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柔性直流与直流电网仿真技术研究
发布时间:2018-04-18 14:00:00     阅读:716 次     来源:北极星输配电网
  【 悠牛电工电气网 】 模型等效性高、仿真范围大、实时化以及计算资源需求小,不断是 电力 系统仿真技术的开展目的。讨论了柔性直流及直流电网的特性,分离实践工程经历,从运转特性、等效建模、数值计算以及控制系统实验等方面对柔性直流和直流电网的仿真技术停止研讨。在上述研讨的根底上,指出柔性直流与直流电网仿真技术的开展方向是具有多时间尺度、多速率建模与变步长计算才能的数字仿真,以及具有全功用极控/阀控实验才能的功率型数模混合仿真。   近半个世纪以来,随着大功率 电力 电子器件 和控制技术的开展,直流输电也阅历了3个重要的开展阶段:以汞弧阀为根底的直流输电技术,以晶闸管为根底的电网换相换流器高压直流输电(line commuted converter HVDC,LCC-HVDC,含特高压和超高压直流,本文统称常规直流)和以全控型绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)为根底的电压源换流器高压直流输电(voltage-sourced converter HVDC,VSC-HVDC,又称柔性直流)[1-2]。   与常规直流相比,柔性直流不需求交流侧电压支撑,不存在换相失败风险,可对有功和无功停止独立、快速的调理,完成潮流优化配置[3-4]。随着电压等级的提升和损耗的降低,柔性直流取得了越来越多的应用,其主要应用范畴有:1)大范围可再生能源特别是海上风电的发电并网;2)为电网提供快速功率支撑,提升电网稳定性;3)为远间隔孤岛、无源负荷供电;4)大型城市供电;5)直流电网的构建。   截至2016年底,世界范围内已投运的柔性直流输电工程多达31条,最大容量为1000MW,最高电压等级为±350kV;正在建立的工程达20多条,最高电压等级达±525kV,最大容量为3000MW。   柔性直流换流器主要有以下2个技术计划[5]:基于IGBT直接串联技术的两电平/三电平换流器、基于功率子模块级联的模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC),其中MMC具有可扩展性高、技术经济性劣等特性,是目前的主流技术计划,本文提到的换流器均值MMC,柔性直流也均指MMC-HVDC。   由多条柔性直流组成的直流电网是将来电网的一个重要开展方向,可以完成多 电源 供电、多落点受电,完成高比例可再生能源的牢靠接入和大范围能源的互补优化配置。 国际 大电网会议(CIGRE)组织关于直流电网的定义为:由多个网状和辐射状联接的换流器组成的具有直流网孔的能量传输系统[6]。直流电网具有独立的网孔构造,换流站可经过直流线路恣意衔接,并互为冗余,极大地进步了电能传输的牢靠性。   目前,世界各国陆续展开了直流电网工程的规划和建立[6]。欧盟启动了PROMOTioN方案,旨在结合欧洲的企业与研讨机构,针对直流电网拓扑和换流技术、直流电网与风电的交互作用、毛病维护系统以及高压直流 断路器 等若干范畴停止研讨,最终目的是树立一个跨国的海上直流电网平台,聚集欧洲丰厚的海上风电资源;美国于2011年提出“Grid 2030”方案,将采用先进储能和直流电网技术,构建纵穿东西海岸的主干网架,以满足 新能源 电力 开展的需求;中国国度电网 公司 正在建立世界上第1个直流电网工程(张北±500kV/3000MW柔性直流电网示范工程),估计2019年投入运转[7]。 国际 上如CIGRE SC B4成立了多个工作组展开直流电网相关导则制定工作,内容涵盖 网络 架构、应用场景、电压等级序列等,其中多项研讨成果将会以直流电网通用规范模型的方式停止推行,进一步促进直流电网技术的应用[8-9]。   仿真技术作为 电力 系统剖析的必要手腕,历来遭到高度注重。由于柔性直流内部含有数千个具有独立行为的开关器件,换流器内部存在多形态电流和电压均衡控制问题,仿真的计算范围和速度、精度之间的矛盾十分突出。柔性直流组成直流电网后,范围成倍增加,系统的“惯性”极小,招致其 动态 响应快,毛病传播疾速,与交流系统的互相作用十分复杂,从而给仿真研讨带来了严峻的应战[10]。   针对上述问题,本文归结了基于MMC的柔性直流和直流电网的运转特性和开展情况,在与传统输电技术比照的根底上,总结了这种新型输电方式对仿真技术的需求。从运转机理、建模理论、数值计算和 动态 模仿等多个方面研讨柔性直流和直流电网仿真技术,提出了面临的技术应战,为高性能仿真系统的开发及应用提供了研讨方向。   1 柔性直流/直流电网运转特性及对仿真技术的需求1.1 柔性直流对仿真技术的需求   1.1.1 柔性直流对机电暂态仿真的需求   剖析柔性直流与交流电网的互相作用,首先要树立柔性直流的潮流模型,计算其稳态运转参数。再开发更细致的柔性直流模型,停止小扰动和大扰动剖析,其中小扰动用于研讨交直流静态稳定性,如低频振荡等,大扰动则用于研讨毛病后交直流系统的 动态 特性。   柔性直流的机电暂态建模思绪与 发电机 相近似,只是对参数给定方式和仿真步长的请求存在区别。小扰动和大扰动剖析运用的柔性直流细致模型是相同的。   1)柔性直流的潮流模型,能够等效为PV或PQ节点,依据运转方式不同而选择。   详细建模时,上述PV或PQ节点应经过可控电流源来完成,计算式及详细的电流参数经过预先设定的有功/无功功率直接计算得出。假如换流站采用定交流电压控制,则经过给定的交流电压计算出相应的无功功率,调整电流源的给定值。传统 发电机 的潮流模型普通为PV节点或均衡节点,常规直流则通常等效为交流系统的恒功率注入。 新美广告 公司 :http:///

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