基于RTDS闭环实时仿真的电网VSC-HVDC黑启动控制策略的改进

随着大规模高压柔性直流工程的投运,制定满足调度运行部门需要的电网黑启动方案对基于VSC-HVDC的电网黑启动的实际工程应用提出了迫切的需求。对实际工程中的黑启动控制策略开展了机理研究,同时对黑启动带目标网架逐级升压充电开展了可行性研究。针对现有控制策略在充电过程中所造成的电压电流冲击,以及严重情况下致使换流器跳闸黑启动失败的案例,提出了优化合闸时序的改进升压控制策略,实现了VSC-HVDC系统黑启动带目标网架的零起升压。首次搭建了以鲁西背靠背VSC-HVDC系统作为外部电源的云南电网/广西电网黑启动RTDS模型,并通过高速通讯接口与实际控制保护装置构成的闭环实时仿真平台,开展了黑启动改进策略的仿真验证,仿真结果证明了所提改进策略的有效性。     

基于VSC-HVDC的黑启动线路工频过电压抑制策略分析

对黑启动过程中,VSC-HVDC带空载长线路所引起的工频过电压问题进行了研究。通过对工频过电压以及VSC-HVDC模型的理论分析,提出了基于VSC-HVDC抑制工频过电压的控制策略,并采用PSCAD对传统启动方式和基于VSC-HVDC的黑启动方式进行仿真,仿真结果验证了该控制策略的正确性。     

柔性直流输电系统的黑启动控制能力研究

柔性直流输电系统中的可关断器件具有自关断能力,能够对开通、关断时刻进行控制,可以与无源系统连接进行换流。本文针对VSC在无源逆变方式下不需要外加换相电压的快速恢复控制能力,研究了柔性直流输电系统的黑启动控制能力。设计了黑启动过程中VSC-HVDC送端换流站控制策略采用定直流电压/定无功功率控制,受端换流站控制策略采用定交流电压/定频率控制,研究了电源并网时控制策略协调优化对黑启动的作用。以Kunder四机两区域系统为例,对整个黑启动过程在PSCAD/EMDTC中进行了仿真,研究表明本文采用的控制策略具有良好的电压、频率特性,完成了黑启动的实现。     

国家风光储示范电站黑启动中风机启动失败原因及对策分析

对风光储电站黑启动的试验过程中风机并网过程进行了分析。首先,重点分析了风机启动造成储能变流器跳闸的原因,并对风机参与黑启动的过程进行了仿真验证,指出由于风机缺少恰当的软启动过程,导致启动过电流,使得黑启动失败;然后,提出了风机参与黑启动过程中直流电压软启动的控制策略;最后,通过仿真对所提控制策略进行了验证,表明所提方法能够很好地避免风机变流器的启动过电流问题。     

基于电压源换流器HVDC联网的受端电网扩展黑启动方案

结合电压源换流器高压直流(VSC-HVDC)输电系统向受端无源电网供电时的稳态运行特点,提出基于VSC-HVDC联网的受端电网扩展黑启动的优化决策方法。在分析黑启动过程中VSC-HVDC逆变器采用定交流电压控制策略下运行特性的基础上,提出拟进相运行能力及其裕度两个指标来反映换流器吸收充电无功功率和抑制工频过电压的能力。进而考虑VSC-HVDC的影响,在扩展黑启动多目标优化模型中,引入反映系统整体无功功率水平的目标函数及VSCHVDC稳态运行的约束条件,通过快速非支配排序遗传算法(NSGA-II)和模糊熵权法得到最优扩展黑启动恢复方案。最后采用电磁暂态仿真软件(PSCAD/EMTDC)建模,并基于修改的新英格兰10机39节点系统仿真证明了VSC-HVDC在黑启动初期的优越性。     

山西电网利用区外电源黑启动研究

通过分析山西电网的网架特点,论述山西电网具备利用区外电源黑启动的条件,提出黑启动过程中需要遵循的原则,选择山西电网利用区外电源黑启动的启动路径,并利用仿真软件验证了黑启动路径的稳态电压及操作过电压均满足电压控制要求。     

基于虚拟惯量的风电场黑启动频率协同控制策略

在传统黑启动电源匮乏的电网中,采用风电场作为黑启动电源是一种有益的尝试。风电场采用虚拟惯量控制方式可避免风电机组转速与频率解耦导致的频率支撑能力不足问题,从而有效提升风电场作为黑启动电源过程中的系统频率稳定性。通过对风电场黑启动场景下传统虚拟惯量策略的适应性分析,文中提出了一种新的频率协同控制策略。首先,针对实际工程背景提出了一种以柴油发电机作为配套小容量支撑电源的风电场黑启动方法,并分析了风电场黑启动的关键问题及其过程。其次,通过附加功率外环控制和跟踪曲线切换控制在不同启动阶段的柔性切换,且辅以桨距角参与调节的频率响应策略,提出了一种基于虚拟惯量的频率协同控制策略。最后,通过PSCAD仿真验证了所提策略的合理性和先进性。     

异步电动机软启动技术及转矩控制仿真研究

软肩动技术有利于改善和控制异步电机的启动过程,详细分析、比较了变频、液阻和晶闸管串联等软启动方法的特点,采用晶闸管串联技术和转矩控制策略,实现异步电机固态软启动.针对某3 kW异步电机仿真研究,表明采用转矩控制方式,软启动装置能够很大程度地降低启动转矩和启动电流,能够很好地控制异步电机的启动过程.     

向无源网络供电的VSC-HVDC启动控制研究

合适的启动方式对减缓VSC-HVDC系统启动过程中对自身和交流电网的冲击非常重要.该文分析了VSC-HVDC的启动特性,提出基于拉普拉斯变换的启动电阻通用设计方法,设计了有助于无源侧交直流系统平滑启动的斜坡启动控制策略.仿真表明,所提启动控制策略具有良好的控制效果.     

基于PSCAD/EMTDC辽南电网黑启动方案研究

研究了辽宁电网在经受大扰动或故障而发生大面积停电事故后,辽南电网利用网内自启动能力水电机组启动没有自启动能力的电厂,最终实现整个电力系统恢复正常运行状态的过程,利用PSCAD仿真程序建立黑启动暂态仿真模型,对黑启动方案进行仿真计算,提出了黑启动方案的路径,并通过对黑启动过程中发电机自励磁、过电压、谐振、频率和电压稳定等问题进行了计算和分析,得出太平哨电厂作为黑启动电源条件为启动2台机组,并论证了太平哨电厂作为辽南电网黑启动电源是可行的。     

向无源网络供电的VSC-HVDC系统控制策略

在同步旋转坐标系下,利用电压源型高压直流输电(voltage source converter based high voltage DC,VSC-HVDC)的暂态数学模型,提出了一种向无源网络供电的VSC-HVDC系统新型控制策略。基于非线性系统反馈线性化控制的逆系统方法,推导了VSC-HVDC的逆系统模型,构造了伪线性系统,实现了对VSC-HVDC系统有功功率和无功功率的解耦。采用极点配置方法对该伪线性系统进行了综合,设计了控制器,并对反馈线性化中重要的隐动态问题进行了讨论,保证了控制系统的稳定性。仿真结果表明,该控制器具有较好的动态性能。     

柔性直流输电控制及保护系统

介绍了柔性直流输电控制及保护系统的工作原理。结合上海南汇柔性直流输电示范工程,描述了中国制造的柔性直流输电控制及保护系统的组成和软件配置,并给出了实时数字仿真器（RTDS）仿真验证结果,表明其在稳态和暂态过程中均具有良好的控制效果,适合实际工程应用。     

VSC-HVDC在城市高压电网中的应用研究

分析了柔性直流输电(VSC-HVDC)的技术优势，利用PSS/E对柔性直流输电在城市电网中的暂态稳定水平，电压支撑及短路电流水平等方面的作用进行了仿真研究。仿真表明柔性直流输电技术在城市高压电网供电中能发挥积极的作用，具有良好的应用前景     

大规模新能源经张北柔直孤岛送出的虚拟频率研究

大规模新能源经柔性直流送出为解决新能源并网消纳提供了一种新的思路,但是在不加任何附加控制的情况下,新能源的有功波动会经过柔直全部传递到受端电网。为了解决新能源经柔直并网的有功波动问题,文中针对张家口地区的大规模新能源发电经张北柔直换流站孤岛送出系统的风电运行数据进行分析,得出该地的风电短时波动特性。同时在孤岛换流站的电压-频率(VF)控制基础上,设计换流站虚拟频率控制策略,与新能源发电一次调频(PFR)控制一起实现孤岛换流站的功率波动自主抑制功能。最后搭建大规模风电经单端柔性直流孤岛送出系统仿真平台,仿真结果证明,在风机运行状态正常的前提下设计的虚拟频率及一次调频控制方案可以,较好地实现孤岛换流站功率波动抑制。     

基于VSC-HVDC的线路过电压抑制策略研究

在电力系统发生大停电事故后的恢复过程中,控制启动方案中的重要因素即充电空载长线路时的工频过电压与合闸空载长线路时的操作过电压,分析了电压源换流器直流输电(VSC-HVDC)技术用于联网的优势,及由空载长线路电容效应引起的工频过电压与合闸空载线路引起的操作过电压的形成机理;提出利用联网的VSC-HVDC抑制空载长线路工频过电压与操作过电压的概念以及相应的过电压控制策略与系统并建立了联网的VSC-HVDC启动空载线路的数学模型。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,VSC-HVDC能够有效抑制空载线路的工频过电压与操作过电压。     

基于VSC-HVDC的风力发电场交直流混合并网技术

提出了一种基于电压源换流器的直流输电系统的交流、直流混合风力发电场并网技术。分析了风力发电机的变桨距控制原理和电压源换流器的直流输电系统的控制策略,讨论了并网风电系统的潮流控制,建立了基于PSCAD/EMTDC的风力发电场模型、电压源换流器的直流输电系统模型以及控制系统模型,研究了风力发电场输出功率变化条件下,整个并网系统的动态响应。理论分析和仿真结果表明,电压源换流器的直流输电系统风力发电场并网系统能够解决并网风力发电场对本地电网稳定安全性、电能质量方面的影响,还能够提高并网风力发电场的输送容量,更加方便地实现对风电潮流的控制。     

电压不对称条件下电压源换流器式高压直流输电的自适应无源控制

由于电压源换流器(voltage source converter，VSC)易受电压负序分量的影响，需要研究系统电压不对称情况下电压源换流器式高压直流输电(VSC-HVDC)的稳定运行问题，保证VSC-HVDC的运行性能。将三相VSC状态空间模型，做正序、负序dq同步旋转坐标下的分解，将包含正、负序分量的VSC模型等效成一个具有耗散性质的无源系统，并根据VSC-HVDC的4种不同控制方式，确定相应的正负序dq坐标下的电流参考值。在此基础上，通过能量整形的方法设计无源控制器，追踪参考电流，实现独立调节瞬时有功、无功功率，消除有功功率波动。同时为提高系统的鲁棒性，减小参数不确定对控制效果的影响，提出了一种自适应的无源控制方法。仿真结果表明了该控制策略具有良好的暂态控制性能。     

应用于并网风电场的有源型电压源直流输电系统控制策略

风能是一种间歇性能源,大容量风电并网对电网的运行造成了影响,这些问题将制约风力发电的进一步发展。研究利用有源型电压源直流输电技术,解决大容量风电的波动对电网带来影响的问题。通过对有源型电压源直流输电技术的分析,提出将储能单元的充放电功率与其参考值的偏差作为直流电压控制的附加信号的控制策略。通过控制并联在有源型电压源直流输电系统的储能单元的充放电功率,补偿风电的功率波动,从而使风电场注入到电网的功率稳定。仿真结果验证了该控制策略的可行性。     

接入新能源孤岛系统的双极柔性直流系统盈余功率耗散策略

大容量新能源电能采用孤岛方式通过双极柔性直流系统送出具有广阔的应用前景。文中对存在的非故障极过负荷和直流过电压情况下的功率盈余特性进行了分析,提出了分组交流耗能电阻方案,分别设计了送端换流器故障和直流过压下的功率盈余控制策略,通过分组交流耗能电阻的精确投切避免功率盈余引起双极柔性直流系统停运。通过四端柔性直流电网实时数字仿真器(RTDS)和EMTDC仿真系统,对提出的2种功率盈余控制策略进行验证。仿真结果表明,所提策略能够实现功率盈余工况下的故障穿越,避免故障范围扩大。