型，闡述了以低碳綜合成本最低為目標(biāo)的智能微網(wǎng)日前調(diào)度原則，并依據(jù)典型的智能微網(wǎng)設(shè)計方案所提出的模型對智能微網(wǎng)的投資收益情況進行了分析。結(jié)果：對于傳統(tǒng)電網(wǎng)的用戶，所需電能全部由電網(wǎng)提供，冷熱負荷也依靠集中式的供應(yīng)，對于智能微網(wǎng)系統(tǒng)，除去對監(jiān)控設(shè)備必要的維護更新成本，其收益收益率約為100%。對于不參與電網(wǎng)競價互動的微網(wǎng)系統(tǒng)，嚴(yán)格禁止微網(wǎng)機組的功率外送，對分布式能源協(xié)調(diào)調(diào)度后，由于無法發(fā)揮分布式能源在高峰電價時段的成本優(yōu)勢，其體現(xiàn)的低碳綜合效益與智能微網(wǎng)相比略低。強調(diào)可再生能源的充分利用，而把運行的經(jīng)濟性放在了第2 位的微網(wǎng)運營方式，不能體現(xiàn)較高的低碳綜合效益。但隨著可再生能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，其發(fā)電成本會大大降低，而化石能源產(chǎn)量則逐年減少，價格也隨之升高，這種趨勢發(fā)展到一定階段，勢必會讓這2 種微網(wǎng)的運行方式統(tǒng)一，低碳綜合效益也會達到最大。結(jié)論：智能微網(wǎng)的運行方式與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，有著很大的低碳綜合效益優(yōu)勢；參與到電網(wǎng)互動的智能微網(wǎng)，能夠發(fā)揮其成本調(diào)節(jié)作用和靈活運行能力；未來通過降低分布式能源的發(fā)電成本，優(yōu)化電力市場電價系統(tǒng)，加快低碳經(jīng)濟的開展，可達成智能微網(wǎng)運行的經(jīng)濟性與低碳性的高度統(tǒng)一。

來源出版物：電網(wǎng)技術(shù),2012,36(6): 15-20

入選年份：2017

大規(guī)模風(fēng)電接入的繼電保護問題綜述

焦在強

摘要：目的：風(fēng)電和太陽能等可再生電源具有與傳統(tǒng)的同步發(fā)電機具有不同的故障特征，含大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)繼電保護問題是國內(nèi)外的研究熱點，針對不同的需求，學(xué)者們從不同角度對大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的繼電保護問題進行了研究。本文針對大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的繼電保護問題，從風(fēng)電機組及風(fēng)電場的故障特征、風(fēng)電場集電線和集電網(wǎng)絡(luò)的繼電保護問題以及含大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)繼電保護3 個層面，對國內(nèi)外學(xué)者的研究工作進行了總結(jié)和分析，對大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的繼電保護關(guān)鍵問題與關(guān)鍵技術(shù)進行了討論，并從繼電保護的角度對未來需要重點關(guān)注的問題進行了展望。方法：論文從故障特征、風(fēng)電場集電線和集電網(wǎng)絡(luò)保護、含大規(guī)模風(fēng)電場的電力系統(tǒng)繼電保護3 個層面，對國內(nèi)外最新的研究成果進行了綜述。在故障特征方面，分析了包括異步感應(yīng)發(fā)電機、雙饋異步發(fā)電機和永磁直驅(qū)同步發(fā)電機的短路電流計算方法，同時對風(fēng)電機組和風(fēng)電場的故障特征進行了總結(jié)。在風(fēng)電場集電線和集電網(wǎng)絡(luò)保護方面，分別考慮了風(fēng)電場低電壓穿越、自適應(yīng)保護、后備保護和保護整定等問題。在含大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)繼電保護方面，論文在保護配置、保護新原理與新技術(shù)、安全自動裝置的性能等方面對國內(nèi)外的相關(guān)研究成果進行了綜述。論文討論了大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)繼電保護的關(guān)鍵問題，并對未來需要重點關(guān)注的內(nèi)容進行了討論。結(jié)果：（1）風(fēng)電機組和風(fēng)電場的控制策略直接影響到故障電流的幅值、衰減等故障特征，進而將直接影響繼電保護的性能。（2）加裝方向元件，采用自適應(yīng)保護以及考慮各保護之間的配合關(guān)系都是解決風(fēng)電場集電線路保護問題的途徑。（3）將通信以及智能電網(wǎng)技術(shù)引入風(fēng)電場的保護中，從而構(gòu)建新的含多電源的集電線路及網(wǎng)絡(luò)保護體系可能是解決風(fēng)電場集電線和網(wǎng)絡(luò)故障識別和隔離問題的有效途徑。（4）風(fēng)電機組的故障特征對輸電網(wǎng)繼電保護具有一定的負面影響，即，傳統(tǒng)的繼電保護原理并非都能夠適應(yīng)風(fēng)電的接入，因此有必要對風(fēng)電接入后的繼電保護問題進行研究。結(jié)論：（1）從目前的研究現(xiàn)狀看，對于大規(guī)模風(fēng)電對繼電保護的影響在國內(nèi)外并沒有一個統(tǒng)一的看法，相關(guān)的研究工作也未系統(tǒng)地展開。（2）故障后故障電流波形特征的研究是繼電保護整定和性能分析的基礎(chǔ)。（3）考慮風(fēng)電機組和風(fēng)電場典型控制策略電磁暫態(tài)仿真模型的建立是繼電保護分析的前提。（4）風(fēng)電場集電線路保護新原理與新技術(shù)的研究對于提升風(fēng)電場故障甄別和隔離能力意義重大。（5）重視風(fēng)電場自動控制系統(tǒng)和電網(wǎng)繼電保護與安全自動裝置的配合研究。

來源出版物：電網(wǎng)技術(shù),2012,36(6): 195-201

入選年份：2017

錦屏—蘇南特高壓直流投運后電網(wǎng)的穩(wěn)定特性 及協(xié)調(diào)控制策略

王建明，孫華東，張健，等

摘要：目的：全球能源互聯(lián)網(wǎng)是清潔主導(dǎo)、電為中心、全球互聯(lián)、共建共享的現(xiàn)代能源體系，實質(zhì)就是“智能電網(wǎng)＋特高壓電網(wǎng)＋清潔能源”。其中特高壓電網(wǎng)是關(guān)鍵。特高壓電網(wǎng)由1000 kV 及以上交流和±800 kV 及 以上直流系統(tǒng)構(gòu)成，具有輸電距離遠、容量大、效率高、損耗低、占地省、安全性好等顯著優(yōu)勢，是全球能源互聯(lián)網(wǎng)的骨干網(wǎng)架，世界各大清潔能源基地與負荷中心都在特高壓輸送范圍內(nèi)。隨著特高壓電網(wǎng)的快速發(fā)展，其大容量遠距離輸電的特征愈加明顯，對整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提出了更高的要求，需要深入研究電網(wǎng)特性，制訂安全穩(wěn)定控制策略。本文從多個角度分析了錦屏-蘇南特高壓直流投運對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響，目的是以典型特高壓工程和典型電網(wǎng)為例，剖析特高壓發(fā)展過程中在電網(wǎng)穩(wěn)定性方面的新問題、新特征，提出有針對性的控制策略和措施，既為當(dāng)前特高壓電網(wǎng)運行提供可行方案，也為未來特高壓電網(wǎng)和全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃提供借鑒。方法：基于特高壓混聯(lián)電網(wǎng)豐大方式，從多個角度分析了錦屏—蘇南800 kV 特高壓直流投運對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響。針對錦蘇直流閉鎖故障，研究了基于直流緊急功率支援的協(xié)調(diào)控制策略，可減少切機、切負荷措施量。提出了后備安控措施以避免協(xié)調(diào)控制措施失效導(dǎo)致第3 道防線動作。比較選擇安控切機方案時，考慮了直流故障后送端母線穩(wěn)態(tài)電壓升高因素。通過研究直流故障后受端近區(qū)機組勵磁電流及相關(guān)機組保護情況，探索了機組涉網(wǎng)保護對系統(tǒng)穩(wěn)定的影響。結(jié)果：1）錦蘇直流雙極閉鎖故障后，采取基于直流緊急功率支援的協(xié)調(diào)控制措施，可顯著減少安控措施中的切機和切負荷量。選擇參與控制的直流時，應(yīng)盡量選擇與故障直流的送受端換流站處于同一交流同步網(wǎng)、電氣距離較近，且可調(diào)容量較大的直流。2）在直流功率支援失效時，采取補切機組或負荷的后備控制措施可避免第3 道防線動作。3）在選擇直流送端安控切機方案時，多切除距離換流站的機組較遠可抑制近區(qū)母線壓升，但需要考慮潮流轉(zhuǎn)移帶來的影響。實際中應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)運行情況做出優(yōu)化選擇。4）在錦蘇直流受端近區(qū)，直流閉鎖后機組勵磁電 流增加，部分電廠機組過勵限制器動作限制了勵磁電流。建議在穩(wěn)定分析中關(guān)注故障后機組過勵導(dǎo)致的連鎖故障風(fēng)險。同時相關(guān)單位應(yīng)對此問題引起高度關(guān)注，核查重要電廠機組涉網(wǎng)保護整定情況，防止保護配置不當(dāng)引起的不合理跳機，給系統(tǒng)穩(wěn)定運行帶來風(fēng)險。結(jié)論：只有構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，大范圍優(yōu)化配置能源和電力，才能夠?qū)崿F(xiàn)清潔能源高效開發(fā)利用，保障安全、充足、便捷的電力供應(yīng)。通過合適的且有針對性的控制策略和優(yōu)化控制方法，特高壓電網(wǎng)可以安全可靠地運行。隨著特高壓電網(wǎng)的不斷拓展，復(fù)雜性不斷加大，我們應(yīng)不斷研究并應(yīng)用先進調(diào)度控制技術(shù)以保證大系統(tǒng)的穩(wěn)定。

來源出版物：電網(wǎng)技術(shù),2012,36(12): 66-70

入選年份：2017

新能源并網(wǎng)系統(tǒng)引發(fā)的復(fù)雜振蕩問題及其對策研究

李明節(jié)，于釗，許濤，等

摘要：目的：隨著新能源大規(guī)模并網(wǎng)以及大容量電力電子裝置的廣泛應(yīng)用，尤其是在我國西部、北部地區(qū)高度集中地接入，振蕩穩(wěn)定性問題正越來越成為巨大的潛在風(fēng)險，若不能及時、系統(tǒng)、全面地研究應(yīng)對策略和解決措施，可能會給設(shè)備廠商、發(fā)電企業(yè)和電網(wǎng)公司造成巨大的經(jīng)濟損失，甚至可能造成大范圍穩(wěn)定性事故，危及電網(wǎng)的安全可靠運行，影響國家能源戰(zhàn)略的順利實施。本文以國內(nèi)的典型風(fēng)電場次同步振蕩事件為基礎(chǔ)，分析振蕩特點、研究現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)，提出新能源發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)振蕩穩(wěn)定性問題的研究思路和應(yīng)對策略。方法：首先分析了新疆哈密地區(qū)直驅(qū)風(fēng)電機群參與的次/超同步振蕩案例與河北沽源地區(qū)雙饋風(fēng)電機群-串補輸電系統(tǒng)的次同步諧振案例，歸納出上述新能源并網(wǎng)次同步諧振/振蕩現(xiàn)象的共同點：多變流器間及其與大電網(wǎng)之間的動態(tài)相互作用，振蕩頻率高于傳統(tǒng)低頻振蕩，低于電網(wǎng)整數(shù)倍高次諧波，具有影響因素復(fù)雜、大范圍時變等特征，始于小信號負阻尼失穩(wěn)，而終于非線性持續(xù)振蕩。與傳統(tǒng)機電振蕩或由汽輪機組軸系參與的次同步諧振/振蕩有本質(zhì)區(qū)別。文中以直驅(qū)風(fēng)機為例，通過等效阻抗分析闡明了新能源并網(wǎng)系統(tǒng)引發(fā)復(fù)雜振蕩問題及導(dǎo)致火電機組因次同步振蕩跳閘的基本原理與分析方法，并提出了構(gòu)建次同步振蕩監(jiān)測與控制系統(tǒng)、優(yōu)化風(fēng)機控制器參數(shù)等解決現(xiàn)階段新能源并網(wǎng)次同步振蕩問題的工程化方案。結(jié)果：為解決哈密地區(qū)風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電問題，基于對新能源并網(wǎng)系統(tǒng)引發(fā)復(fù)雜振蕩問題機理的研究成果，在新疆哈密地區(qū)以及國調(diào)、新疆調(diào)度中心部署次同步監(jiān)測系統(tǒng)與次同步振蕩安全自動控制系統(tǒng)，有效防止了持續(xù)次同步振蕩引發(fā)火電機組軸系扭振脫網(wǎng)問題，保障了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。同時組織優(yōu)化風(fēng)機控制器參數(shù)，在實際系統(tǒng)中測試并推廣應(yīng)用，取得良好效果，新疆哈密地區(qū)監(jiān)測到的次同步振蕩次數(shù)整體呈下降趨勢。針對其他大規(guī)模新能源集中接入的潛在次同步振蕩風(fēng)險，各級調(diào)度機構(gòu)、場站運行單位密切監(jiān)視新能源機組運行，一旦發(fā)現(xiàn)振蕩問題，借鑒解決新疆哈密振蕩問題的經(jīng)驗，采用類似的工程解決方案，防止對電網(wǎng)產(chǎn)生進一步影響。結(jié)論：新能源并網(wǎng)系統(tǒng)振蕩問題的研究工作面臨諸多挑戰(zhàn)，在分析手段方面，面臨新能源并網(wǎng)變流器強非線性特征仿真、大規(guī)模實際系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真、以及海量多機型新能源機群及動態(tài)無功補償裝置的聚合等值等問題；在理論研究方面，需重點研究海量電力電子設(shè)備與電網(wǎng)相互作用的機理，以及復(fù)雜振蕩模式在電網(wǎng)中的傳播機理，并最終形成針對新能源機組及無功補償裝置等的寬頻振蕩阻尼技術(shù)；在工程方面，新能源機組的控制參數(shù)需要進一步優(yōu)化，在保證自身穩(wěn)定性的同時，改善其接入弱電網(wǎng)運行的動態(tài)性能。新能源廠站在入網(wǎng)設(shè)計階段應(yīng)研究加裝針對特定振蕩頻率的阻尼及保護裝置，防止振蕩事故擴散。電網(wǎng)側(cè)應(yīng)建立新能源匯集區(qū)振蕩廣域監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)實時監(jiān)測和預(yù)警，要求高風(fēng)險區(qū)域火電機組配備必要的扭振保護，控制振蕩影響范圍。通過工程解決方案，目前新疆地區(qū)次同步振蕩問題得到有效控制。下一步，將結(jié)合實踐經(jīng)驗，進一步加強研究，制定標(biāo)準(zhǔn)化、流程化解決方案，從風(fēng)機研制、規(guī)劃設(shè)計、調(diào)度運行、緊急控制各層面層層把關(guān)，有效控制次同步振蕩風(fēng)險。

來源出版物：電網(wǎng)技術(shù),2017,41(4): 1035-1042

入選年份：2017