LCC-VSC型混合直流输电系统及其控制策略

基于相控变流器的高压直流(LCC-HVDC)和电压源变流器的高压直流(VSC-HVDC)共同组建由电压源变流器(VSC)和相控变流器(LCC)组成的混合HVDC输电系统,可有效实现对两种HVDC输电技术的优势互补。此处设计了由VSC整流器和LCC逆变器组成的双端混合HVDC输电系统拓扑结构,分别给出了VSC整流器和LCC逆变器系统模型及详细控制策略,建立了基于RTDS硬件在环的混合HVDC输电系统实验平台。实验结果表明:在所设计的混合HVDC输电系统中,两端变流器可以独立调节直流系统的传输功率;当发生直流侧短路故障时,该系统能够及时响应,并在故障清除后快速恢复正常运行。证明了所设计的混合HVDC输电系统及其控制策略是可行的、可靠的。     

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。     

基于电压源换流器的高压直流输电小信号动态建模及其阻尼控制器设计

基于电压源换流器(VSC)和脉宽调制(PWM)技术的新型高压直流输电(VSC-HVDC)，具有快速、灵活的有功功率和无功功率控制能力，能够改善系统的稳定性。文中建立了VSC-HVDC的小信号动态模型，该模型包括VSC与交流系统接口的线性化方程、VSC-HVDC内部直流系统动态过程的线性化方程以及控制系统线性化方程3个部分，具有一般性。以VSC的有功功率整定值为输入，VSC-HVDC并联交流输电线路的有功功率为输出，通过对系统频率响应的辨识，得到了两者间的开环传递函数。在此基础上，利用极点配置技术，设计了单输入单输出结构的VSC-HVDC附加阻尼控制器。对一VSC-HVDC/AC交直流并联输电系统特征根的分析及非线性仿真表明，配备该阻尼控制器的VSC- HVDC能有效地抑制系统低频振荡，增加系统阻尼。     

电压源换流器式高压直流输电的动态建模与暂态仿真

基于节点电流注入法建立了交直流统一基准值下的电压源换流器式高压直流输电(VSC-HVDC)的详细动态模型.该模型包括电压源换流器模型、直流系统内部动态模型以及控制系统三个部分,具有一般性.利用电力系统分析综合程序提供的用户自定义功能(PSASP/UD)对VSC-HVDC交、直流并联输电系统进行的暂态仿真分析验证了VSCHVDC动态模型的正确性.仿真结果还表明,VSC-HVDC的直流侧电容以及换流变压器漏抗的大小对抑制功角振荡无明显效果;两端VSC采用定交流电压控制方式时系统具有较好的电压稳定性,但在这种控制方式下,在系统受扰期间VSC的过载程度较两端定无功功率控制方式下更为严重.     

基于PCHD模型的VSC-HVDC系统无源控制研究

基于端口受控耗散哈密顿系统（PCHD）模型,提出了一种针对基于电压源换流器的轻型高压直流（VSC—HVDC）输电系统的无源控制新方法。该方法就是将轻型高压直流输电的换流站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dq坐标下的电流参考值。在此基础上,通过互联与阻尼配置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。仿真结果表明了该控制策略具有良好的暂态控制性能和鲁棒性。     

利用电流固有频率的VSC-HVDC直流输电线路故障定位

电压源换流器型直流输电（voltage source converter HVDC,VSC．HVDC）线路故障暂态过程中具有相对于交流线路更强的固有频率信号。由于VSC．HVDC直流输电线路两侧并联大电容,在高频的固有频率下系统阻抗可等效为电容阻抗,其值很小,行波在系统侧近似为全反射,因此,VSC,HVDC直流输电线路的固有频率只与故障距离和波速度有关。据此,提出通过对单端电流运用Prony算法进行频谱分析,获取其固有频率进而实现直流输电电路故障定位的方法。仿真结果表明该方法可实现VSC—HVDC直流输电线路的快速、准确定位。     

含VSC- HVDC的交直流混合系统状态估计

针对以电压源换流器(VSC)为基础的新一代高压直流输电(HVDC),对含VSC-HVDC的交直流混合系统进行静态状态估计.介绍了VSC-HVDC的稳态模型.通过确定交直流混合系统的量测函数、状态变量和雅可比矩阵,建立了含VSC-HVDC的交直流混合系统的状态估计模型;在基本加权最小二乘状态估计算法的基础上,提出了含VSC-HVDC的交直流混合状态估计同时迭代求解法:对经过修改的IEEE 14、IEEE30、IEEE 57节点系统算例进行仿真,从算法的估计误差、迭代次数和计算速度等方面验证了算法的有效性和实用性.     

VSC-HVDC连续时间状态空间模型及其控制策略研究

在dq同步旋转坐标系下,推导出VSC-HVDC的连续时间状态空间模型,电压源型换流器（VSC）的双轴模型通过前向补偿方法得到解耦,从而实现了有功与无功、直流电压与无功的独立控制.在功率和电压控制中采用了级联控制方法.根据所得到的模型,分别提出了VSC-HVDC用于联结2个有源系统和向无源系统供电的控制策略.在无源系统控制中,采用了空间矢量的概念.基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC的数字仿真结果验证了数学模型的正确性及控制策略的有效性。     

交流系统故障时柔性直流系统的控制策略

对VSC-HVDC联结2个交流有源网络时的运行特性进行分析,建立了VSC-HVDC系统的模型,在此基础上根据系统所要完成的功能确定对两个VSC的控制策略,对控制系统中的具体环节进行了设计。通过交流故障实验波形分析了VSC在系统故障时提供无功功率并稳定电压的作用。     

含VSC-HVDC的交直流系统内点法最优潮流计算

电压源换流器(voltage source converter,VSC)在稳态模型和工作原理上与传统高压直流输电(high voltage directcurrent,HVDC)的换流器有本质区别,因此传统的交直流系统最优潮流计算方法不适用于含基于电压源换流器高压直流输电(VSC based HVDC,VSC-HVDC)的交直流系统。讨论一种适用于原对偶内点法(primal-dual interior-pointmethod,PDIPM)和预测校正内点法(predictor-corrector PDIPM,PCPDIPM)解最优潮流的VSC-HVDC稳态模型。基于该稳态模型,将VSC-HVDC直流网络与交流系统结合起来,对交直流系统进行联立求解,并对多组算例进行仿真和分析,算例结果表明原对偶内点法在解决含VSC-HVDC的最优潮流问题的能力上,保持了传统内点法最优潮流的高效性,而在同样的条件下,预测–校正内点法迭代次数大大少于原对偶内点法。     

风电场VSC-HVDC并网不平衡运行改善控制策略

风电场柔性高压直流输电(VSC-HVDC)系统交流不平衡运行时,并网输出功率存在二倍电网频率波动,并网电压、电流波形畸变,恶化风电场并网的电能质量。为改善风电柔性高压直流输电系统在交流不平衡状况下的并网性能,针对双馈风电场侧交流不平衡运行状况提出了一种改善控制策略。该改善控制策略在计及相关平波电抗器、变压器等值阻抗影响的基础上,建立了风电场VSC-HVDC系统不平衡运行数学模型,并提出基于正负序双dq解耦轴系下的正负序控制给定电流策略。最后,通过Matlab/Simulink仿真平台对比仿真引入改善控制策略前后的系统运行性能,对比结果表明所提改善控制策略可以有效抑制风电场并网功率波动,改善系统并网电压、电流波形。     

混合多馈入直流系统VSC-HVDC和滤波器的无功协调控制

为了减少常规直流输电(LCC-HVDC)的滤波器投切,充分利用柔性直流输电(VSC-HVDC)的无功调节容量和其动态调节无功的优势,提出一种适用于LCC-HVDC和VSC-HVDC电气距离较近情况下的混合多馈入直流系统的无功协调控制策略.分别分析了LCC-HVDC和VSC-HVDC的无功控制原理及其控制特点,基于滤波器投切和VSC-HVDC两者的无功控制优势,设计了混合多馈入直流系统的无功协调两级控制模块,达到减少滤波器投切,抑制暂态低电压和过电压的目的.在PSCAD/EMTDC中搭建混合多馈入直流系统模型并进行仿真验证,仿真结果表明所提协调控制策略的控制效果优于VSC-HVDC采用定无功功率控制和定交流电压控制.     

用电压源型高压直流输电解决高压电网中工业系统引起的电能质量问题

为解决高压电网中工业系统引起的的电能质量问题，文章采用电压源型高压直流输电方式向工业系统供电，设计了可隔离谐波、进行功率和频率调节的电压源型高压直流换流站的控制器，并运用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了由VSC-HVDC供电的工业系统模型，仿真实验验证了上述供电方式和控制器的正确性和有效性，表明采用电压源高压直流供电方式能有效解决高压电网中工业系统引起的电能质量问题，且控制方式灵活、简单。     

VSC-HVDC系统新型广义直流电压控制策略

建立了基于电压源换流器（VSC）的高压直流（HVDC）（VSC-HVDC）输电系统的标幺值数学模型。为了抑制系统故障时直流电压的波动幅度，基于上述模型，提出了一种新型广义直流电压控制策略。在此控制策略下，换流站间不需要通信，外环有功功率控制器为一个广义直流电压控制器（GDCVC）。当直流电压因交流系统受到扰动或直流电压控制器（DCVC）故障等原因而不能有效维持直流电压时，维持和限制直流电压的功能可平滑、自动地由有功功率控制器接替，从而达到保护设备安全运行、提高系统持续运行能力的目的。仿真表明，文中提出的控制策略在稳态和暂态过程中均具有良好的控制效果，对实际VSC-HVDC系统的控制器设计具有参考意义。     

VSC-HVDC输电系统模式切换控制策略

分析了基于电压源换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电系统在定直流电压控制端交流电网故障下的模式切换控制策略,提出了基于滞环和本地直流电压检测的模式切换控制,并给出了该控制的实现方法。推导了正常运行时VSC-HVDC输电系统直流功率与两侧换流器直流电压的关系式,给出了定有功功率控制端的直流电压正常工作范围的计算方法,提出了模式切换控制策略中直流电压阈值和故障穿越期间直流电压参考值的确定方法。最后,PSCAD/EMTDC仿真验证了在不同故障类型和不同运行方式下VSC-HVDC输电系统模式切换控制策略的有效性;仿真结果表明,该直流电压阈值和参考值的确定方法能够为模式切换控制策略的指令值整定与配合提供可靠参考。     

级联式光伏电站直流并网拓扑及其控制策略

为解决光伏电站远距离输送并网问题,同时提高光伏电站并网系统稳定性,将光伏电站与电压源型高压直流(Voltage Source Converter-High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)输电系统相结合,设计了一种光伏电站通过级联直流变换器经VSC-HVDC输电线路并网拓扑方案。研究了光伏发电模块均压特性,分析了光伏发电模块控制策略和VSC换流站直流电压控制策略,提出了改进的直流电压-功率偏差斜率控制策略。在PSCAD/EMDTC电磁暂态软件下进行了不同光照强度仿真分析。仿真结果验证了系统可行性,表明了所提出控制策略有效保持光伏电站系统电压稳定性。     

柔性直流输电系统的联网和孤岛运行通用控制策略

针对当前柔性直流输电系统缺乏在联网和孤岛运行条件下的通用控制策略的现状,根据高压电网的特点引入了交流侧的频率—有功功率的下垂控制和直流侧的有功功率—直流电压的下垂控制,并由此提出了柔性直流输电系统联网和孤岛运行的通用控制策略。该控制策略可有效适用于换流站的联网和孤岛运行工况,且能够与电网的一次调频、二次调频配合工作,适用于孤远电网及海上风电场等弱电网互联情况。电磁暂态仿真结果表明,该柔性直流输电系统通用控制策略可实现对柔性直流输电系统联网和孤岛运行工况的有效控制。     

基于深度强化学习的多端背靠背柔性直流系统直流电压控制

为了提高互联配电网多端背靠背柔性直流系统的直流电压控制精度,增强抗干扰能力,提出一种基于深度强化学习的直流电压控制方法,将深度学习神经网络与确定策略梯度融合,实现连续动作搜索,自适应调整电压控制策略.首先,建立多端背靠背柔性直流系统数学模型,分析直流电压控制的非线性和不确定性特征;然后,给出了基于深度强化学习的直流电压控制算法框架,设计了动作与状态空间、奖励函数、神经网络和学习流程;最后,通过仿真分析发现,相比传统比例-积分(PI)控制方法,所提方法具有更好的动静态性能,有效提高了直流电压的控制精度,减小了扰动下直流电压波动和功率超调,缩短了直流电压和功率的恢复稳定时间.     

换相失败下柔性直流与传统直流互联输电系统的暂态无功协调控制策略

为了抑制柔性直流与传统直流互联输电系统中传统直流换相失败导致的送端电网暂态低电压和过电压,充分发挥柔性直流为传统直流提供无功支撑的能力,提出一种基于触发角的暂态无功协调控制策略。传统直流换相失败时触发角与送端暂态电压关系密切,基于此,将暂态过程中根据触发角得出的无功补偿值附加到柔性直流逆变器外环无功环节中,调整柔性直流逆变器发出的无功功率,改善送端电网电压的暂态特性。对比分析所提控制策略与柔性直流定交流电压控制的控制性能。在PSCAD/EMTDC中搭建互联输电系统的仿真模型,结果验证了所提控制策略的适应性,且该控制策略的控制效果优于柔性直流定交流电压控制。     

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。