直流孤岛运行特性和安全稳定控制措施的研究

发布时间：2019-05-15 03:47

【摘要】：中国能源储备与需求逆向分布的特点推动了远距离大容量特/超高压直流输电的快速发展。大容量直流输电系统采用送端孤岛运行方式，可减少直流跳闸后潮流转移对交流系统的影响，在改善远距离送电系统稳定性，提高送电能力方面有着独特的优势。如何保障孤岛系统安全稳定运行成为影响电网及直流方式安排的关键问题。孤岛方式下，由于送端与交流主网没有电气联系，孤岛系统的短路比和有效惯性时间常数显著低于联网方式，导致交直流相互间的影响更为明显，由此带来频率稳定、过电压抑制和功角稳定等一系列问题，分析方法与解决方案与传统大系统有着很大不同。云广特高压直流是中国首个在设计阶段就考虑采用孤岛方式的高压直流输电工程，目前世界上采用孤岛方式的直流工程都靠近发电站，而云广特高压直流系统的整流侧——楚雄换流站与两个主要电源的距离在250km以上，送端电网十分薄弱，给频率、电压及稳定性控制带来了很多新的问题，运行控制的难度明显高于其他直流工程。针对云广直流孤岛可能存在的主要问题，在前期开展了较为全面的理论研究，并组织了一系列孤岛试验以验证相关控制措施的有效性。在这些试验中，直流孤岛运行控制中的一些特殊问题逐步显现。本文通过分析这些特殊现象背后的物理本质，提出改进孤岛系统运行特性的安全稳定控制措施，主要工作包括以下内容：（1）分析总结前期天广、云广直流孤岛调试情况，提出了直流孤岛的调频策略。为避免孤岛系统出现周期性频率波动，放大机组一次调频动作死区，缩小直流频率限制器（FLC）动作死区，发挥FLC在孤岛频率控制的主导作用。孤岛系统功率调整时，采用直流功率跟随机组功率调整的模式。（2）针对孤岛方式下直流单极闭锁后频率大幅升高的问题，分析了发电机输入机械功率、输出电磁功率和转动惯量三个因素在直流闭锁后频率动态过程中的作用。在孤岛频率爬升阶段，提出通过修改调速器参数、优化直流过负荷控制、连锁切机三者相结合的方法降低频率峰值；在孤岛频率由峰值回降阶段，指出机组PSS反调动作导致的电压大幅下降会导致直流进入逆变器电流控制模式降功率，减缓频率的恢复速度，并提出了改进措施。（3）针对孤岛方式下直流双极跳闸后出现的部分机组调相运行的现象，利用电力系统功率扰动的3阶段分配原理解释了产生的原因，提出了避免机组长时间调相运行的调速器附加控制策略。（4）研究了孤岛方式下发生直流闭锁时的工频过电压问题。根据在时间尺度上影响过电压水平的关键因素的不同，将扰动后过电压动态过程分为三个阶段。针对直流单极闭锁、双极同时闭锁、双极相继闭锁三种情况对工频过电压过程进行了详细分析。传统上过电压抑制措施主要针对双极同时闭锁后第一阶段过电压峰值问题，云广直流极小短路比的特点导致第二阶段过电压问题同样突出。本文提出采用发电机高压侧电压控制的方法来改善云广直流孤岛第二阶段过电压的技术方案。（5）研究了云广直流孤岛的动态稳定性问题，指出采用现有PSS可有效提高小湾机组对金安桥机组相对振荡模式的阻尼，但在直流单极闭锁等情况下，PSS存在反调问题，，对孤岛系统频率及过电压控制产生不利影响。从原理上对PSS反调的原因进行了分析，从机电振荡的本质特征出发，提出了广域PSS的解决方案，在改善孤岛系统动态稳定性的同时，避免了现有PSS控制的不利影响。本研究以我国首个采用孤岛方式的云广特高压直流系统为背景开展，总结了直流孤岛调频策略、过电压控制和稳定性控制方面的关键问题，研究结论为直流孤岛运行方式安排和控制措施的确定提供了理论基础和技术依据，对于其他采用孤岛方式的直流工程也具有较好的参考价值。
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【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM721.1;TM712

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