柔性直流電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移特性及安全運(yùn)行影響分析

王子文，張英敏，李保宏，劉天琪，李 峰

柔性直流電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移特性及安全運(yùn)行影響分析

王子文，張英敏，李保宏，劉天琪，李 峰

(四川大學(xué)電氣工程學(xué)院，四川 成都 610065)

直流電網(wǎng)潮流大范圍轉(zhuǎn)移可能導(dǎo)致?lián)Q流站運(yùn)行于安全邊界之外，進(jìn)而引發(fā)直流系統(tǒng)連鎖故障。為厘清不同情況下直流系統(tǒng)潮流分布轉(zhuǎn)移特性及其對(duì)安全運(yùn)行的影響，首先在主從控制、下垂控制方式下分別對(duì)故障線路切除和換流站注入功率改變后潮流轉(zhuǎn)移特性進(jìn)行了理論分析，并得出了不同運(yùn)行方式下潮流轉(zhuǎn)移定量計(jì)算方法。然后基于PQ功率域分析了復(fù)雜直流電網(wǎng)中各站的安全運(yùn)行邊界，明確了不同運(yùn)行方式及不同控制模式受潮流轉(zhuǎn)移及安全邊界雙重影響的規(guī)律。最后，通過CIGRE柔直電網(wǎng)測試模型對(duì)所提計(jì)算方法及安全邊界分析結(jié)論進(jìn)行了仿真。基于PSCAD軟件的仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性。

潮流轉(zhuǎn)移；直流電網(wǎng)；安全邊界；故障線路；換流站注入功率

0 引言

近年來隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大停電事故頻發(fā)已對(duì)人們的正常生產(chǎn)生活造成了嚴(yán)重影響[1-4]。導(dǎo)致大停電事故的主要原因是[5-10]當(dāng)系統(tǒng)聯(lián)接負(fù)荷過重或輸電線路因過載而退出運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)中出現(xiàn)的冗余功率將通過其他線路而轉(zhuǎn)移至全網(wǎng)，導(dǎo)致電力系統(tǒng)中某些輸電元件出現(xiàn)過載現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，造成大面積停電事故。因此，對(duì)日益趨于穩(wěn)定極限邊緣的互聯(lián)系統(tǒng)來說[11-12]，潮流轉(zhuǎn)移是影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

目前針對(duì)潮流轉(zhuǎn)移后電力系統(tǒng)的安全性分析，已有大量學(xué)者展開了研究。文獻(xiàn)[13]基于對(duì)潮流轉(zhuǎn)移分布熵和負(fù)荷沖擊靈敏度熵的定義，提出了一種識(shí)別關(guān)鍵線路的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，但只在主從控制下進(jìn)行了研究，并未涉及下垂控制方式下的潮流轉(zhuǎn)移。文獻(xiàn)[14]基于對(duì)有功轉(zhuǎn)移系數(shù)的定義，針對(duì)多支路開斷情況，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)圖論搜索潮流轉(zhuǎn)移輸電斷面的方法，但該方法僅適用于忽略線路電阻和對(duì)地導(dǎo)納影響的高壓交流輸電系統(tǒng)。而隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，基于模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的直流電網(wǎng)輸電技術(shù)是未來電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的重要趨勢[15-19]。文獻(xiàn)[20]提出了一種在交直流電網(wǎng)中基于網(wǎng)絡(luò)圖論和分布系數(shù)法搜索潮流轉(zhuǎn)移的量化分析方法。文獻(xiàn)[21]通過定量計(jì)算線路開斷后直流電網(wǎng)的靜態(tài)安全裕度，提出了一種交直流混聯(lián)電網(wǎng)關(guān)鍵線路識(shí)別方法，為后續(xù)研究提供了參考。上述文獻(xiàn)主要針對(duì)潮流轉(zhuǎn)移的路徑搜索展開研究。對(duì)柔性直流電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移特性的分析：文獻(xiàn)[22]基于直流潮流的分布系數(shù)法估算故障線路切除后的潮流轉(zhuǎn)移量；文獻(xiàn)[23]定量分析了下垂控制方式下有功指令的變化對(duì)各下垂站輸出有功的影響，但未涉及在主從控制下潮流轉(zhuǎn)移的計(jì)算；文獻(xiàn)[24]通過在兩節(jié)點(diǎn)間引入有功功率增量方程來模擬故障線路開斷，提出了一種基于直流靈敏度和補(bǔ)償?shù)某绷鬓D(zhuǎn)移計(jì)算方法。在柔性直流電網(wǎng)連鎖故障抑制方面；文獻(xiàn)[25]針對(duì)OPA連鎖故障仿真模型，提出了一種基于安全最優(yōu)潮流的預(yù)防控制方法，使連鎖故障引發(fā)負(fù)荷停電的風(fēng)險(xiǎn)降到最低；文獻(xiàn)[26]通過對(duì)節(jié)點(diǎn)注入功率變化引起線路功率變化問題的研究，提出了一種考慮平衡機(jī)的緊急控制策略，以消除線路過載。以上文獻(xiàn)對(duì)潮流轉(zhuǎn)移后系統(tǒng)安全性的研究主要集中在潮流轉(zhuǎn)移路徑搜索、潮流轉(zhuǎn)移特性分析以及連鎖故障抑制上，并未考慮直流電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移對(duì)各換流站安全運(yùn)行的影響，然而開展換流站安全運(yùn)行邊界的研究工作對(duì)處于極限邊緣的直流系統(tǒng)保持穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的價(jià)值。

目前關(guān)于柔性直流輸電系統(tǒng)中換流站安全運(yùn)行邊界的研究，已取得了一定成果。文獻(xiàn)[27]分析了換流器輸出最大有功功率與交流系統(tǒng)阻抗幅值、相角之間的關(guān)系，并給出了交流系統(tǒng)在不同相角下?lián)Q流器的理論臨界短路比，但并未考慮換流器安全穩(wěn)定運(yùn)行的約束條件對(duì)其輸出最大有功的影響。文獻(xiàn)[28]提出了一種尋點(diǎn)-校驗(yàn)的方法來確定電壓穩(wěn)定性約束、電壓調(diào)制比約束以及電流約束條件下?lián)Q流器的安全運(yùn)行范圍，但沒有考慮換流器內(nèi)部特性對(duì)其安全邊界的影響。對(duì)于MMC內(nèi)部動(dòng)態(tài)特性的研究，文獻(xiàn)[29-31]從MMC調(diào)制信號(hào)、橋臂電抗、子模塊投切比例以及其電容電壓波動(dòng)的角度出發(fā)，研究了這些因素對(duì)換流器安全運(yùn)行邊界的影響。文獻(xiàn)[32]在新能源經(jīng)柔直孤島送出場景下，需額外滿足三種附加運(yùn)行約束條件以保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。以上文獻(xiàn)比較詳盡地研究了多種工況下影響換流器安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素，但沒有考慮直流電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移對(duì)換流站安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響。

為此，本文考慮將潮流轉(zhuǎn)移與安全邊界相結(jié)合，研究直流電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移特性及其對(duì)MMC安全運(yùn)行的影響。首先，本文在主從控制、下垂控制方式下分別對(duì)故障線路切除和換流站注入功率改變后潮流轉(zhuǎn)移的計(jì)算方法進(jìn)行了定量分析，然后基于PQ功率域分析了復(fù)雜直流電網(wǎng)中各站的安全運(yùn)行邊界，明確了不同運(yùn)行方式及不同控制模式受潮流轉(zhuǎn)移及安全邊界雙重影響的規(guī)律。最后，本文在PSCAD軟件中搭建CIGRE柔直電網(wǎng)測試模型，基于對(duì)仿真結(jié)果的分析，驗(yàn)證了所提計(jì)算方法及安全邊界分析結(jié)論的正確性。

1 直流電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移計(jì)算方法

本文在主從控制、下垂控制方式下分別對(duì)故障線路切除和換流站注入功率改變后潮流轉(zhuǎn)移特性進(jìn)行理論分析，并推導(dǎo)不同運(yùn)行方式下潮流轉(zhuǎn)移的定量計(jì)算方法。

1.1 主從控制下潮流轉(zhuǎn)移的計(jì)算方法

1) 切除故障線路

故障線路切除前后，網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)電壓方程分別為

對(duì)于線性網(wǎng)絡(luò)，滿足疊加定理：

在切除故障線路后，可通過定量改變節(jié)點(diǎn)注入電流增量來等效地認(rèn)為線路并未開斷，從而使網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣保持不變，節(jié)點(diǎn)注入電流增量為

可求得：

式中，。

在切斷故障線路后，線路上的電流增量為

從而得到，線路上傳輸?shù)挠泄β试隽繛?/p>

2) 改變換流站注入功率

直流電網(wǎng)中支路電流與節(jié)點(diǎn)電壓之間的關(guān)系可表示為

聯(lián)立式(1)，可得線路上傳輸?shù)挠泄β试隽繛?/p>

1.2 下垂控制下潮流轉(zhuǎn)移的計(jì)算方法

1) 切除故障線路

下垂控制方式下，換流站輸出有功功率與換流站直流側(cè)電壓滿足一次函數(shù)關(guān)系。

由式(9)可得，下垂控制站和定功率站的-關(guān)系分別為

2) 改變換流站注入功率

將式(9)改寫為

將式(13)進(jìn)行線性化處理，可得：

在改變節(jié)點(diǎn)注入功率后，可由式(8)計(jì)算得到線路上傳輸?shù)挠泄β试隽俊?/p>

2 換流站安全運(yùn)行約束條件

圖2 換流站交流側(cè)等效電路

此時(shí)有功功率、無功功率滿足式(16)。

主要考慮五種約束對(duì)換流器安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響，即換流器額定容量約束、電壓穩(wěn)定性約束、電壓調(diào)制比約束、額定交流電流約束、直流電壓約束。

1) 換流器額定容量約束

2) 電壓穩(wěn)定性約束

3) 電壓調(diào)制比約束

由電壓調(diào)制比的定義，可推出

考慮實(shí)際工況時(shí)換流器的約束條件，半橋型MMC電壓調(diào)制比需滿足：

4) 額定交流電流約束

5) 直流電壓約束

3 換流站安全運(yùn)行邊界

CIGRE柔直電網(wǎng)測試模型由3個(gè)系統(tǒng)組成，分別為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直流系統(tǒng)(DCS1)，4端輻射直流系統(tǒng)(DCS2)和5端直流網(wǎng)絡(luò)(DCS3)，共包括11端VSC，2個(gè)DC/DC變換器，2個(gè)直流電壓等級(jí)(±400 kV和±200 kV)，連接了2個(gè)380 kV交流電網(wǎng)和4個(gè)145 kV交流孤島，如圖3所示。

以5端直流網(wǎng)絡(luò)DCS3為例，各換流站主要參數(shù)如表1所示。將系統(tǒng)參數(shù)折算為標(biāo)幺值進(jìn)行分析，選取功率基值為1 000 MVA，交流電壓基值為變壓器閥側(cè)額定電壓220 kV，直流電壓基值為400 kV。

根據(jù)影響換流站安全穩(wěn)定運(yùn)行的各種約束條件，在Matlab上繪制出各換流站的安全運(yùn)行邊界，如圖4所示。

圖3 CIGRE柔直電網(wǎng)測試模型

表1 DCS3中各換流站主要參數(shù)

4 仿真驗(yàn)證

本文對(duì)CIGRE柔直電網(wǎng)測試模型中5端直流網(wǎng)絡(luò)DCS3進(jìn)行分析，將點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直流系統(tǒng)DCS1中Cm-A1站設(shè)置為定直流電壓控制，4端輻射直流系統(tǒng)DCS2中Cm-B2和Cm-B3站設(shè)置為定功率控制，直流變壓器Cd-B1、Cd-E1設(shè)置為定功率控制，排除子系統(tǒng)間不平衡功率的相互影響。直流變壓器控制指令值如表2所示。

表2 直流變壓器控制策略

本文在主從控制、下垂控制方式下分別對(duì)切除故障線路和改變換流站注入功率后的潮流轉(zhuǎn)移量進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而判斷換流站輸出功率是否超出其安全運(yùn)行邊界，分析直流電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移對(duì)MMC安全運(yùn)行的影響，并在PSCAD軟件中搭建相應(yīng)的仿真模型加以驗(yàn)證。

4.1 主從控制下潮流轉(zhuǎn)移后安全性分析

主從控制方式下直流電網(wǎng)中定功率站的有功參考值為定值，定直流電壓站負(fù)責(zé)平衡網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的不平衡功率，因此其潮流分布相對(duì)穩(wěn)定。本算例在主從控制方式下分別針對(duì)故障線路切除和換流站注入功率改變的情況，分析直流電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移對(duì)MMC安全運(yùn)行的影響。主從控制方式下各換流站控制策略如表3所示。

當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，其正極、負(fù)極運(yùn)行層上對(duì)應(yīng)線路上的潮流分布相同。以正極為例，直流電網(wǎng)中各條線路初始潮流如表4所示，功率單位為MW。

1) 切除故障線路

根據(jù)直流電網(wǎng)潮流分布特性，電源與負(fù)荷節(jié)點(diǎn)間的線路作為系統(tǒng)功率傳輸?shù)母哓?fù)載線路，更容易發(fā)生過載而被切除，本案例分別對(duì)此類關(guān)鍵線路作開斷處理，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中各條線路上的潮流轉(zhuǎn)移量，結(jié)果如表5所示，功率單位為MW。

表3 換流站控制策略

表4 線路初始潮流

通過對(duì)故障線路切除后非故障線路上潮流轉(zhuǎn)移量的計(jì)算，可求得各換流站輸出功率，將計(jì)算結(jié)果與仿真值進(jìn)行比較，具體數(shù)據(jù)如表6所示，功率單位為MW。

表7對(duì)故障線路切除后換流站是否超出其安全運(yùn)行邊界進(jìn)行了分析，“0”、“1”分別表示換流站輸出功率未超出、超出安全運(yùn)行邊界。

由表6、表7可知，只有在切除故障線路B4-B2后，換流站輸出功率才存在較大變化；斷開其他線路對(duì)換流站輸出功率影響不大。切除線路B4-B2后，定功率站Cb-B2被切離系統(tǒng)，定直流電壓站Cb-A1負(fù)責(zé)平衡網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的不平衡功率，維持直流電網(wǎng)穩(wěn)定，定功率站Cb-C2、Cb-D1、Cb-B1輸出功率保持不變。

表5 故障線路切除后各條線路潮流轉(zhuǎn)移

表6 故障線路切除后換流站輸出功率

表7 故障線路切除后換流站是否超出安全運(yùn)行邊界

本文以3.5 s時(shí)切除線路B4-B2為例，驗(yàn)證主從控制方式下切除故障線路對(duì)MMC安全運(yùn)行的影響，各換流站輸出功率如圖5所示。由圖5可知，各換流站輸出功率均未超出其安全運(yùn)行邊界，系統(tǒng)能保持穩(wěn)定運(yùn)行。

圖5 各換流站輸出功率

2) 改變換流站注入功率

通過改變各定功率站注入功率，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中各條直流線路上的潮流轉(zhuǎn)移量，如表8所示，功率單位為MW。

表8 改變換流站注入功率后各條線路潮流轉(zhuǎn)移

通過對(duì)換流站注入功率改變后各條直流線路上潮流轉(zhuǎn)移量的計(jì)算，可求得各換流站輸出功率，將計(jì)算結(jié)果與仿真值進(jìn)行比較，具體數(shù)據(jù)如表9所示，功率單位為MW，“—”表示換流站失穩(wěn)，此值無法獲得。

表10對(duì)換流站注入功率改變后輸出功率是否超出其安全運(yùn)行邊界進(jìn)行了分析，功率單位為MW，“0”、“1”分別表示換流站輸出功率未超出、超出安全運(yùn)行邊界。

表9 改變換流站注入功率后換流站輸出功率

表10 改變換流站注入功率后換流站是否超出安全運(yùn)行邊界

由表9、表10可知，改變定功率站注入功率使其參考值不在安全運(yùn)行邊界內(nèi)，定直流電壓站可能會(huì)因平衡網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的冗余功率而超出其安全運(yùn)行邊界。若平衡站未出現(xiàn)功率越限，則系統(tǒng)中只有改變注入功率的換流站會(huì)因功率越限而失穩(wěn)。若平衡站出現(xiàn)功率越限，系統(tǒng)將會(huì)因唯一的平衡站失穩(wěn)而崩潰，其他換流站即使通過計(jì)算未出現(xiàn)越限，也會(huì)因系統(tǒng)瓦解而失穩(wěn)。

本文以3.5 s時(shí)改變Cb-B1站注入功率為例，驗(yàn)證主從控制方式下改變換流站注入功率對(duì)MMC安全運(yùn)行的影響，各換流站輸出功率如圖6所示。由圖6可知，定直流電壓站Cb-A1因平衡網(wǎng)絡(luò)中冗余功率而出現(xiàn)功率越限，導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)。

圖6 各換流站輸出功率

4.2 下垂控制下潮流轉(zhuǎn)移后安全性分析

在下垂控制方式下，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中直流電壓發(fā)生變化時(shí)，下垂控制站將負(fù)責(zé)平衡因直流電壓突變而引起的功率不平衡，調(diào)節(jié)量由每個(gè)換流站設(shè)置的下垂系數(shù)決定。本算例在下垂控制方式下分別針對(duì)故障線路切除和換流站注入功率改變的情況，分析直流電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移對(duì)MMC安全運(yùn)行的影響。下垂控制方式下各換流站控制策略如表11所示。

表11 換流站控制策略

同樣以正極為例，直流網(wǎng)絡(luò)中各條線路初始潮流如表12所示，功率單位為MW。

表12 線路初始潮流

1) 切除故障線路

本案例同樣以電源與負(fù)荷節(jié)點(diǎn)間的線路作為關(guān)鍵線路分別進(jìn)行開斷處理，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中各條線路上的潮流轉(zhuǎn)移量，結(jié)果如表13所示，功率單位為MW。

表13 故障線路切除后各條線路潮流轉(zhuǎn)移

通過對(duì)故障線路切除后非故障線路上潮流轉(zhuǎn)移量的計(jì)算，可求得各換流站輸出功率，將計(jì)算結(jié)果與仿真值進(jìn)行比較，具體數(shù)據(jù)如表14所示，功率單位為MW，“—”表示換流站失穩(wěn)，此值無法獲得。

表14 故障線路切除后換流站輸出功率

表15對(duì)故障線路切除后換流站是否超出其安全運(yùn)行邊界進(jìn)行了分析，“0”、“1”分別表示換流站輸出功率未超出、超出安全運(yùn)行邊界。

表15 故障線路切除后換流站是否超出安全運(yùn)行邊界

由表14、表15可看出，只有在切除故障線路B4-B2后，換流站輸出功率才存在較大變化；斷開其他線路對(duì)換流站輸出功率影響不大。切除線路B4-B2后，下垂站Cb-B2被切離系統(tǒng)，系統(tǒng)中唯一的下垂站Cb-B1將負(fù)責(zé)整個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)的功率平衡，因平衡站無法滿足定功率站的有功需求而出現(xiàn)越限，導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)，其他換流站即使通過計(jì)算未出現(xiàn)越限，也會(huì)因系統(tǒng)瓦解而失去穩(wěn)定。

本文以3.5 s時(shí)切除線路B4-B2為例，驗(yàn)證下垂控制方式下切除故障線路對(duì)MMC安全運(yùn)行的影響，各換流站輸出功率如圖7所示。由圖7可看出，下垂站Cb-B2被切離系統(tǒng)，下垂站Cb-B1因無法滿足定功率站的有功需求而出現(xiàn)越限，導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)。

2) 改變換流站注入功率

通過改變各定功率站注入功率，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中各條直流線路上的潮流轉(zhuǎn)移量，如表16所示，功率單位為MW。

圖7 各換流站輸出功率

表16 改變換流站注入功率后的潮流轉(zhuǎn)移

通過對(duì)換流站注入功率改變后各條直流線路上潮流轉(zhuǎn)移量的計(jì)算，可求得各換流站輸出功率，將計(jì)算結(jié)果與仿真值進(jìn)行比較，具體數(shù)據(jù)如表17所示，功率單位為MW，“—”表示換流站失穩(wěn)，此值無法獲得。

表17 改變換流站注入功率后換流站輸出功率

表18對(duì)換流站注入功率改變后輸出功率是否超出其安全運(yùn)行邊界進(jìn)行了分析，功率單位為MW，“0”、“1”分別表示換流站輸出功率未超出、超出安全運(yùn)行邊界。

表18 改變換流站注入功率后換流站是否超過安全運(yùn)行邊界

由表17、表18可看出，改變定功率站注入功率使其參考值不在安全運(yùn)行邊界內(nèi)，下垂站因平衡網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的冗余功率，其輸出功率將在安全運(yùn)行邊界內(nèi)波動(dòng)而未出現(xiàn)功率越限，其他定功率站將繼續(xù)保持穩(wěn)定運(yùn)行。

本文以3.5 s時(shí)改變Cb-D1站注入功率為例，驗(yàn)證主從控制方式下改變換流站注入功率對(duì)MMC安全運(yùn)行的影響，各換流站輸出功率如圖8所示。由圖8可看出，下垂站輸出功率在其安全運(yùn)行邊界內(nèi)波動(dòng)而未出現(xiàn)功率越限，其他定功率站繼續(xù)保持穩(wěn)定運(yùn)行。

圖8 各換流站輸出功率

5 結(jié)論

本文在主從控制、下垂控制方式下分別對(duì)故障線路切除和換流站注入功率改變后潮流轉(zhuǎn)移特性進(jìn)行了理論分析，并得出了不同運(yùn)行方式下潮流轉(zhuǎn)移定量計(jì)算方法，然后基于PQ功率域分析了復(fù)雜直流電網(wǎng)中各站的安全運(yùn)行邊界，明確了不同運(yùn)行方式及不同控制模式受潮流轉(zhuǎn)移及安全邊界雙重影響的規(guī)律。主要結(jié)論如下：

1) 主從控制方式下，切除故障線路或改變換流站注入功率時(shí)，定直流電壓站因需平衡網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的不平衡功率，其換流站輸出功率變化較大，有超出安全運(yùn)行邊界的風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)若沒有后備定直流電壓站，直流系統(tǒng)將失去穩(wěn)定。

2) 下垂控制方式下，切除故障線路或改變換流站注入功率時(shí)，下垂站可能無法滿足系統(tǒng)中定功率站的功率需求而超出其安全運(yùn)行邊界，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)，但相比于主從控制，其多個(gè)下垂站可共同分擔(dān)功率波動(dòng)，因此在下垂控制下功率越限的風(fēng)險(xiǎn)較主從控制低。

3) 由于調(diào)度等因素，實(shí)際柔性直流工程均采用主從控制模式，因此為減少運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，建議增強(qiáng)定直流電壓站系統(tǒng)強(qiáng)度，擴(kuò)增其安全運(yùn)行邊界。

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Analysis of power flow transfer characteristics and influence on the safety operation of a flexible DC grid

WANG Ziwen, ZHANG Yingmin, LI Baohong, LIU Tianqi, LI Feng

(College of Electrical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

The large-scale transfer of DC power flow may cause a converter station to operate outside safety limits. This may cause cascading failures in the DC system. In order to clarify the power flow distribution and transfer characteristics of a DC system under different conditions and its impact on safe operation, first, this paper analyzes the characteristics of power flow transfer after removing the faulty line or changing the injected power of a converter station under master-slave control and droop control. It obtains a quantitative calculation method for power flow transfer in different operational modes. Then, based on PQ power domain, the safe operation boundary of each station in a complex DC grid is analyzed. The rules of different operational and control modes affected by power flow transfer and safety boundary are clarified. Finally, this paper simulates the proposed calculation method and the conclusion of security boundary analysis through the CIGRE DC grid test model. The simulation results based on PSCAD software confirm the correctness of the theoretical analysis.

This work is supported by the National Key Research and Development Program of China (No. 2018YFB0904600).

power flow transfer; DC-grid; safety boundary; faulty line; injected power of converter station

10.19783/j.cnki.pspc.210436

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目資助(2018YFB0904600)

2021-04-19；

2021-05-12

王子文(1997—)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)槿嵝灾绷鬏旊姡籈-mail: wangzw_scu@163.com

張英敏(1974—)，女，通信作者，博士，教授，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定與控制、直流輸電；E-mail: zhangyingmin@scu.edu.cn

李保宏(1986—)，男，博士，副教授，主要研究方向?yàn)楦邏褐绷鬏旊?、電力系統(tǒng)穩(wěn)定與控制。E-mail: scu_lbh@ 163.com

(編輯 姜新麗)