基于线性二次型最优控制的多端直流最优功率调制方案

随着低惯量的新能源发电和直流输电在电网中的渗透率不断增大,系统的有效惯量水平大幅度降低,因此,基于电压源型换流器（voltage source converter, VSC）的多端直流（multi-terminal direct current, MTDC）系统接入电网后的暂态功角稳定性问题显得尤为突出。为解决MTDC系统接入后构成的交直流混联系统因有效惯量降低、有效阻尼下降而产生的系统功角稳定性问题,提出一种基于线性二次型最优控制的MTDC系统最优功率调制方案。首先,通过在稳定平衡点附近对MTDC模型进行线性化处理,进而得到交直流混联系统的线性化模型。然后,基于所建立的线性化模型,采用基于线性二次型的最优控制理论,以同步发电机间的转速偏差最小为控制目标,得到MTDC系统的最优功率控制器设计方案。最后,基于3机9节点的交直流混联系统进行仿真分析,验证了所提最优控制方案在系统受扰后可有效抑制系统的第一摇摆并且使同步发电机间的功角差快速恢复,提高了交直流混联系统的暂态稳定性。     

直流调制改善交直流混联系统暂态稳定性的研究

文章研究了天广交直流混联系统中天广直流双侧频率功率调制对改善该混联系统暂态稳定性的作用,并做了基于实际系统运行方式的仿真实验,仿真结果表明,直流功率调制对减小系统第1个摇摆稳定峰值的效果比较明显;还基于典型两机系统的非线性直流调制控制器,构建了天广交直流混联系统的非线性直流调制控制器,并做了将其应用于实际系统的仿真实验.经综合比较得知,两种调制方式在改善系统的暂态稳定性方面的效果是相近的,且常规的双侧频率功率调制对电网运行的适应性更好.     

提高交直流系统暂态稳定的非线性最优协调控制

针对交直流系统中影响暂态稳定的主要因素,即电磁转矩和机械转矩之间不平衡的问题,结合直流传输功率可进行快速调节的特点,提出了将直流功率调制和汽门开度进行协调控制的方案,以提高交直流系统的暂态稳定性.由于交直流系统为多输入多输出的非线性系统,控制方案采用了非线性系统状态反馈精确线性化理论和线性最优控制理论相结合的设计方法....     

基于网络能量的交直流混联电力系统暂态稳定评估

利用网络变量运行轨迹分析交直流混联电力系统的暂态稳定性，能够更加直观地展现分析结果，为暂态稳定的局部控制提供理论基础。首先，基于网络结构构建了适用于混联系统的暂态能量函数，依据直流线路有功功率的分布规律构造了直流线路势能函数；其次，构建了针对直流线路势能的稳定性判别指标，定量分析了混联系统的受扰程度和割集位置；最后，仿真计算改进后的新英格兰10机39节点系统，结果表明直流线路位置不同，其势能的稳定性不同，并且直流线路的接入不改变系统的割集分布，所提指标能够有效量化评估交直流混联电力系统的暂态稳定性。     

考虑直流调制的交直流系统中长期电压稳定协调控制

综合考虑直流系统整流侧和逆变侧控制量的调制,协调交流系统和直流系统各控制量,提出了一种考虑直流调制的交直流系统中长期电压稳定协调控制方法。首先,推导出换流母线电压对整流侧和逆变侧换流器传输功率的灵敏度解析表达式,并基于轨迹灵敏度建立以节点电压轨迹偏差和控制代价最小为综合目标的模型预测控制优化模型。然后,根据对系统控制轨迹的预测,进行交直流系统控制数量自适应调整和控制地点优选,以提高模型预测控制的效率,协调交直流系统各控制量进行电压滚动优化控制。最后,对交直流混联系统进行仿真,结果表明针对不同的故障场景,所提控制方法均能有效调制直流系统传输功率和熄弧角,全面协调交直流系统的各种控制手段,提高系统中长期电压稳定性。     

基于主导惯量中心的紧急功率支援综合策略研究

当交直流系统遭受大扰动,导致有功失衡而使系统稳定受到威胁时,利用直流系统的快速可控性进行紧急功率支援可缓解功率不平衡状况,提高系统暂态稳定性,但如何选择紧急功率支援信号使调制效果达到最优仍需探索。直流线路连接的互联区域电网,暂态下区域电网主导惯量中心间的转速偏差能够保留系统重要的动态信息,集成紧急功率支援的控制信号,相比于传统的由本地信息构成的调制信号效果更优。以暂态过程中发电机组的动能增加为准来度量主要参与机组,形成“主导惯量中心”（the Dominant Center Of Inertia,DCOI）,在主导惯量中心转速偏差为调制信号的基础上,结合功率提升/回降,形成一种紧急功率支援综合策略。在四川电网的仿真中表明：基于主导惯量中心的紧急功率支援方案可有效地提高大扰动下暂态系统的稳定性,结合功率提升/回降的紧急功率支援综合策略可进一步发挥直流调制维护系统暂态稳定的潜能。     

特高压交直流混联电网稳定控制分析

结合我国电网发展综述了特高压交直流混联输电系统安全稳定控制存在的问题及解决方法。首先,根据交直流混联系统网架结构,给出了初步评价该类系统稳定性的一般方法,分析了交直流混联系统存在的稳定性问题及控制需求。其次,结合我国电网规划中的交直流混联系统,论述了利用直流系统功率紧急控制、功率调制、频率调制等方法提高交直流系统稳定水平的方法,并给出了研究示例,验证了上述方法的有效性。最后,针对目前交直流混联系统研究存在的不足,展望了未来研究方向。     

直流调制对南方电网交直流混联输电系统暂态稳定裕度的影响

交直流混联输电系统中,直流系统的控制及调制措施对系统的暂态稳定具有重要影响。以南方电网2005年丰大运行方式下,贵广直流单极运行、天广直流双极运行为例,当北通道交流输电系统发生扰动时,研究了直流系统在一定的控制方式下,调制增益的变化对系统暂态稳定裕度及直流系统的影响;分别取北通道功率变化率及南通道功率变化率为调制信号对系统暂态稳定裕度及直流系统的影响;考察了直流系统运行在不同控制方式下时,大方式调制和双侧频率调制等措施对混联系统暂态稳定裕度、送端电网机组及直流系统的影响,研究结果对实际电网运行中直流调制措施的制定具有一定的参考价值。     

基于主导惯量中心的紧急功率支援方法

交直流并联系统中送端交流系统出现故障时,利用直流系统的过负荷能力进行紧急功率支援可缓解功率不平衡状况、提高暂态稳定性。介绍了以暂态过程中发电机组的动能增加为准来度量主要参与机组、形成"主导惯量中心"(DCOI)的紧急功率支援方法。直流线路连接的互联区域电网,暂态下区域电网主导惯量中心间的转速偏差能够保留系统重要的动态信息,用此集成紧急功率支援的控制信号,相比于传统的由本地信息构成的调制信号效果更优。在四川电网的仿真中表明:基于主导惯量的转速偏差能够保留系统重要的动态信息,用此集成紧急功率支援的控制信号,相比于传统的由本地信息构成的调制信号效果更优。在四川电网的仿真中表明:基于主导惯量中心的紧急功率支援方案有效地提高了大扰动下暂态系统的稳定性。     

考虑系统故障响应轨迹的交直流混联电力系统暂态能量计算方法

为提升直接法分析交直流混联电力系统暂态稳定的准确性,提出了一种考虑系统近似轨迹的交直流混联电力系统暂态能量计算方法。通过对交直流混联电力系统等值模型仿真得到系统近似故障响应轨迹,根据系统轨迹上直流端口电压、相角以及直流电流的取值确定直流端口传输功率,进而沿系统轨迹对直流端口功率进行积分,计算直流系统势能,提升了交直流混联电力系统暂态能量计算结果的准确性。分别运用所提方法和不计系统响应轨迹的能量函数计算方法对交直流混联电力系统测试算例进行分析,并与PSD-BPA时域仿真结果对比,验证了所提方法的优越性。     

多端直流输电系统中的直流功率调制技术

与常规的双端直流输电系统相比，基于直流功率调制技术的多端直流输电系统能更灵活地向所连接的交流系统提供快速的紧急功率支持，改善交流系统的稳定性。文章对其中一端为弱交流系统的4端直流输电系统运用PSCAD/ EMTDC仿真软件研究了多端直流输电系统的功率调制技术，提出了该系统的仿真模型及其复合控制策略。仿真结果表明，所连接交流系统的强度、各换流站的控制策略和直流系统电流平衡原则的选取会极大地影响直流功率调制的性能，多端直流输电系统比常规的双端直流输电系统能更灵活地运用直流功率调制技术，进而有效地提高所连接交流系统的稳定性。     

基于惯量中心动态信号的交直流互联系统稳定控制

针对交直流互联电力系统的稳定控制问题，提出了基于系统惯量中心(center of inertia，COI)动态信号的发电机励磁和直流功率调制综合控制方案。该方案中各发电机功角和频率动态跟踪由广域测量系统提供的系统COI动态功角和频率轨迹。直流输电线路功率调制的目标是阻尼区域COI功角和频率间的相互振荡。考虑到模型误差和外部干扰因素，采用反步法设计了非线性鲁棒控制器。对某4机2区域系统进行仿真实验，结果表明该控制方案和控制器突破了系统只能稳定于工频下的局限，增大了系统的稳定域，显著改善了系统的功角稳定性。     

基于广域测量信息的直流调制新方法

提出了一种系统化的大规模交直流电力系统中基于广域测量信息的直流阻尼调制信号的筛选和集成方法。定义了一个新的概念“模式可观惯量中心”。对于多区域互联电网，当直流线路连接了2个区域电网时，区域电网“模式可观惯量中心”间的频率差可以作为直流调制信号。新信号考虑了大规模交直流电力系统的特点。与现有的调制信号相比，新信号可以更好地反映区间振荡。在南方电网的仿真研究表明，基于广域信息的直流调制新方案优于传统的直流调制方法。     

基于自适应惯量阻尼综合控制算法的虚拟同步发电机控制策略

在逆变控制领域,虚拟同步发电机(VSG)控制策略可解决分布式能源并网系统缺少惯性的问题来有效支撑电网频率,然而现有VSG控制手段往往忽略了阻尼的作用。为进一步提升VSG对频率稳定性的贡献,在传统VSG控制策略的基础上,结合力学原理证实了VSG虚拟惯量可进行实时变化的可行性,分析了同步发电机转子惯量和阻尼系数与系统频率稳定性的关系,并设计了一种自适应惯量阻尼综合控制(SA-RIDC)算法,实现了虚拟转动惯量与虚拟阻尼的交错控制。通过MATLAB/Simulink仿真工具,将所提出的SA-RIDC算法与传统固定惯量阻尼控制和自适应惯量控制进行对比,结果表明SA-RIDC算法在改善系统频率稳定性方面有着显著的效果。     

直流调制对交直流混合系统稳定性影响的研究

以分散最优控制理论研究了交直流混合电力系统中直流系统的控制方法。通过特征值分析和仿真计算研究了该控制方法对提高系统阻尼以及提高交直流混合系统功率输送能力的作用。研究结果表明：仅仅对一端换流站进行控制，可以同时阻尼不同的振荡模式。     

直流附加阻尼控制在灵宝背靠背工程中的应用

经过系统小信号稳定分析发现 ,河南与湖南电网之间存在弱阻尼的区域振荡模式 ,河南电网还有次弱阻尼的局部振荡模式。位于河南电网的灵宝背靠背直流系统可发挥直流快速调节特性的优势改善交流系统的稳定性 ,其中对交流系统振荡的附加阻尼控制是直流可采用的措施之一。     

基于虚拟同步发电机的MMC受端换流器控制策略

模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的电力电子拓扑结构决定了其零惯性的特性,对系统惯性无支撑作用,系统发生直流传输功率波动和交流系统发生短时功率失衡都可能导致与火电机组相连的交流电网频率产生较大偏差。针对上述问题,提出了一种基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的MMC受端换流器控制策略。该控制策略在MMC功率外环控制中加入一阶惯性环节,为系统提供惯性参数和阻尼参数,使换流器在运行外特性上与同步发电机相类似。通过建立VSG数学模型,对惯性参数和阻尼参数的动态响应进行分析。基于Opal-RT实时仿真,搭建五端MMC-MTDC系统验证所提出的控制策略的正确性与有效性。仿真结果充分表明,当交直流系统功率发生波动时,该控制策略能够在不依靠复杂通信系统的条件下,有效地抑制交流电网频率波动,VSG控制策略能有效为系统提供惯性和阻尼,提高交流系统频率稳定。     

Control and protection sequence for recovery and reconfiguration of an offshore integrated MMC multi-terminal HVDC system under DC faults

A comprehensive process of the control and protection against a DC fault in a voltage source converter (VSC) based high-voltage direct current (HVDC) system typically includes fault detection, fault isolation and system recovery. Regarding an offshore wind farm (OWF) integrated modular multilevel converter (MMC) based multi-terminal HVDC (MTDC) system with two control paradigms, i.e. master-slave control and droop control under DC faults, this paper presents the fault isolation, including the isolation of the faulted line section, with detailed control and protection sequence, which would be useful for practical engineering. The control and protection sequence at the system recovery/reconfiguration phase is comprehensively investigated, which includes: (1) when to start the recovery/reconfiguration control; (2) the sequence between deblocking the MMCs and reclosing the AC circuit breakers (AC CBs); and (3) the recovery sequence of each HVDC terminal. Based on the analysis of the system characteristics, a preferred recovery/reconfiguration scheme is proposed. Simulation results on the real-time digital simulator (RTDS) validate the proposed scheme and demonstrate the advantages through comparison with a different recovery sequence. The impact of transient and permanent DC faults on the system recovery/reconfiguration control is discussed. In addition, the recovery/reconfiguration control of the MTDC in radial and meshed topologies is compared and demonstrated. Based on the analytical and simulation studies, a general guideline on the recovery/reconfiguration control of MMC MTDC systems is proposed.     

LCC/VSC混联系统多区域间惯性支撑协调控制策略与仿真

渝鄂背靠背柔直系统投运后实现了西南和华中异步联网,并形成了包括西南、华东、华中三峡机群、渝鄂、龙政、林枫等接入多类型直流的交直流混联系统.针对此种典型结构下交/直流故障后系统稳定需求,考虑充分发挥电压源换流器(voltage source converter,VSC)和电流源换流器(line commutation c...