大规模新能源馈入电网直流主动支撑和直流大母线技术

大规模直流馈入受端电网面临的挑战与应对技术

1. 大规模直流馈入受端电网面临的挑战

• 研究背景：新型电力系统下，受端电网电源结构变化，海上风电、本地新能源和区外直流占比逐年提高，导致系统惯量降低，面临频率和电压双重稳定风险。
• 挑战表现：低惯量导致频率支撑不足，大幅跌落风险突出；低强度导致暂态无功支撑能力削弱，新能源脱网风险增加。
• 应对关键技术：稳定性分析技术、柔性直流主动支撑控制技术、直流大母线构建技术。

2. 大规模直流馈入受端电网的稳定性分析技术

• 新型电力系统频率特性评估：区分正常态和故障态，评估等效惯量因子、调频能力、能量缺失和功率冲击对频率的影响。
• 新型电力系统强度评估指标：引入电压刚度（Kvtg）量化柔直电压支撑贡献，0.95以上为强系统，0.9以下为弱系统。
• 面向新型电力系统的机电暂态仿真计算方法：提出变流器抗扰动能力分析方法，证明PLL抗频率扰动能力强，适用于低短路比系统；建立柔性直流和新能源场站等值建模方法。
• 仿真计算体系：覆盖VSC、光伏、风机和储能的机电暂态模型，基于时空特性拟合的大规模新能源场站等值建模方法。

3. 柔性直流主动支撑控制技术

• 技术基础：柔直具备主动支撑能力，可提升电网稳定性。
• 频率主动支撑：分析柔直在不同控制模式和过负荷能力下提供频率支撑的作用，提出贡献度评估指标，评估效果。
• 电压主动支撑：利用柔直短路电流控制能力，实现短路电流抑制与电压支撑均衡，通过序分量控制实现电压主动支撑。
• 实际工程应用：受端换流站以定直流电压为主，通过通信传递频率变化信息，协调送端电源有功功率输出。

4. 构建直流大母线的关键技术

• 新能源基地外送发展方式：分为点对点风光火打捆、点对点柔性直流输电、基于直流大母线的柔性直流电网三个阶段。
• 应用场景：西电东送直流互联、一带一路多国互联、海上风电广域汇集与消纳。
• 关键技术：
  • 直流汇集送出技术：采用直流汇集避免交流汇集的稳定性问题，光伏阵列经中压/高压直流线路汇集升压至高压/特高压。
  • 直流变压技术：隔离型单相模块化多电平DC/DC变换器和自耦型高压大容量直流变压器，实现变压与故障隔离。
  • 多端口直流断路器：具备故障限流和快速故障清除能力，经济性优越。
  • 直流潮流控制技术：通过级联子模块调节多条直流线路上的潮流，模块化和易于扩展。

5. 结语

• 核心观点：新型电力系统下，大规模直流馈入受端电网面临低惯量、低强度等安全稳定性风险。
• 关键数据：例如，低短路比运行能力分析显示PLL抗频率扰动能力是PSL的400倍；不同通信延时下，30mS通信延时会削弱约5%惯量支撑效果。
• 研究结论：提出电压刚度下的新型主动支撑特性评估方法，基于柔性直流系统提出频率主动支撑、电压支撑均衡控制等方法；直流大母线依托全直流汇集、直流变压器、多端口断路器、直流潮流控制器等关键技术，为系统安全运行提供支撑。