送出系统

±400kV海上风电柔性直流输电系统为江苏如东黄沙洋海域三个海上风电场的直流送出系统，该输电系统包括海上和陆上换流站及两站间连接的直流海缆，海上换流站交流侧6回220kV海缆出线，陆上换流站交流侧1回500kV出线，系统直流电压±400kV，直流电流1375A，直流出线1回，承担黄沙洋海域H6（400MW）、H8（300MW）及H10(400MW)三个风电场共1100MW总装机规模的电力输送。本技术产品自2018年开始研究，2021年正式投运，系世界上在运容量最大、电压等级最高的海上风电柔性直流输电系统，系统设计可靠性大于98.51%，系统损耗小于2%，各项性能指标处于世界领先水平，经济社会效益显著。

基于阻抗分析方法，以模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）环流控制为研究重点，对海上风电经柔直送出系统的稳定性影响展开深入研究。首先，采用谐波线性化的方法建立了柔直换流站与海上风电场的阻抗模型，进而推导了计及频率耦合效应的海上风电经柔直送出系统的阻抗模型。其次，基于阻抗稳定判据，揭示了环流控制对MMC阻抗及柔直送出系统稳定性的影响，进而提出了一种基于环流环节的MMC阻抗重塑控制方案。最后，通过RT-LAB硬件在环实时仿真系统，验证了稳定性分析结果的正确性和阻抗塑造方案的可行性。

有研究表明，多机系统发生SSO（次同步振荡）时，机组间具有相近扭振频率。为此，分析了相近频率机组轴系间的交互影响，及系统串补度、机组间电气距离和相近扭振频率对次同步振荡的作用机理。首先，基于特征矩阵，推导两台火电机组并列送出系统的复转矩系数表达式。然后，将单机的简化复转矩系数法扩展到多机系统，推导了双火电机组电气阻尼的简化表达式，分析了其他机组对待研机组阻尼的作用，结果表明，串补度、机组电气距离以及相近扭振频率都会影响到系统阻尼和稳定性。最后，通过算例验证了各影响因素对系统次同步稳定性的作用机理。 Research findings indicate that in multi-unit systems experiencing subsynchronous oscillations(SSO), the units tend to exhibit similar torsional vibration frequencies. Therefore, an analysis was conducted on the interactive effects among shaft systems of units with similar frequencies, as well as the mechanisms of system series compensation, electrical distances between units. Additionally, the paper delved into the mechanisms through which system series compensation, electrical distances between units, and similar torsional vibration frequencies impact the SSO. Firstly, based on characteristic matrices, the expression for the complex torque coefficients of two parallel thermal power units in the system was derived. Subsequently, the simplified complex torque coefficient method for a single unit was extended to encompass multi-unit systems, resulting in a streamlined expression for the electrical damping of dual thermal power units. The analysis further examined the influence of other units on the damping of the target unit, revealing that series compensation, electrical distances between units, and similar torsional vibration frequencies all exert an influence on system damping and stability. Finally, the mechanisms through whi

随着柔性直流输电技术在远海风电的广泛应用，海上换流站接入远海风电场时出现了中频振荡现象，严重危害系统安全稳定运行。为此，提出了一种基于虚拟导纳的中频振荡抑制策略。首先，采用模块化状态空间法建立了海上风电场经柔直送出系统的小信号模型。然后，采用参与因子分析方法揭示了影响中频振荡的关键因素，并分析了各关键因素对中频振荡的影响特性。在此基础上，提出在柔直控制系统中添加虚拟导纳的阻尼控制策略，并基于阻尼控制器对中频、LCL振荡的差异影响划分了控制器参数的稳定域。最后，在Matlab/Simulink中搭建时域仿真模型。结果表明，所提策略在系统不同运行工况下均可有效抑制中频振荡，提高了系统稳定性。

“家定I线三永N-1第6次，3、2、1、故障触发。”“1000千伏、500千伏、220千伏、110千伏、35千伏电压等级的全部母线暂态过电压均未超标！”国网冀北电科院风光储并网运行技术实验室内，工作人员杨艳晨正通报电磁暂态仿真结果。“通过这样一次次仿真分析实验，我们核校了包括张雄特高压‘五变五线’送出系统等关键工程的新能源送出能力，为新能源高效消纳提供有力支撑。”

降低海上风电送出系统成本是促进海上风电资源开发的关键。基于二极管整流送出的技术路线具有良好的经济性，但存在风电场无法黑启动以及系统无法为风电场提供并网交流电压的问题。为了探索基于上述技术路线的更多可行性方法，提出改进的二极管送出系统技术方案，在配置辅助交流线路的基础上，通过在海上端加装无功补偿器或陆上端的柔直逆变器直接参与系统协调配合，可实现风电场的黑启动和稳态功率流向控制。对所提技术方案进行理论分析、系统方案设计和控制策略设计，并在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建海上风电送出系统模型，仿真结果验证了所提2种方案能够满足海上风电的可靠送出。

12月14日，两组高暂时过电压（TOV）耐受的500千伏交流系统用复合外套无间隙金属氧化物避雷器在华北地区白音查干新能源汇集站挂网试运行。这套设备由国家电网有限公司华北分部牵头，华北电力科学研究院、西安西电避雷器有限责任公司共同参与研制，可解决新能源送出系统暂态过电压问题，对于大规模沙漠、戈壁、荒漠风电光伏发电基地建设具有重要推广意义。

当受端交流系统短路比较小时，送端交流系统故障扰动可能会引起逆变器换相失败并在直流送端交流母线处产生过电压现象。针对直流送端交流故障引起送端风电场并网点处过电压的机理和影响因素进行研究。首先，建立风电经特高压直流外送系统的电磁暂态模型；然后，分析不同送端故障下风电场和直流动态特性对风电场并网点处暂态电压影响的机理；最后，对影响风电场并网点暂态电压变化的因素进行分析和仿真验证。研究结果表明，风电场并网点处暂态电压的变化主要受直流整流站交流母线电压以及风电场功率恢复响应特性的影响；风电场容量、风速等因素在单一变化和不同组合下对风电场并网点电压的影响特性存在差异。

项目成果实现了一系列技术创新，其中自主研发了基于Prony在线辨识的水电机组调速器附加阻尼控制器（GPSS），填补了国内外在调速器附加阻尼控制方面的空白，推动了电力行业技术进步。GPSS相关技术成果在中国电力网、南方电网报等媒体发布宣传，提升了南方电网公司及我国在这一领域的技术影响力。 通过项目成果的应用，有效提升了水电机组及其所接入电网的动态稳定水平。项目成果有效提高了相关电厂机组的动稳阻尼水平和一次调频特性，切实减少了调速器频繁进出死区带来的功率波动，从而提高了机组及调速器油气装置的寿命，具有良好的经济与社会效益。随着国内异步联网的推进以及新能源的大规模接入，送出系统的弱阻尼问题将变得突出，因此项目成果具有广阔的市场应用前景。