P-Q强耦合交直流混联受端电网吸引域迁移特性研究

Research on transient stability of receiving-end power grids with multi-infeed HVDC is one of the most significant topics in the field of power system nowadays. The coupling of active and reactive power in this type of grids is very strong, resulting in the interweaving of transient rotor-angle and voltage stability, and the difficulty in separating one from the other. A holistic exploration on both aspects is needed. However, existing works on the mechanism of this problem from a global perspective are not adequate. Thus, transient stability of receiving-end power grids, including rotor-angle and voltage stability, is investigated comprehensively in this project based on the domain-wise method. Comprehensive model of receiving-end power grids with multi-infeed HVDC and induction motor loads is used, which adequately reflect the strong coupling of active and reactive power in order to give a global consideration to both rotor-angle and voltage stability. The special property of the system’s states at the end of faults in receiving-end AC grids is investigated, and the local boundary of attraction domain is calculated based on the improved homotopy continuation method. The influence on the attraction domain boundary of reactive power injection is analyzed, and the law of attraction domain boundary’s transport is studied. Based on the foregoing finding, methods for dynamic reactive power compensation configuration and HVDC control parameters adjustment are put forward against security problem in large scale HVDC power recovery. The achievement of this project is of great significance to reasonable configuration of dynamic reactive power compensation and adjustment of HVDC control parameters in order to improve the transient stability of receiving-end power grid with multi-infeed HVDC.

含有多回直流馈入的交直流混联受端电网的暂态稳定性问题是当今电力领域最重要的研究课题之一。这类电网有功、无功耦合性强，暂态功角稳定性问题与暂态电压稳定性问题相互交织、难以分割，需要采取综合的方法进行研究。目前全局层面的机理性研究尚不多见。本项目拟采用基于域的方法，研究综合功角稳定性与电压稳定性于一体的暂态稳定性问题。建立充分反映有功、无功强耦合性的，含有多回直流馈入的交直流混联受端电网的数学模型，综合考虑暂态功角稳定性和暂态电压稳定性约束。分析受端电网故障引起系统状态运动的空间特性，利用改进同伦延拓法搜索计算吸引域的局部边界。分析无功注入和直流控制参数取值对吸引域边界的影响，研究吸引域迁移规律。在此基础上，针对大规模直流功率恢复安全性问题提出动态无功补偿配置和直流控制参数调整的方法。研究成果对合理配置动态无功补偿和直流控制参数以提高含有多回直流馈入的交直流混联受端电网暂态稳定性有重要意义。

含有多回直流馈入的交直流混联受端电网的暂态稳定性问题是当今电力领域最重要的研究课题之一。这类电网有功、无功耦合性强，暂态功角稳定性问题与暂态电压稳定性问题相互交织、难以分割，需要采取综合的方法进行研究。本项目首先对多馈入交直流输电系统进行详细建模，并通过电磁-机电双时间尺度仿真，揭示了交直流系统在遭受故障扰动后有功和无功的变化规律，指出了恢复阶段直流电流快速增加和熄弧角超调造成了无功需求的高峰，由此提出了直流低压限流单元参数优化和定熄弧角控制方法，并结合提出的多馈入直流系统渐进错峰有序电压功率恢复指标和考虑直流控制方式的多馈入交互作用因子实用计算方法，指导制定多回直流先后错峰恢复的策略。其次，基于域的方法，确定交直流系统非线性数学模型稳定平衡点的吸引域边界，并利用该边界与故障结束瞬间状态量的位置关系判断扰动后系统的稳定性，发展了基于能量函数分析暂态电压稳定性的方法，在此基础上探讨影响系统稳定性的关键参数对吸引域边界的作用规律并构建参数安全域，进一步利用平方和优化技术实现了含直流换流器控制切换多模式的交直流系统李雅普诺夫函数快速求解，在高维状态空间中求取最大化吸引域全局边界，验证了交直流切换系统多李雅普诺夫函数法的可行性。再者，深入分析了交直流系统常见故障结束时刻系统状态的空间位置特性，并基于对直流功率恢复特性和各控制环节组合方式认识的基础上，提出了无功功率需求峰值的估算方法和无功补偿容量的设计思路。为将无功补偿研究拓展到大系统，还提出了分区确定动态无功补偿地点和容量的方法，使得较传统方案而言，减少了安装地点和规模，提高了经济性，让交直流系统能够更加有序协调恢复。最后，综合考虑无功优化中离散变量与连续变量的协调控制，提出一种适用于并联混合型直流输电系统中的无功协调控制策略，并更进一步地，通过优化无功协调控制策略，实现离散变量与连续变量的动态控制。