中国电源学会

电源科技奖获奖展示 | 二等奖：大水电送端异步电网频率精确实时仿真与多直流协调控制技术

更新日期：2019/11/19 10:00:33 浏览量：621

完成单位：南方电网科学研究院有限责任公司、中国南方电网电力调度控制中心、北京四方继保自动化股份有限公司主要完成人：郭琦、廖梦君、袁艺、李书勇、梅勇、郭海平、朱益华项目亮点 针对大水电送端异步电网（典型如南方电网的云南电网、国网的川渝电网）的频率分析与控制难题，研发了适用于大电网频率精确实时仿真的大型水电机组调速系统非线性实时仿真器、反映大电网负荷响应特性的动态负荷实时仿真模型，提出了基于多回直流协调控制的电网频率稳定控制方法，研发了基于 WAMS 广域信息的异步互联电网频率稳定控制与超低频振荡抑制系统。项目介绍本成果依托南网公司科技项目“多直流孤岛馈入系统协调控制特性实时仿真研究和工程应用”（项
目编号： K-KY2014-035）与“面向交直流互联电网暂态分析的广义负荷区域动态特性 RTDS 仿真研究与开发”（项目编号： WYKJ00000011），针对大水电送端异步电网（典型如南方电网的云南电网、国网的川渝电网）的频率分析与控制难题，研发了适用于大电网频率精确实时仿真的大型水电机组调速系统非线性实时仿真器、反映大电网负荷响应特性的动态负荷实时仿真模型，提出了基于多回直流协调控制的电网频率稳定控制方法，研发了基于 WAMS 广域信息的异步互联电网频率稳定控制与超低频振荡抑制系统，成果包括：
1、研发了反映水电机组频率响应的调速系统非线性仿真模型，精确模拟了调速器、水轮机以及压力引水管道水锤效应的控制与物理动态响应全过程。基于高性能多核计算机开发了水轮机调速系统实时仿真器，实现与大电网实时仿真系统（如 RTDS）的跨平台混合实时仿真。同时，通过自定义建模方法开发了反映交直流电网频率动态特性的负荷模型。基于上述混合实时仿真方法，实现了大水电送端电网频率的精确仿真。在金中直流孤岛机网协调研究项目中，基于上述仿真方法准确模拟了金中直流被动孤岛的运行特性，并提出了调速控制策略优化措施，为现场孤岛调试和孤岛运行提供了支持。2、基于频域法分析了电网超低频振荡负阻尼特性，提出了大水电直流送出电网直流定功率控制模式“刚性”负荷特性、水轮机组水锤效应、调速闭环控制系统过大死区引起的负阻尼机理，以及振荡模式的稳定分析等效模型。在云南异步联网系统性整体验证以及金中直流被动孤岛调试工作中，针对现场的超低频振荡问题，分析了调速系统关键参数对系统频率振荡的影响，成功复现了现场振荡现象，为控制策略优化提供理论与仿真依据。3、提出了基于实时运行状态的多回直流送、受端相互影响因子的多直流协调控制功率紧急支援策略，以及面向电网超低频振荡的直流功率 PD 调制广域阻尼控制方法，研发了基于 WAMS 广域信息的多直流协调控制系统，协调4、回直流输电系统以提高大水电送端异步电网频率稳定性。基于协调控制系统，实现了直流闭锁等严重扰动后 3s 内稳定送端电网频率在±0.1Hz 内，以及对大水电送端电网超低频振荡的监视并在 2 个振荡周期内有效抑制振荡。
项目获得授权专利10项（其中发明专利3个）、软件著作权1项，发表论文13篇，研究成果在云南
异步电网的调度运行分析以及安全稳定控制等领域得到了应用，有效支撑了南方电网的安全稳定运
行。项目成果具有很好的推广应用前景， 研发的模型和控制系统可推广至含高比例水电送端电网机
网协调控制、系统安全稳定分析与控制等多个领域。项目图片<img src="http://file.cpss.org.cn/Resource/UploadFile/6371305396830727566206343.png" title="序号12_12_2_系统.png" alt="序号12_12_2_系统.png" width="350" height=""/>    <img src="http://file.cpss.org.cn/Resource/UploadFile/6371305396831998152977098.jpg" title="序号12_12_3_设备.jpg" alt="序号12_12_3_设备.jpg"/><img src="http://file.cpss.org.cn/Resource/UploadFile/6371305396832584322977098.png" title="序号12_12_4_产品图.png" alt="序号12_12_4_产品图.png" width="380" height=""/>项目完成单位 1. 南方电网科学研究院有限责任公司南方电网科学研究院有限责任公司是项目负责单位，牵头开展基础理论研究、关键技术研发，设计研制水轮机调节系统实时仿真器、多直流协调控制系统，负责成果推广应用。2. 中国南方电网电力调度控制中心中国南方电网电力调度控制中心参与项目成果推广应用、技术研发。3. 北京四方继保自动化股份有限公司北京四方继保自动化股份有限公司研制了WAMS的流协调控制系统。第一完成人简介    <img src="http://file.cpss.org.cn/Resource/UploadFile/6371305396833266678747852.jpg" title="序号12_12_1_郭琦（南方电网科学研究院有限责任公司）.jpg" alt="序号12_12_1_郭琦（南方电网科学研究院有限责任公司）.jpg" width="300" height=""/>   郭琦   南方电网科学研究院电网仿真与控制技术研究所所长项目第一完成人郭琦为南方电网科学研究院电网仿真与控制技术研究所所长，南方电网公司高级技术专家，国际大电网组织CIGRE B4第74工作组组长。获2016年度中国电力优秀青年工程师，获省部级科技奖5项，共发表SCI/EI学术论文20余篇，获得授权国家专利和软件著作权100余项（29项发明专利授权、75项实用新型专利授权），长期从事复杂大电网运行分析与控制技术研究。

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