新的动态性能400千伏直流输电工程.doc

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1、新的动态性能400千伏直流输电工程StorebaeltS. P. Teeuwsen, C. Rasmussen, H. Abildgaard摘要 - 400千伏Storebaelt转换器是一个新的单极高压直流输电工程直流之间建立了第一个西方和电力系统的丹麦东部的联系。新的联网是能够在两个方向上传输600 MW机组投入商业运行，并会继续在2010年4月。在这项研究中，一对丹麦电力系统电力系统包括新的高压直流输电联网Storebaelt稳定性进行分析。使用的高压直流快速可控性，它可以提高电力系统使用的直流特殊调制功能。指数条款 - 互联电力系统，电力系统稳定，高压直流输电，快速功率控制，功率调制，

2、变频调速，应急电源控制.一 引言400千伏Storebaelt转换器是一个新的单极高压直流（直流）输变电工程建立了第一个西方之间的高压直流输电和电力系统的丹麦东部的联系。该Storebaelt直流联网工程已经通过多年的讨论之后。该项目也被称为大贝尔特直流，但是，这份文件是指正式项目名称Storebaelt直流转换器。丹麦电力系统发生了很大变化，在过去，由于可再生能源和由于几个老电厂退役数年的高普及率。这些变化使高压直流联网技术和经济优势。新的联网是能够在两个方向上传输600 MW机组投入商业运行，并会继续在2010年4月，1和2。在此特别感兴趣的是，西区和东区电网运行不同步。在这项研究中，一对

3、丹麦电力系统电力系统包括新的高压直流输电联网Storebaelt稳定性进行分析。除了西部和东部的丹麦电力系统的一部分，这项研究还考虑到已经存在的丹麦与邻国直流互联。这些直流互连即斯卡格拉克海峡1 - 3到挪威，孔季- Skan 1和2到瑞典，德国和Kontek。使用的高压直流快速可控性，它可以提高电力系统使用的直流特殊调制功能。在设计和直流转换器的Storebaelt这些调制功能与性能分析和系统连接的交流互动，是本研究的主要任务。此外，在丹麦电力系统的直流输电环节的相互作用是认真研究。因此，研究包括以下主要内容：供额外的高压直流输电控制调制功能的设计，以提高系统的性能。这种调制频率控制器的功能

4、是提供辅助频率控制服务，紧急权力运行起来，跑回来的职能和权力的限制功能。在时域进行的研究是不同的负载流量情况和故障情况，以检查在高压直流互联电力系统的影响。二 丹麦电力系统在丹麦拥有和传输系统是由Energinet.dk 经营2，丹麦传输系统操作员（曹）。电力系统包括两个传输系统，属于不同的同步领域。在丹麦西部电力系统部分包括日德兰半岛和菲英岛中的传输线路。该系统已连接了400千伏和220千伏交流线路向德国和同步操作，因此在与UCTE系统3。在丹麦电力系统中东部部分包括新西兰的输电线路和岛屿南新西兰。该系统已连接了400千伏和132千伏交流海底电缆，瑞典和同步操作，因此与诺德尔系统4。西方系统

5、有两个瑞典直流互联，孔季- Skan杆1（380兆瓦）和极2（360 MW）和3个高压直流互联挪威，斯卡格拉克海峡杆1（250兆瓦），2杆（250兆瓦）和极点3（440兆瓦）。东部有一个高压直流输电系统联网，以德国，Kontek杆1（600兆瓦）。丹麦电力系统的特点是分布式电源，如风力发电和热电联产（CHP）电厂高渗透。在西方的制度，风力发电普及率为200，这是作为最大的风力发电负荷由最低消费分为生产计算，而在东部风力发电系统的渗透率为85。至于卫生防护中心，普及率是136的西方制度和东区系统74。为了提供足够的短路容量在电力系统和惯性，至少有三个中心发电站的运作必须在任何时间，在西部和东部的

6、系统，分别为。下表总结了在丹麦电力系统中安装发电。西东中央电厂M34003800地方热电联产电厂M17006风力发电厂M24007风力发电的渗透%6535-85卫生防护中心渗透%46-25-74表1 安装的发电在丹麦电力系统该Storebaelt换流不仅是地区之间不同的同步联网，但它也是西方之间和电力系统的丹麦东部第一联网。所研究的网络覆盖在丹麦输电网以及附近的电力系统等值。下面的数字，提供更多关于丹麦的输电网信息。图1 丹麦电力系统及互连周围邻国水库：斯卡格拉克海峡高压直流输电，堪萨斯州：孔季- Skan高压直流输电，KT公司：Kontek直流三 直流互联的新STOREBAELT该Store

7、baelt换流连接到400千伏交流输电系统在两个换流站。在西方丹麦，直流输电终端连接到弗劳德变电站和东丹麦，直流输电终端连接到赫斯莱夫变电站。该链接是专为高压直流输电单极通过在400千伏直流电缆连接。该电缆由一个30公里长，二10陆上电缆和16公里的长度，分别海底电缆。标称功率传输600双向工作毫瓦一两小时1 660兆瓦的过载能力。高压直流输电系统的控制电流幅度控制。据此，逆变器控制的直流电压和直流电流整流控制。变压器分接开关的控制是用来保持在整流器的射击角度，并在逆变器消光角在有限的range.For谐波性能优化和无功功率支持，无论是换流站交流滤波器是4分85银行装备MVAR的连接到400千

8、伏母线。这些过滤器分银行管制，以保持一定的交流系统无功功率交换，但它们也可用于交流电压控制用在转换器终端。四 网络模型和潮流情景该Storebaelt直流联网操作设计与现有高压直流互联和分布式发电的大型股份合作，即风力发电和热电联产在丹麦电力系统。为了设计的Storebaelt互连，为进行调查，以获取整个系统稳定的最关键的和严重的情况下动力系统的研究。为此Energinet.dk开发了丹麦的电力传输网的连接的是在德国的邻国的输电网等值简化网络模型的目的，挪威和瑞典。由于一个可能的场景非常大的潮流在实际电力系统数字，它是不可行的涵盖了所有这些情况的计算机模拟。因此，决定把重点放在四个不同的负载流

9、指定一个方案，乙，C和D这些情况代表着对新Storebaelt与输电网直流输电系统动态特性的评估最严重的经营情况。这些方案包括潮流与高峰负荷，大热发电方案A，南正在进行的过境（电源来自挪威和瑞典进口和电力出口到德国），方案B与轻载和当地卫生防护中心及大型风力发电以及情景C与轻载和低短路水平。此外，一个非常特殊的方案D是考虑下述情形之一的西部或东部的部分是网络断开UCTE和诺德尔，分别同步区。换句话说，丹麦和德国之间的所有西方交流互连断开。另外，丹麦和瑞典之间的东区互连断开所有交流。只有直流互联留在运作。在这个“孤岛”的运作，该Storebaelt换流的贡献，频率控制是具有重大意义。指定情景见图

10、2。方案A：高峰负荷中心电厂：高风涡轮机：低当地卫生防护中心：中方案B：低负荷中心电厂：低风涡轮机：高当地卫生防护中心：高方案C：低负荷中心电厂：低风涡轮机：无当地卫生防护中心：无方案D：低负荷，岛中环发电厂：低风力涡轮机：无当地卫生防护中心：无流动方向对现有高压直流输电线路：在新的高压直流输电在线流动方向：在现有的暖通空调在线流动方向：图2 潮流情景将用于动力系统稳定性的研究对于时域仿真和动态系统稳定性分析，电力系统建模的仿真程序DigSilent PowerFactory。该模型包括：根据以上所述传输水平丹麦完整的电源系统动态德国（UCTE）和瑞典（诺德尔系统等值） 约250名包括火电厂发

11、电机单位，地方热电联产厂，和风力发电机组自动电压调节器（AVR），水轮机调速器，并为最发电机保护继电器单位输电线路和高压交流电网（400千伏和150千伏西丹麦，220千伏线路向德国，400千伏，132千伏，50千伏和丹麦东部电网线路变压器）动态负荷模型稳定性模型的高压直流输电环节斯卡格拉克海峡，Kontiskan和Kontek稳定性模型的高压直流换流Storebaelt包括所有有关的西门子控制和驱动控制技术实现的功能五 作者直流输电链路控制职能下面的小节描述简单的控制功能，这是详细的仿真模型。这些功能包括，如转换器控制标准的控制功能，变压器分接开关的控制，交流电压控制和保护电路。此外，一些特殊

12、的控制电路为蓝本，如频率控制器和一个应急电源自动功率RUNBACK工况和电源控制电路的限制。A. 换器控制转高压直流输电系统的控制电流幅度控制。据此，逆变器控制的直流电压和整流控制在正常条件下的直流电流。在交流或直流故障，在直流电压的情况和/或交流方将下降，从而使逆变器电压控制开关可能从目前的控制或以任何角度的控制。整流器通常总是工作在电流控制模式。该控制电路为蓝本的这项研究包含所有如设置点，限制，时间常数，西门子等在技术和驱动控制，这将是在物质转换器控制实现使用的有关参数。B.变压器分接开关控制变压器分接开关控制始终是在角控制模式。据此，整流器的发射角度和逆变器消光角的控制，以保持在一间最大

13、和最小角带。如果离开这个角度超过10秒，第一次出现带攻。进一步水龙头切换的时间延迟10秒，如果需要。角度的限制是整流器和逆变器不同。C.交流电压控制使用高压直流输电系统该转换器的控制功能提供了一个过滤器来控制银行和无功功率开关元件的交流母线电压的直流输电系统。在交流电压控制是作为对无功功率控制，它控制的空调系统无功功率交换替代。该开关的限制将被调整的一个最大和最小设定值。无功分银行开关或随时间延迟了，如果交流电压低于或超过预定义的阈值电压，分别为。因此，两者之间的换流站实现自动脱钩没有任何的直流电压和直流电流产生重大影响。此外，交流过电压限制控制实施。一旦测量交流电压超过过压极限一定，无功分银

14、行开关关闭后一段时间延迟。有几个独立的过电压限制了快，慢分银行人次。一般来说，过电压越高，时间越短，行程延误。D.变频调速随着高压直流互联电力系统的计划，只在一个可控制系统频率或频率偏差至少可以限制由活跃的直流功率调制。这意味着在两个换流站的频率不能在同一时间控制在如下面的示例显示了额定频率：据推测，在交流系统一转换器工作作为整流器，而系统频率是作为一个大负载损耗而增加。交流系统1频率控制器将增加直流电源秩序。因此，在交流系统频率1跌幅再次面值。在交流系统2，系统的频率将会增加注入功率的增加的结果。如果空调系统2频率控制器，以及活跃的直流电源订单减少，因为现在是第二次在逆变器模式下运行。这又增

15、加了系统1的频率。这个例子显示了一个系统，变频调速始终对其他电力系统帐户发生。这意味着，调制频率控制权始终是取自其他交流系统，如果两个动力系统是分开的。从这个结论可以得出该频率控制是最有效的，当系统之一，是比较薄弱的其他交流系统。在这种情况下，在弱系统的频率可以被控制使用，而在较强的高压直流输电系统频率偏差仍然相对较小。考虑到上述方面的互联网络的系统频率控制的基础上，测量频率误差只有两个网络之一。该Storebaelt频控制器自动变为活动只要在控制电源系统频率偏差超出预定的死区的+ / - 第10兆赫。正如Energinet.dk指定，频率控制器被设计成一个简单的比例控制器。在这项研究中，50

16、兆瓦/赫兹使用控制器增益。该控制器的输出信号的频率将被添加到直流电源秩序。在方案A至C，从频率功率信号控制器被限制为一个+ / - 10兆瓦的最大贡献力量秩序。在方案D，控制器增益提高到200兆瓦/ Hz和最大的贡献提高到+ / - 40兆瓦。E.紧急功率控制和自动功率运行返回函数应急电源控制和自动功率跑回功能要求，以支持在涉及发电或负载损耗紧急情况下的系统频率。应急电源控制和自动功率跑回职能主要影响系统频率。频率控制使用当地现有的系统频率（在两个换流站的测量），控制和平稳的频率不断升温，而功能，通常需要一个外部触发信号。因此，快速，变电站之间的交流和直流输电可靠的电信必须可用。在这项研究中，

17、一个紧急电源控制功能是用来限制发射功率，最高为查明情况和故障情况下，如果权力的限制是必要允许的功率水平。如果被调查的故障时需要电源的限制，以确保保存和稳定的系统运行后，故障清除，这是本研究的一部分，以确定最大功率水平。有了这些信息，适当的触发信号可以被定义。权力限制应用到作为直接权力与权力秩序非常快斜率减少直流环节。在此假设提供适当的信号。六 对电力系统时域研究为了检查联网系统，包括高压直流换流Storebaelt和Storebaelt直流控制器频率的影响暂态稳定，时域仿真的研究潮流下的所有场景表现。对于时域模拟，正常的故障切除时间假定为100毫秒的400千伏电网。多相不使用自动重合闸。本研究

18、的断层在审议涉及两个丹麦电力系统，并在瑞典和德国电力系统输电线路3条不同的三相交流故障的情况。下面的小节描述了几个选定的模拟运行的结果。A. 方案B，在西方丹麦故障在第一个例子中，Storebaelt直流输电链接工作于东600兆瓦额定功率从西。全部4交流滤波器分银行服务在两个换流站。频率控制是丹麦西活跃。然后，3 - 在在西方系统换流站附近400千伏输电线路相故障进行了仿真。清除故障后，在西方系统电压低于预故障电压，因此，整流变压器的运行，直到换水龙头调整约10秒后，故障清除二次电压在最低射击角度。但是在最低射击角度的运作，权力移交是稍低于额定功率。随着新的水龙头位置，整流器操作可以恢复到60

19、0兆瓦额定功率高于最低射击角度和权力移交。本例的仿真结果显示在图3和4。B. 方案A，在瑞典故障在这个例子中，Storebaelt直流输电环节的运作从东到西600千瓦额定功率。全部4交流滤波器分银行服务在两个换流站。频率控制是丹麦东活跃。在下面，有一个很严重的3相就在瑞典的一个400千伏输电线路故障进行了模拟。据此，两个单和一个双回路400千伏输电线路断开自动重合闸没有。这些行之一是丹麦和瑞典之间的大联网。其结果是大大削弱了丹麦的电力系统和直流输电环节的Storebaelt减少直接权力是必要的，为了保持在东部电力系统的稳定。由于减少了高压直流输电功率300兆瓦，转换器的无功功率的需求也下降。因

20、此，在过滤器分相同数量的银行在运作，更可以提供无功功率的空调系统的恢复显着改善。模拟结果显示在图5和6。图3 电压，真实，并在无功功率的高压直流输电（方案B，在西方丹麦故障两站）图4 频率偏差的Storebaelt在高压直流输电干线及从频率和功率控制器（方案B，在西方丹麦两站故障信号调制）图5 电压，真实，并在无功功率的高压直流输电（方案A，在瑞典的断层带，码头）图6 频率偏差的Storebaelt在高压直流输电干线及从频率和功率控制器（方案A，在瑞典故障信号调制两种码头）C 方案D，故障在丹麦西部在这个例子中，一个在丹麦附近的高压直流输电链路Storebaelt西方部分400千伏输电线路3

21、- PH传感器故障进行了模拟。结果显示在图7和8。该网络的组成部分，是西方孤岛，只有直流互联到瑞典和挪威都在。高压直流输电环节运作的Storebaelt从东到西600千瓦额定功率。图7 电压，真实，并在无功功率的高压直流输电（方案D，在西方丹麦故障两站）图。8。频率偏差的Storebaelt在高压直流输电干线及从频率和功率控制器（方案D，在西方丹麦两站故障信号调制）图9 电压，实时，无功和丹麦都在东部的高压直流输电（方案D，故障码头）图10 频率偏差的Storebaelt在高压直流输电干线及从频率和功率控制器（方案D，在丹麦东部故障信号调制两种码头）交流滤波器全部4分银行服务在西方转换器终端。

22、在东码头，3滤子银行服务。频率控制是丹麦西方，“孤岛”电力系统的一部分活跃。仿真结果如图7所示，8表明，暂态稳定，是维护和系统恢复到一个新的稳定稳态运行。D 方案D，故障在丹麦东部在这个例子中，一个在丹麦东部靠近Storebaelt高压直流换流站部分输电线路三相故障仿真。该网络的东部地区是孤岛，只有德国是直流联网运作。高压直流输电环节运作的Storebaelt从东到西600千瓦额定功率。全部4交流滤波器分银行服务在西方转换器终端。在东码头，3滤子银行服务。频率控制是丹麦东，这是“孤岛”电力系统的一部分，在这个例子中活跃。模拟结果显示在图9和10。该图清楚地表明，频率调制控制器立即提供额外的权力

23、，以保持在电力系统标称频率。由于控制器的输出信号的频率是有限的，该调制功率的贡献也是有限的。七 结论至于在高压直流输电系统的Storebaelt都换算终端的互联电力系统，母线电压的安全运行和故障后的恢复行为具有特殊的利益。另一个重点是对系统频率和频率控制器的Storebaelt响应。此外，电力系统振荡可能发生故障后，结算及其他高压直流输电在电力系统中的链接可能的相互作用进行了分析。从研究结果，可以得到以下总结：该Storebaelt频率控制器工程完全按预期。与该控制器的设置，有没有控制器振荡。发射功率由调制频率控制器根据系统频率偏差，如果转换器是不是在限制（功率/电流操作）。此外，没有任何力量

24、弱阻尼振荡，无论是在西方的制度，也没有在东区制度。任何振荡故障清除后观察有足够阻尼和转子角稳定是在研究所有情况下保存。基于交流制度，规定由Energinet.dk（潮流，稳定状态数据，模型和动态模型等）的故障结果和/应急方案表明，将不会出现不稳定，而空调系统落户到新的稳定条件。对于大多数的情况下，暂态稳定，是没有任何需要保留Storebaelt直流紧急功率控制。只有对极少数极端紧急情况，紧急电源控制功能，可被定义。但是，必要的输入信号和触发功能，必须小心选择。此外，设置必须与保护相协调，并在网络中其他设备的访问交流应急电源的设置和实施其他直流环节的控制功能，必须考虑。八 参考1 2 http:

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26、会议会议，巴黎/法国，8月29日 -2004年9月3日9韦斯特韦尔，吨，价格，杰杰，“巴士林直流输电中继 - 系统设计的思考”，复会议出版物的2006年，麻木513，页121-12410肖汉，印表机库恩，米，库马尔，博士，Klz，甲，里德尔，体育，“基本设计方面的伯利亚- Bhiwadi 2500MW高压直流输电系统”，2008年亚太电协大会，第17届会议的电电力供应业，澳门特别行政区，中国，10月27日至31日，2008九 履历西蒙Teeuwsen（1976年）收到他的硕士工程师。学位2001年Duisburg-Essen/Germany大学电机工程。在他的学业，他去了一年的交换学生在华盛顿

27、，西雅图，在那里他完成他的大学毕业论文于2000年。在2001年后，他返回德国，他加入了于Duisburg-Essen/Germany，在那里他获得了博士学位，2005年大学电气动力系统部。2005年，他被授予与巴西尔帕帕迪亚斯奖最佳学生论文在IEEE力成2005年会议在俄罗斯圣彼得堡。自2005年以来，他一直为西门子公司的高压直流输电领域的埃尔兰根，德国。他的主要兴趣是科学的高压直流输电的重点，电力系统稳定性和控制，模拟和电力系统动态模拟，以及交，直流系统的相互作用。他是VDE和VDI的成员。卡斯滕拉斯穆森（1970年）收到他的硕士从丹麦技术大学学位1997年，他的博士度在2000年。自2001年以来，他一直由丹麦曹，Energinet.dk，在那里他一直工作在传输署及规划署主要与电气系统的静态和动态方面的工作，就业。汉斯Abildgaard（1968）Energinet.dk是，部门系统的分析。他毕业于奥尔堡大学，获理学硕士电气工程学士学位，1994年。他参与了一般电力系统的分析和动态，特别是电力系统建模。他是在数个国际工作组内诺德尔参与，UCTE和国际大电网会议。