火電直流孤島系統(tǒng)頻率控制策略研究.pdf

1、高壓直流輸電(HVDC)因其經(jīng)濟(jì)性和快速靈活、高度可控的特點(diǎn)，在大型能源基地向負(fù)荷中心的遠(yuǎn)距離輸電中應(yīng)用非常廣泛。若高壓直流輸電運(yùn)行時(shí)的送端系統(tǒng)主要由火電機(jī)組（群）組成而與交流主網(wǎng)無(wú)電氣聯(lián)系，則稱為火電直流孤島運(yùn)行，該系統(tǒng)則稱為直流孤島送出系統(tǒng)。直流孤島送出系統(tǒng)有效短路比和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，系統(tǒng)承受擾動(dòng)能力較弱，存在著頻率穩(wěn)定、過(guò)電壓、次同步振蕩等一系列技術(shù)問(wèn)題，造成機(jī)組全停和直流閉鎖的可能性大大增加，給含大量熱力生產(chǎn)過(guò)程的火電直流孤島運(yùn)行穩(wěn)

2、定控制、系統(tǒng)和設(shè)備安全及工程決策帶來(lái)了巨大的困難。
　　隨著我國(guó)國(guó)內(nèi)大型火電基地的集中開(kāi)發(fā)和遠(yuǎn)距離外送以及國(guó)際電力能源的引進(jìn)，受當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)規(guī)模、系統(tǒng)接入條件等因素限制，火電直流孤島系統(tǒng)研究和試驗(yàn)的現(xiàn)實(shí)意義和重要性日益凸顯，而國(guó)內(nèi)外尚沒(méi)有火電直流孤島系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。以往對(duì)于直流孤島系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的研究主要依賴于接入實(shí)際直流控制保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真或采用詳細(xì)直流控制保護(hù)電磁暫態(tài)模型的離線仿真，采用窮舉法進(jìn)行交直流故障研究從而得到該系統(tǒng)的實(shí)際

3、控制效果，采用試探法進(jìn)行控制系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化，因而存在耗時(shí)長(zhǎng)、投入成本高的問(wèn)題，對(duì)于控制穩(wěn)定性結(jié)論和認(rèn)識(shí)存在盲區(qū)，無(wú)法從定性和定量?jī)煞矫嬲嬲笇?dǎo)工程實(shí)踐。
　　本文首先從基本物理概念出發(fā)，揭示了火電直流孤島系統(tǒng)頻率特性問(wèn)題的物理本質(zhì)，對(duì)直流輸電系統(tǒng)、汽輪機(jī)組、伺服系統(tǒng)等分別進(jìn)行了簡(jiǎn)化建模，降低了火電直流孤島系頻率控制閉環(huán)系統(tǒng)的階數(shù)，從而建立了等效的與實(shí)際系統(tǒng)特性一致的火電直流孤島系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型，針對(duì)火電機(jī)組一次調(diào)頻、直流附加控制等

4、不同控制策略和參數(shù)配合，基于根軌跡分析進(jìn)行了火電直流孤島系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性研究及優(yōu)化控制系統(tǒng)參數(shù)，揭示孤島系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性機(jī)理。
　　考慮到電力系統(tǒng)和設(shè)備的安全性，實(shí)際運(yùn)行中的火電機(jī)組和直流系統(tǒng)的控制復(fù)雜性，本文以±500kV呼遼直流輸電工程孤島送出系統(tǒng)為例，建立了反映包括送端系統(tǒng)各發(fā)電機(jī)組、交流線路、直流系統(tǒng)等實(shí)際特性的詳細(xì)準(zhǔn)確電磁暫態(tài)仿真模型，通過(guò)交直流故障仿真分析，從三個(gè)方面研究揭示火電直流孤島系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵性問(wèn)題，一是穩(wěn)態(tài)或正

5、常操作時(shí)滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率控制指標(biāo)的要求，二是N-1故障等無(wú)安控措施下的火電直流孤島系統(tǒng)恢復(fù)能力及頻率波動(dòng)范圍滿足機(jī)組設(shè)備等頻率控制要求，三是嚴(yán)重故障下配合安控措施的孤島系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性問(wèn)題，并給出了不同控制參數(shù)及配合下的火電直流孤島系統(tǒng)運(yùn)行條件和運(yùn)行控制策略。
　　針對(duì)直流輸電工程建設(shè)發(fā)展過(guò)程產(chǎn)生的單臺(tái)火電機(jī)組與直流系統(tǒng)直接配合啟動(dòng)的需求，考慮汽輪機(jī)組、直流系統(tǒng)等各方面設(shè)備的能力和安全問(wèn)題，研究了二者配合啟動(dòng)過(guò)程中由于響應(yīng)特性不

6、同而產(chǎn)生的頻率穩(wěn)定性問(wèn)題。由于火電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)鍋爐及汽輪機(jī)的限制，很難在并網(wǎng)時(shí)初負(fù)荷從零直接提升配合啟動(dòng)直流，因此論文從兩方面考慮，綜合解決直流啟動(dòng)對(duì)火電機(jī)組并網(wǎng)初負(fù)荷的要求:一是采取措施進(jìn)一步降低直流啟動(dòng)功率，另一方面提高機(jī)組帶初負(fù)荷的能力，并對(duì)不同汽輪機(jī)組控制器的啟動(dòng)效果、機(jī)組與直流配合時(shí)間等方面進(jìn)行了仿真論證。
　　本文提出的研究方法為后續(xù)直流工程建設(shè)和運(yùn)行中可能出現(xiàn)的孤島運(yùn)行方式的選擇奠定了理論基礎(chǔ)，為未來(lái)大型火電基地的