±800kV云广特高压直流控制方式的动态特性分析

云广±800 kV特高压直流输电系统建成之后,将形成远距离和大容量交、直流输电并列运行的电网格局,特高压直流的控制方式对电网的稳定性有重要影响。为此在电磁暂态仿真软件EMTDC中对±800 kV云广直流双极运行下,整流侧分别采用定电流和定功率控制时,交流系统整流侧与逆变侧故障对直流系统的影响,直流控制系统与交流系统的响应过程进行了详细的计算分析,对两种控制方式下系统的动态特性进行了对比分析。结果表明,与整流侧采用定电流控制相比,定功率控制时,交流系统故障期间系统各电气量的变化较缓慢,故障清除后系统恢复过程中,直流电流的突增会导致短时换相失败,且故障后直流系统的恢复时间较长。     

整流侧控制方式对特高压直流输电系统换相失败影响研究

特高压直流输电系统发生换相失败时,会引起直流电压和直流电流突变,严重影响直流系统的安全稳定运行。控制系统是特高压直流输电系统的核心部分,其控制方式对系统的输出响应有重要影响。分析特高压直流输电系统换相失败的原因,介绍整流侧的控制方式,建立了云广特高压直流输电系统仿真模型,研究云广特高压直流输电系统整流侧采用定电流控制方式和定功率控制方式对换相失败的影响。仿真结果表明：当逆变侧换流变压器变比K改变时,整流侧采用定电流控制与采用定功率控制相比,系统发生换相失败时的临界变比较大;当逆变侧交流母线发生三相对称接地故障、两相短路故障及单相接地故障时,整流侧采用定电流控制与定功率控制相比,系统不发生连续换相失败的临界电阻较小。整流侧采用定电流控制方式时,对换相失败的控制能力优于定功率控制方式。     

受端负荷模型对交直流系统稳定性的影响

分析负荷模型对多馈入交直流系统功角稳定性的影响。在远方电源向负荷中心送电的多馈入交直流系统中，受端负荷为动态负荷或恒功率负荷时，系统的功角稳定性差；受端负荷为恒电流负荷，特别是恒阻抗负荷时，系统稳定性较好。同时分析了负荷模型对采用直流简单模型进行快速扫描的精度影响。通过量化分析方法揭示了上述现象的机理。     

直流系统控制方式对暂态稳定性的影响

通过仿真算例研究了直流系统的控制方式对暂态稳定性的影响。结果表明,就保持暂态稳定性的能力而言,整流器定电流控制要好于定功率控制,逆变器定电压控制要好于定熄弧角控制。并对所得结论的机理做出了解释,指出由于整流器定电流、逆变器定电压控制方式在暂态过程中减少了对交流系统的无功需求,缓解了换流器交流母线电压的下降,从而有利于防止直流功率的降低,所以其保持暂态稳定性的能力要好于整流器定功率、逆变器定熄弧角控制方式。     

多端直流系统接线和控制方式对暂态稳定性的影响

分析了多端直流系统的接线方式对暂态稳定性的影响。研究结果表明,与并联型接线方式相比,串联型接线方式的多端直流系统无功需求大、有功损耗多,使暂态过程中交流功率和直流功率的传输比较困难,不利于维持交直流系统的暂态稳定性。以并联型接线方式为例,研究了多端直流系统的控制方式对暂态稳定性的影响,指出了定电流控制和定电压控制可以在暂态期间减缓换流器交流母线电压的下降,有利于防止直流功率的降低,所以其保持暂态稳定性的能力要好于定功率控制和定熄弧角控制。     

基于改进下垂控制的直流微电网大扰动稳定性分析

针对含恒功率负荷的改进下垂控制直流微电网系统大扰动稳定问题，本文基于混合势函数理论，提出一种适用于改进下垂控制的直流微电网系统稳定性判据推导方法。通过推导得到稳定性判据，给出恒功率负荷稳定运行边界和储能变换器下垂系数及幂指数的取值上界。该判据能够良好地反映改进下垂控制的直流微电网系统大扰动稳定性与储能变换器下垂系数及幂指数取值间的关联，为系统控制参数的选取提供了重要参考。仿真验证了所提方法和稳定性判据的正确性。     

STATCOM基本控制与附加控制的比较研究

STATCOM是柔性交流输电系统(FACTS)中无功补偿的发展方向,其基本控制方式的研究具有重要意义。首先运用PSCAD/EMTDC软件对STATCOM两种基本控制策略:恒电压控制与恒无功控制进行仿真分析并比较两种控制方式的优缺点。为了改善直流侧电容电压波动问题,在基本控制基础上附加定直流侧电压控制并取得了良好的效果。最后,分析强制补偿控制投入后对带有定直流侧电压的恒无功控制策略的影响,指出恒无功控制在提高电力系统暂态稳定性方面的优势。     

基于振荡状态反馈的直流微网储能换流器的有源阻尼控制技术

直流微网中,光伏、风电侧换流器的功率跟踪控制以及负荷侧换流器的恒功率控制在扰动中均会表现出负阻抗特性,增加了系统振荡失稳的风险。首先推导含恒功率负荷的孤岛运行的直流微网小扰动线性化状态方程,理论分析储能换流器振荡电压、电流作为可调节控制参数对直流微网振荡特性的影响机理。其次,以直流电压与电流为状态反馈变量,设计了储能换流器下垂控制的占空比反馈环节,提出阻尼直流微网振荡的控制策略,并通过系统极点配置,实现参数优化设计。最后,通过根轨迹与仿真分析,验证所提出的控制策略对直流微网振荡具有显著阻尼能力,从而提高系统的动态稳定性。     

负荷特性对特高压紧急直流功率支援的影响

采用互补群能量壁垒/扩展等面积准则分析多机系统中特高压直流紧急直流功率支援(EDCPS)提高暂态稳定性的机理,研究了大扰动下恒阻抗—恒电流—恒功率(ZIP)静态负荷模型、感应电动机(IM)负荷模型对特高压EDCPS效果的影响,深入分析了送、受端网区ZIP静态负荷模型中不同比例的恒功率有功负荷、恒电流有功负荷、恒阻抗有功负荷及其不同比例感应电动机动态负荷对特高压EDCPS策略的影响。研究表明,大扰动下IM比ZIP负荷吸收更多有功。送、受端IM负荷对大扰动后EDCPS下的功角稳定性影响是相反的,送端改善其支援效果而受端则恶化其效果;至于全网采用综合模型后相对于ZIP模型对功角的影响,要衡量送、受端网区负荷量的大小,若送端负荷小于受端负荷则恶化支援下的功角稳定性,需适当增大直流提升量或适时提前投入功率支援。     

采用下垂控制的直流配电系统高频振荡分析及控制

针对直流配电系统的高频振荡现象,以下垂控制的辐射状直流配电系统为研究对象,建立了电压源型换流器、直流线路和恒功率负荷的频域模型,进一步建立了直流配电系统的频域降阶模型.推导了频域下系统参数对高频振荡频率影响的解析式,分析了下垂控制系数、直流线路以及负荷参数变化对系统振荡频率的影响,发现下垂控制器和恒功率负荷的负阻尼特性易引发高频振荡.据此,文中提出了基于线路参数的前馈补偿下垂控制方法和改进虚拟电阻的控制器设计方法,并对补偿前后系统的稳定性进行了比较.通过频域、时域仿真验证了理论分析的正确性以及所提方法的有效性.     

南方电网中多个直流系统间的协调功率恢复策略

提出了一种当协调馈入点间电气距离很近时多个直流输电系统间的协调功率恢复策略，即在交流侧故障被切除后的系统恢复期间，在各直流子系统的逆变侧采用定交流电压控制，同时在整流侧修改直流功率的给定值。该策略可以改善南方电网中3个直流系统的恢复性能，在某些严重故障发生后，不切或少切负荷便可使系统稳定，并且对不同的故障类型和地点均具有较好的适应性。     

电网电压畸变下电流型PWM整流直流侧恒流控制

针对电网电压畸变下电流型PWM整流器直流侧含有较大的低次谐波,传统的控制策略需要复杂正负序分解,坐标变换和解耦控制。提出了一种无需锁相环的电流型PWM整流直流侧恒流控制策略,推导出直流电流平方的功率外环控制,直流侧采用恒流控制,取代传统的PI控制;电流内环采用比例谐振和谐波补偿控制实现对网侧电流的无差跟踪。该控制算法基于静止坐标系下,无需锁相环、坐标旋转变换和解耦控制,简化了控制模型。仿真和实验也验证了该控制策略的正确性。     

直流系统控制方式对大扰动后交直流混合系统电压和功率恢复的影响

使用电力系统暂态安全评估工具TSAT基于南方电网2005年规划数据研究了直流控制方式和低压限流器参数对大扰动后交直流混合系统电压和功率恢复的影响.结果表明,常规的整流侧定电流、逆变侧定直流电压控制比整流侧定功率、逆变侧定熄弧角控制有利于大扰动后交流换流母线电压的恢复;为缓解大扰动后有功功率和无功功率失衡的问题,低压限流器参数的大小应取折中值.     

有利于多馈入直流输电系统协调恢复的VDCOL控制策略研究

提出了一种适用于一般多馈入直流输电系统(MIDC)协调恢复的依赖于电压的电流指令限制单元(VDCOL)控制策略,该策略在各直流控制系统中综合应用不同类型的VDCOL控制,以改善逆变侧交流电网的暂态稳定性。对常规的VDCOL的特性曲线进行了改进,使得故障切除后的系统恢复期间直流电流的恢复滞后于电压的恢复,从而减小换流站无功消耗,促进交流换相电压的恢复。通过对南方电网的仿真研究表明,该控制策略对不同系统运行方式下的不同故障地点和类型具有较好的适应性,有效地提高了多馈入直流系统的暂态稳定性。     

采用参数辨识及新型主动阻尼控制的LCL滤波脉宽调制整流器

采用LCL滤波器的脉宽调制整流器一般需要检测电网电压、电流及直流母线电压,为抑制谐振还需检测交流滤波电容支路电压或电流。过多的传感器增加了整流器成本,且检测所得电网电压实际易受电网内感抗干扰,影响整流器稳定运行。首先提出一种基于电网参数辨识的虚拟磁链定向控制方法。在整流器启动之前,采用遗传算法辨识电网感抗、频率、幅值和初始相位角等参数,以获得虚拟磁链及其初值的精确观测。为抑制LCL滤波器谐振,提出一种通过一阶高通滤波器回馈整流器侧电流高频分量的新型有源阻尼控制方法,建立频域模型,分析高通滤波器参数对谐振抑制效果的影响。所提控制策略只需检测直流母线电压及整流器侧两相电流,省去了电网电压传感器及交流滤波电容支路电压或电流传感器。仿真和实验分析证实了该控制策略有效性。     

HVDC模糊协调阻尼控制器的设计

分析了区间振荡和暂态能量函数的关系,通过削减系统的区间振荡暂态能量为控制目标来制定阻尼控制策略,设计了高压直流(HVDC)模糊逻辑协调控制器,以提高交直流并联电力系统动态稳定性水平.该控制方案不需要精确的模型参数,充分考虑HVDC系统整流侧直流电流调制和该侧发电机的励磁控制特性,通过模糊规则去协调两个控制系统,实现对系统低频振荡的有效抑制.仿真结果表明,该控制器能有效提高交直流并联系统的动态稳定性水平.     

电容均压三相四开关整流器多矢量模型预测控制

三相四开关整流器因其交流侧某一相直接连接在直流侧两电容中性点之间，存在着电容电压不平衡问题。为了保证电容电压平衡，且进一步提高三相四开关整流器控制系统的稳态性能，提出了一种电容均压的多矢量模型预测控制（multi-vector model predictive control，MVMPC）策略。针对三相四开关整流器无零矢量问题，建立等效零矢量模型；为保证直流电压的稳定，采用参考功率补偿策略来平衡直流侧电容电压；多矢量模型预测控制方面，每个采样周期选取两个基本电压矢量和一个等效零矢量，这使得等效合成矢量方向幅值均可调，扩大了等效合成矢量的作用范围，提高了系统的控制精度。仿真结果表明，电容均压多矢量模型预测控制策略能使三相四开关整流器可靠稳定地运行，对功率、网侧电流、直流侧电容电压等有着良好的控制效果；与传统的模型预测控制策略（conventional model predictive control，CMPC）相比，所提控制策略具有更小的功率脉动以及更低的电流谐波含量，且开关频率恒定，谐波电流分布规律。     

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。     

基于逆变侧定电压控制的HVDC系统稳态和暂态响应特性研究

为测试逆变侧采用定电压控制和定关断角控制对直流输电系统稳态和暂态性能的影响,在CIGRE高压直流标准测试模型原有控制系统中增加了定电压控制模块,即整流侧采用定电流控制,逆变侧采用定电压、定电流和定关断角控制相互配合的控制方式。在PSCAD/EMTDC仿真平台中对其整流侧和逆变侧三相短路故障下的控制器特性进行了稳态及暂态仿真分析,并与相应的CIGRE标准模型暂态响应特性进行了对比。结果表明逆变侧增加定电压控制方式能够提高直流输电系统在交流故障扰动下的性能,减少换相失败的发生几率。