不同应用场景下柔性直流输电系统运行控制策略研究
发布时间：2021-12-15 21:03
伴随着清洁低碳现代能源体系的发展需求,电网正经历从交流到交直流混合的发展变化。随着柔性直流输电技术（Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current Transmission,VSC-HVDC）的发展,柔性直流输电系统在电网异步互联,可再生能源发电并网以及城市直流输电系统等方面具有良好的应用前景。为此,本文以柔性直流输电系统为研究对象,重点对柔性直流输电系统在不同应用场景下的运行特点、控制策略和调度技术等内容展开研究,主要工作包括:（1）用于大电网异步互联的柔性直流输电系统频率支援及恢复策略研究。柔性直流输电系统可对有功和无功功率进行独立控制,并对各种系统干扰提供快速的动态响应。由于对交流电网频率波动具有不敏感性,利用柔性直流输电系统互联交流异步电网,可有效降低电网连锁故障的发生,提高互联电网的抗扰动能力。本文利用柔性直流输电系统的控制能力,提出一种用于大电网异步互联的柔性直流输电系统频率支援及恢复策略。该策略可在电网稳定运行时,降低电网旋转备用,提高电网运行效益;当电网遭遇扰动时,可以实现紧急功率控制,减小交流电网事...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１各章节逻辑关系图??
山系大学博士学位■＾文??电网频率控制??＇?＾?，?，?，?．?＾＾＾ｅｍｍｓｍｍｍｇｓｍｍｍｓｍｍｉｍ??＼?电网？次调频控制?二次调频抆制??电网＼＇?，－?－?／??＿＿＿商流?ｓ联??ＪＥｉｌ?安令??紧急，．?＾?，?直流１：联调频恢Ｍ控制??差拔挖鈿?辅助??控制??直流互联频率支援１ｊ恢复控制策略??图２－１用于大电网异步互联的柔性直流输电系统的直流互联频率支援及恢复策略??用于大电网异步互联的柔性直流输电系统的直流互联频率支援及恢复策略具??体包括以下３部分：（１）直流互联紧急支援控制，（２）频率安全辅助控制以及（３）??直流互联调频恢复控制。其中，直流互联紧急支援控制和频率安全辅助控制对应??电网一次调频控制，统称为直流互联频率支援控制；直流互联调频恢复控制对应??电网二次调频控制。??２．２．１直流互联紧急支援控制??直流互联紧急支援控制以减小交流电网事故后的频率变化量为目标。在传统??的柔性换流站中，其直流互联频率控制多采用固定的比例系数，未考虑参与调频??的对侧交流电网调频能力，这导致在利用柔性直流互联支援功率的过程中，对侧??交流电网频率可能会发生较大偏差，影响其自身的安全稳定运行。为避免该问题，??本章采用两侧频率偏差量作为控制量。图２－２为直流互联紧急支援控制的控制器??结构。图中，／ｒｅｆ为电网稳态频率；／为电网实际频率；尤表示有功一频率的调节斜??率；／ｄｅａｄｂａｎｄ为频率偏差死区；ＰｍａＸ／Ｐｍｉｎ为有功功率控制上限／下限；Ｐｆｅｅｙ为直流互??联紧急支援控制输出的有功功率值。有功一频率调节斜率尤通过考虑柔性直流输??电系统两侧交流电网的在线备用容
山东大学博士学隹办文???？?Ｍｉｎ?—？?〇?—ｎ??／ｌＯ￣？■导数？?Ｗ?，?＾—ｆＬｉ?－ＴＬ??——？！?Ｍａｘ?Ｉ—＾）—Ｉ?丄?￣－——??比＾器［－？?ｓｉｇｎａｌ??——？?Ｍｉｎ?－？?０?—ｉ?｜—??／２〇￣？导数?＋?Ｗ?ｎ?（Ｘ／?０??——？Ｍａｘ?—？＾）￣Ｉ??图２－３频率稳定识别控制器结构示意图??如图２－３所示，控制器通过监测换流站所连接交流电网的频率一次导数变化，??判断电网频率波动状况。由于电网稳态频率仍会有小范围波动，根据柔性直流输??电系统两侧电网的实际情况，可设置不同的频率目标导数值。当柔性直流输电系??统两侧交流电网的频率波动均小于其设定值时，控制器发出信号，保持当前柔性??直流输电系统上的功率量不变。??频率稳定识别控制器可以同时识别两侧电网的频率波动情况，确保两侧电网??均稳定后再退出直流互联紧急支援控制。同时，如果电网再次受到扰动，通过频率??稳定识别，当频率波动大于频率目标导数设置值，直流互联紧急支援控制将再次??介入稳定交流电网频率。??在某些情况下，由于电网内部发电机调速能力不足，虽然通过直流互联紧急??支援控制减少了交流电网频率变化量，但依然可能出现电网稳定后的频率不在安??全运行频率范围内的情况。目前，我国电网正常运行情况下的频率偏差限值不超??过±０．２ＨＺ［１２７］。为了保证电网稳定后处于安全运行频率范围内，在电网频率稳定后，??加入了频率校正控制器。图２－４为频率校正控制器结构，４／＾ａｆｅ为女全频率Ａａｆｅ与??电网稳态频率／ｒｅｆ偏差目标值，ＪＰｓａｆｅ－ＭＷ为频率校正控制后输出的功率调节量，Ａ：??表示有功一频率的
【参考文献】：
期刊论文
[1]应用于城市电网分区互联的柔性直流容量和选点配置方法[J]. 唐晓骏,韩民晓,谢岩,王璟,霍启迪,田春筝,张鑫,申旭辉. 电网技术. 2019(05)
[2]大功率缺失下主动频率响应控制初探[J]. 李卫东,晋萃萃,温可瑞,申家锴,刘柳. 电力系统自动化. 2018(08)
[3]提高风电功率预测精度的方法[J]. 乔颖,鲁宗相,闵勇. 电网技术. 2017(10)
[4]分区柔性互联城市电网的最大供电能力分析[J]. 肖峻,蒋迅,郭伟,李蕴,黄仁乐,陈平. 电力自动化设备. 2017(08)
[5]城市电网分区柔性互联装置的定容方法[J]. 肖峻,蒋迅,黄仁乐,张凯,舒彬,郭伟. 电力系统自动化. 2018(02)
[6]高比例可再生能源电力系统的关键科学问题与理论研究框架[J]. 康重庆,姚良忠. 电力系统自动化. 2017(09)
[7]高比例可再生能源电力系统的协同优化运行技术展望[J]. 姚良忠,朱凌志,周明,林振智,罗凤章,赵大伟. 电力系统自动化. 2017(09)
[8]北欧电力市场评述及对我国的经验借鉴[J]. 包铭磊,丁一,邵常政,宋永华. 中国电机工程学报. 2017(17)
[9]直流电网潮流分析与控制研究综述[J]. 李国庆,边竞,王鹤,杨洋,王浩翔. 高电压技术. 2017(04)
[10]张北±500kV柔性直流电网换流站控制保护系统设计[J]. 韩亮,白小会,陈波,张利,尹璐. 电力建设. 2017(03)
博士论文
[1]基于MMC的柔性直流输电稳态分析方法及控制策略研究[D]. 王金玉.山东大学 2017
[2]基于模块化多电平换流器的直流输电系统控制策略研究[D]. 张建坡.华北电力大学 2015
[3]基于多电平换流器的柔性直流输电技术若干关键问题研究[D]. 胡鹏飞.浙江大学 2015
[4]模块化多电平换流器型直流输电系统控制保护策略研究[D]. 蔡新红.华北电力大学 2014
[5]模块化多电平换流器型直流输电系统的稳态运行解析和控制技术研究[D]. 周月宾.浙江大学 2014
[6]柔性直流技术在城市电网中应用研究[D]. 李胜.华北电力大学（北京） 2009
本文编号：3537140
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１各章节逻辑关系图??
山系大学博士学位■＾文??电网频率控制??＇?＾?，?，?，?．?＾＾＾ｅｍｍｓｍｍｍｇｓｍｍｍｓｍｍｉｍ??＼?电网？次调频控制?二次调频抆制??电网＼＇?，－?－?／??＿＿＿商流?ｓ联??ＪＥｉｌ?安令??紧急，．?＾?，?直流１：联调频恢Ｍ控制??差拔挖鈿?辅助??控制??直流互联频率支援１ｊ恢复控制策略??图２－１用于大电网异步互联的柔性直流输电系统的直流互联频率支援及恢复策略??用于大电网异步互联的柔性直流输电系统的直流互联频率支援及恢复策略具??体包括以下３部分：（１）直流互联紧急支援控制，（２）频率安全辅助控制以及（３）??直流互联调频恢复控制。其中，直流互联紧急支援控制和频率安全辅助控制对应??电网一次调频控制，统称为直流互联频率支援控制；直流互联调频恢复控制对应??电网二次调频控制。??２．２．１直流互联紧急支援控制??直流互联紧急支援控制以减小交流电网事故后的频率变化量为目标。在传统??的柔性换流站中，其直流互联频率控制多采用固定的比例系数，未考虑参与调频??的对侧交流电网调频能力，这导致在利用柔性直流互联支援功率的过程中，对侧??交流电网频率可能会发生较大偏差，影响其自身的安全稳定运行。为避免该问题，??本章采用两侧频率偏差量作为控制量。图２－２为直流互联紧急支援控制的控制器??结构。图中，／ｒｅｆ为电网稳态频率；／为电网实际频率；尤表示有功一频率的调节斜??率；／ｄｅａｄｂａｎｄ为频率偏差死区；ＰｍａＸ／Ｐｍｉｎ为有功功率控制上限／下限；Ｐｆｅｅｙ为直流互??联紧急支援控制输出的有功功率值。有功一频率调节斜率尤通过考虑柔性直流输??电系统两侧交流电网的在线备用容
山东大学博士学隹办文???？?Ｍｉｎ?—？?〇?—ｎ??／ｌＯ￣？■导数？?Ｗ?，?＾—ｆＬｉ?－ＴＬ??——？！?Ｍａｘ?Ｉ—＾）—Ｉ?丄?￣－——??比＾器［－？?ｓｉｇｎａｌ??——？?Ｍｉｎ?－？?０?—ｉ?｜—??／２〇￣？导数?＋?Ｗ?ｎ?（Ｘ／?０??——？Ｍａｘ?—？＾）￣Ｉ??图２－３频率稳定识别控制器结构示意图??如图２－３所示，控制器通过监测换流站所连接交流电网的频率一次导数变化，??判断电网频率波动状况。由于电网稳态频率仍会有小范围波动，根据柔性直流输??电系统两侧电网的实际情况，可设置不同的频率目标导数值。当柔性直流输电系??统两侧交流电网的频率波动均小于其设定值时，控制器发出信号，保持当前柔性??直流输电系统上的功率量不变。??频率稳定识别控制器可以同时识别两侧电网的频率波动情况，确保两侧电网??均稳定后再退出直流互联紧急支援控制。同时，如果电网再次受到扰动，通过频率??稳定识别，当频率波动大于频率目标导数设置值，直流互联紧急支援控制将再次??介入稳定交流电网频率。??在某些情况下，由于电网内部发电机调速能力不足，虽然通过直流互联紧急??支援控制减少了交流电网频率变化量，但依然可能出现电网稳定后的频率不在安??全运行频率范围内的情况。目前，我国电网正常运行情况下的频率偏差限值不超??过±０．２ＨＺ［１２７］。为了保证电网稳定后处于安全运行频率范围内，在电网频率稳定后，??加入了频率校正控制器。图２－４为频率校正控制器结构，４／＾ａｆｅ为女全频率Ａａｆｅ与??电网稳态频率／ｒｅｆ偏差目标值，ＪＰｓａｆｅ－ＭＷ为频率校正控制后输出的功率调节量，Ａ：??表示有功一频率的
【参考文献】：
期刊论文
[1]应用于城市电网分区互联的柔性直流容量和选点配置方法[J]. 唐晓骏,韩民晓,谢岩,王璟,霍启迪,田春筝,张鑫,申旭辉. 电网技术. 2019(05)
[2]大功率缺失下主动频率响应控制初探[J]. 李卫东,晋萃萃,温可瑞,申家锴,刘柳. 电力系统自动化. 2018(08)
[3]提高风电功率预测精度的方法[J]. 乔颖,鲁宗相,闵勇. 电网技术. 2017(10)
[4]分区柔性互联城市电网的最大供电能力分析[J]. 肖峻,蒋迅,郭伟,李蕴,黄仁乐,陈平. 电力自动化设备. 2017(08)
[5]城市电网分区柔性互联装置的定容方法[J]. 肖峻,蒋迅,黄仁乐,张凯,舒彬,郭伟. 电力系统自动化. 2018(02)
[6]高比例可再生能源电力系统的关键科学问题与理论研究框架[J]. 康重庆,姚良忠. 电力系统自动化. 2017(09)
[7]高比例可再生能源电力系统的协同优化运行技术展望[J]. 姚良忠,朱凌志,周明,林振智,罗凤章,赵大伟. 电力系统自动化. 2017(09)
[8]北欧电力市场评述及对我国的经验借鉴[J]. 包铭磊,丁一,邵常政,宋永华. 中国电机工程学报. 2017(17)
[9]直流电网潮流分析与控制研究综述[J]. 李国庆,边竞,王鹤,杨洋,王浩翔. 高电压技术. 2017(04)
[10]张北±500kV柔性直流电网换流站控制保护系统设计[J]. 韩亮,白小会,陈波,张利,尹璐. 电力建设. 2017(03)
博士论文
[1]基于MMC的柔性直流输电稳态分析方法及控制策略研究[D]. 王金玉.山东大学 2017
[2]基于模块化多电平换流器的直流输电系统控制策略研究[D]. 张建坡.华北电力大学 2015
[3]基于多电平换流器的柔性直流输电技术若干关键问题研究[D]. 胡鹏飞.浙江大学 2015
[4]模块化多电平换流器型直流输电系统控制保护策略研究[D]. 蔡新红.华北电力大学 2014
[5]模块化多电平换流器型直流输电系统的稳态运行解析和控制技术研究[D]. 周月宾.浙江大学 2014
[6]柔性直流技术在城市电网中应用研究[D]. 李胜.华北电力大学（北京） 2009
本文编号：3537140
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