AC/DC并联输电系统大扰动短期电压稳定PDSR

通过对典型交直流并联输电系统的仿真研究发现,在给定事故、直流功率及控制方式下,在发电机节点有功功率和电压幅值、负荷节点有功和无功功率以及直流传输有功功率的决策空间上,保证交直流并联输电系统大扰动短期电压稳定性的实用动态安全域(practical dynamic security regions,PDSR),在较大范围内仍可由描述各节点注入上、下限的垂直于坐标轴的平面、极少数几个分别对应于不同失稳模态的描述大扰动短期电压稳定性的临界超平面和平衡节点所对应的约束面围成。同时发现:当采用整流侧定电流和逆变侧定电压控制方式时,或者低压限流器的参数VL取值较大时,PDSR将扩大;当直流传输功率的不同、直流定功率控制(功率值不变)测控点选择不同和负荷中感应电动机所占的比例不同时,PDSR临界超平面具有平移性质。     

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。     

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。     

LCC-HVDC直流控制模式对混合双馈入直流系统运行特性的影响

建立了含LCC和VSC换流器的混合双馈入直流系统电磁暂态仿真模型。基于换相失败免疫性指标,在VSC-HVDC采用定交流电压控制条件下,分析了LCC-HVDC在3种不同条件下的换相失败抵御能力。1)电流-关断角模式:整流侧定直流电流控制,逆变侧定关断角控制。2)电流-电压模式:整流侧定直流电流控制,逆变侧定直流电压控制。3)功率-关断角模式:整流侧定直流功率控制,逆变侧定关断角控制。同时,改变VSC-HVDC和LCC-HVDC之间的联络线长度,研究了电气距离对LCC-HVDC换相特性的影响。基于故障恢复时间指标,对比了上述3种控制模式下LCC-HVDC的短路故障恢复特性。研究发现LCC和VSC电气联系紧密时,LCC采用电流-电压模式时其换相失败抵御能力和故障恢复能力优于其余2个控制模式,电气联系不紧密时则相反。结论可以为混合双馈入直流输电系统中LCC-HVDC控制方式及馈入落点的选取提供理论指导。     

有功功率无功功率独立控制的VSC-HVDC系统仿真研究

高压直流输电系统中有功和无功功率可以分别由dq0坐标系下的d轴电流分量和q轴电流分量独立控制,设计定直流电压、定有功功率定无功功率控制器。整流侧实现单位功率因数整流并控制直流电压的稳定,逆变侧通过改变有功电流指令和无功电流指令来改变输送的有功功率和无功功率。用Matlab进行仿真分析。结果表明,该控制方式在保证直流电压稳定的基础上能够实现有功功率、无功功率的独立控制,且该控制方式灵活、简便,抗干扰性强,为工程实际应用提供理论依据。     

±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。     

无站间通信下的高压直流输电系统逆变侧频率控制方法

在常规直流输电系统中,频率控制器配置在整流侧,在站间通信中断时,逆变侧的频率无法送至整流侧,因而无法实现对逆变侧的频率控制。为此,提出了一种站间通信中断时的逆变侧频率控制方法,及一种适应该方法的直流系统启动策略和站间通信中断与恢复时定电流与定电压控制器的自动切换策略。应用该策略的实时数字仿真系统(RTDS)试验结果表明,所提策略兼具实用性和可实施性,对实现无站间通信下的高压直流输电系统逆变侧频率控制具有一定的参考价值。     

±1100kV直流系统分层接入方式下的功率协调控制

结合±1 100kV特高压直流分层接入方式下受端连接多个交流系统的特点,建立了逆变侧各换流器的附加功率—电压控制,通过独立控制各换流器触发角实现对其输送功率的独立调节。同时,为了减少在紧急功率控制过程中各换流器发生换相失败的可能,提出最优功率比的概念,将整流侧阶梯式功率提升指令按最优功率比进行预估,并分配给逆变侧各换流器的附加功率—电压控制,实现对逆变侧各换流器提升功率的协调控制。基于PSCAD仿真平台,采用±1 100kV特高压直流系统逆变侧分层接入500kV/1 000kV交流系统的仿真系统进行验证。结果表明,附加功率—电压控制器能够实现对换流器输送功率的独立控制,有利于发挥分层接入方式下潮流分布可控的优势。功率协调控制策略在紧急功率控制时能够将直流功率合理分配给各换流器,有利于充分利用各换流器输送功率的能力,并减小换流器发生换相失败的可能。     

LCC-MMC型混合直流输电系统送端交流故障穿越控制策略

整流侧采用电网换相型换流器,逆变侧采用模块化多电平换流器的混合直流输电系统可以解决传统直流输电逆变侧换相失败问题。针对混合直流输电系统送端交流故障引起的直流功率传输中断问题,提出一种基于降低逆变侧桥臂电压交直流分量的故障穿越控制策略。在分析送端交流故障特性的基础上,设计了根据整流侧交流母线电压跌落程度确定逆变侧子模块减投个数的方法,依靠对逆变侧直流电压的降低值进行定量分析来维持送端交流故障后直流系统的功率传输能力。在计及换流器有功、无功约束的条件下,设计了整定逆变站直流调压限值的方法。采用同步调控换流器桥臂电压交直流分量的方法降低逆变侧直流电压,能够满足系统对调制比的要求,使逆变侧交流出口电压不发生畸变,且适用于送端交流母线电压跌落较大的情况。最后,通过对不同严重程度的送端交流故障进行仿真对比分析,验证了所提控制策略的有效性。     

向无源网络供电的VSC-HVDC模型预测控制

推导了向无源网络供电的电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)系统整流侧和逆变侧的离散数学模型。针对传统的基于PI调节器的双闭环控制策略存在控制结构复杂、PI参数较多且整定困难和难以实现多目标优化控制等缺点,根据系统离散数学模型,提出基于模型预测控制的VSCHVDC系统整流侧直接功率控制和逆变侧直接交流电压控制策略。详细描述了所提控制策略的实现过程,提出权重系数的选取方法,并结合仿真实例进行详细说明及验证,克服了权重系数选择的主观性和盲目性。在PSCAD/EMTDC中搭建了向无源网络供电的VSC-HVDC系统,对整流侧无功指令突增、直流电压指令突增以及逆变侧空载、带线性负载、带非线性负载、负载突变、交流电压抬升、模型参数出现偏差和逆变侧交流故障等情况进行了仿真研究。仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的稳态性能和动态性能,且模型参数鲁棒性较好,能在各种情况下向无源网络提供高品质电能。     

受端多落点级联型混合直流输电系统协调控制策略

针对受端多落点级联型混合直流输电系统发生交直流故障时,电流分配不平衡导致的功率反送、系统稳定性降低等问题开展研究,并提出改善系统稳定性的协调控制策略.该策略在发生故障时根据线路传输功率、逆变侧电网换相型换流器(LCC)输出功率以及采用定直流电压控制的模块化多电平换流器(MMC)稳态输出功率,对MMC的有功功率指令值进行调控,避免采用定直流电压控制的MMC由逆变改为整流,防止受端交流侧功率大范围转移现象的发生.同时在故障清除后仍可缓解系统恢复过程波动较大的问题,使系统能够快速平稳地恢复至额定运行状态.基于PSCAD/EMTDC建立仿真模型,仿真结果验证了所提协调控制策略可有效减小电压和功率的波动,系统在交、直流典型故障下均能实现平稳过渡,提升了受端系统的稳定性.     

直流输电控制器低压限流环节的研究

高压直流输电系统包含了各种分层控制方式,具有高度的可控性,因其中极控制层的交流电压起动型低压限流环节(VDCOL)不适于直流故障情况。为了向系统提供高效稳定的运行,对直流电压起动进行研究,分析了VDCOL的电路结构与工作原理,在此基础上,详细研究了直流控制方式和低压限流环节的参数对大扰动后交直流混合输电系统电压和功率恢复的影响。运用PSCAD/EMTDC在CIGRE直流输电标准测试系统上仿真验证的结果证明,VDCOL环节能改善直流输电系统在交直流故障后的恢复特性,对其研究具有一定的工程实用意义与参考价值。     

交直流混联电网发电机失步保护与直流低电压保护协调

直流输电站间通信中断情况下,当逆变侧出现故障紧急停运时,整流侧主要依靠直流低电压保护动作实现闭锁。由于整流侧通常采用定功率控制,换流器会出现低电压大电流运行并吸收大量的无功功率,若交流系统强度不够就容易造成整流侧交流母线电压大幅降低,进而引起周围发电厂内机组出现振荡直至失步。文中通过分析一起直流系统长时间低电压运行引起发电机失步保护动作的实例,指出换流站直流低电压保护应与邻近发电机失步保护相互协调,并提出了配合原则。所述原则已应用于实际直流输电工程及其邻近发电厂,显著提高了交直流混联电网运行可靠性。     

整流侧换流母线电压恢复导致逆变器换相失败的机理分析

交直流系统中整流侧换流母线电压恢复会引起直流电流增大,从而导致逆变器换相失败。为了解决该问题,文中首先以CIGRE HVDC标准测试系统为例,分析了电压恢复期间逆变侧控制系统的控制特性,发现由定电流控制切换为定关断角控制瞬间及之后一段时间内,直流电流较大及增速过快从而引起电流偏差控制输出较小且快速降低是诱发换相失败的重要原因。其次,提出了一种通过改进定关断角控制器以改善整流侧换流母线电压恢复导致关断角过小的控制方法。最后,在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件中利用CIGRE HVDC标准测试模型仿真验证了所提方法的有效性,由仿真结果可知该方法能有效抑制由整流侧换流母线电压恢复导致的逆变器换相失败。     

直流控制方式对受端电网电压稳定性影响

系统分析了直流系统的基本输电控制方式和极控制方式、低电压下的模式转换控制以及依赖于电压的电流指令限制单元(VDCOL)控制对受端系统电压稳定性的影响.考虑到固定参数的VDCOL难以适应受端系统运行方式的多变性和故障的复杂性,提出了一种基于逆变站交流母线电压水平的动态自适应VDCOL控制策略.该控制策略中,VDCOL的高...     

一种抑制多馈入特高压直流换相失败的投旁通控制策略

换相失败是特高压直流输电系统的常见故障之一,常在送、受端交流电网引起剧烈的无功波动。投入旁通对是对直流系统进行保护的重要控制措施之一。当直流输电系统发生故障时,逆变侧保护装置动作后投入旁通对有助于达到快速停运直流输电系统,隔离故障的目的。而现在有关旁通对的研究多集中于其在直流故障中的应用,关于其在换相失败问题中的应用研究较少。通过分析旁通对控制对特高压直流输电系统送、受端电压特性的影响,论证了旁通对控制策略对换相失败后整流侧过电压、逆变侧低电压的改善作用。进而提出了一种换相失败后投旁通对的控制方法,以逆变阀组换相失败及交流电压跌落程度为旁通对控制的启动判据,根据直流运行状态对直流电流进行动态调节,然后根据受端交流系统恢复程度退出旁通对。PSCAD/EMTDC仿真表明,所提旁通对控制器在交流故障导致特高压直流换相失败后,能够起到快速隔离交直流系统、减轻无功电压波动的控制效果。     

LCC-HVDC系统直流控制回路小干扰稳定性分析

文中针对整流侧采用定直流电流控制策略、逆变侧采用定直流电压控制策略的电网换相换流器高压直流输电系统,基于状态空间模型的Laplace变换建立了线性化直流控制回路的传递函数模型;采用增益裕度、相位裕度和灵敏度函数最大峰值指标,定量评估了直流控制回路带宽、逆变侧锁相环带宽和逆变侧交流电网强度对各直流控制回路小干扰稳定性的影响;揭示了不同系统参数下各直流控制回路稳定裕度的具体变化规律.仿真结果验证了线性化传递函数模型及理论分析结果的正确性.     

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。