计及直流控制特性的直流系统等值模型及其谐波计算

准确的直流系统模型是交直流系统故障分析和谐波计算的基础。文中在换流器开关函数模型的基础上,结合直流控制系统的故障响应特性,建立了可与交流系统直接接口的适用于交直流系统故障分析和谐波计算的直流系统等值模型;结合交流系统等值谐波网络,提出了一种交流电网故障时的高压直流输电系统谐波分析计算方法。将所提方法应用于国际大电网会议高压直流输电(CIGRE HVDC)系统标准模型和贵广Ⅱ回高压直流输电系统详细模型的谐波计算,并与PSCAD/EMTDC软件所得数字仿真结果进行比较,表明所提模型和方法准确、有效,为交直流输电系统的谐波抑制、滤波装置的配置和继电保护的整定配合等提供了定量分析依据。     

基于简化开关函数的电网换相换流器直流侧简化阻抗建模方法

研究换流器的阻抗频率特性对分析高压直流（HVDC）输电系统的稳定性具有重要意义。提出一种基于简化开关函数的电网换相换流器（LCC）直流侧简化阻抗建模方法。首先通过对LCC换相过程进行数学推导,提出了LCC简化开关函数;然后基于动态相量法,通过LCC交、直流之间谐波传递的分析和计算,得到了LCC直流侧简化阻抗;最后在PSCAD中建立了仿真模型,仿真结果验证了所提方法的有效性,且相比未简化方法提升了计算效率,计算结果更为可靠。所提方法能够降低建模复杂度,可为分析大型复杂系统稳定性提供LCC直流侧阻抗的快速计算模型。     

多桥换流器高压直流输电送端谐波不稳定分析与抑制

针对多桥换流器高压直流输电系统送端换流站不同工况直流偏磁下谐波不稳定问题,基于单桥6脉波换流器的开关函数和调制理论,考虑换流变压器的叠加特性,得到不同工况下多桥换流器数学模型。在此数学模型基础上,分析了谐波在交直流侧的相互调制,推导出了不同工况下多桥换流器的谐波放大倍数及谐波不稳定的定量判据,并且综合分析影响判据的多种因素,提出了通过合理设计交直流系统阻抗以及合理安排系统的运行工况从而提高系统谐波稳定性的有效措施。最后,在PSCAD中构建了多桥换流器高压直流输电系统电磁暂态仿真模型进行验证,仿真结果验证了所述措施的正确性与有效性。     

适用于不对称情况的线换相换流器动态相量模型

为满足大规模交直流输电系统快速精确仿真的需求,采用动态相量法对不对称情况下的线换相换流器进行建模。首先分析不对称情况下换流器的实际触发及换相原理,提出计及换流器交流侧3次谐波、直流侧2次谐波时的触发角和换相角计算方法,改进传统的换流器开关函数,在此基础上,通过忽略不必要次项建立适用于不对称运行情况的计及低次非特征谐波的换流器动态相量模型,以简化模型的计算过程。将其应用于Cigre-Benchmark标准直流系统,与PSCAD仿真结果对比,结果表明模型准确有效。基于改进开关函数模型,进一步判断换相失败与否,结果表明计及交流侧3次谐波以及直流侧2次谐波能更准确有效地判断换相失败。     

HVDC滤波换相换流器的阻抗频率特性

高压直流输电(HVDC)换流器的阻抗频率特性是分析和解决谐波不稳定的一个重要因素,滤波换相换流器(filter commutated converter,FCC)是一种具有阀侧谐波抑制兼无功功率补偿功能的换流器,文章简要论述了FCC的接线方案和工作机理,并基于开关函数法对计及换流器换相过程影响下的FCC交、直流等值阻抗计算式进行了理论推导。以直流输电开发平台为例,对传统电网换相换流器(line commutated converter,LCC)与FCC的阻抗频率特性计算结果进行对比,仿真结果表明换流器的阻抗频率特性对交流系统的谐振频率有着不可忽略的作用,FCC在一定程度上提高了交流系统强度,改善了系统稳定性,有效降低了系统谐振频率下的交流等值阻抗,从而更好避免直流输电系统谐波不稳定现象的发生。     

计及变压器铁芯饱和的LCC-HVDC输电系统谐波不稳定性评估与应用

基于端口理论构建了基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)输电系统的完整模型,综合考虑了直流两端换流器、平波电抗器、交直流滤波器以及换流变压器铁芯饱和的影响.利用该模型对不同的网络参数及运行工况进行谐波稳定性判别,并与PSCAD/EMTDC时域仿真平台上详细LCC-HVDC输电系统模型仿真结果对比,验证了所提模型的可行性与准确性.将所提模型应用于谐波不稳定性判别,不仅计算方法简单,而且能够较好地反映不同参数对谐波稳定性的影响,其对LCC-HVDC输电系统谐波不稳定影响因素分析可为LCC-HVDC输电系统的规划、运行提供参考.     

交流不对称情况下交直流系统谐波分析计算方法

分析了交流系统发生不对称故障时考虑换流阀非等间隔导通、三相换相角不相等和换相电流非线性等因素的换流器动态过程,建立了基于基本分量、修正分量和换相分量的三相电压电流开关函数以及换流器序分量开关函数模型,实现了在交流不对称情况下对交直流系统的精确分析计算.提出了考虑交直流系统间谐波相互作用及换流器不对称运行状态的交直流系统谐波分析计算方法,以代数解析表达方式揭示了交直流系统间谐波相互作用的机理.将所提出的方法应用于国际大电网组织(CIGRE)高压直流(HVDC)标准系统和南方电网贵广Ⅱ回HVDC系统的谐波分析计算,并与PSCAD/EMTDC软件所得数字仿真结果相比较,表明所提出的方法准确、有效,为交直流混联系统的谐波抑制、滤波装置的配置和继电保护的整定配合等提供了定量分析依据.     

适用于复杂拓扑结构混合直流电网的实用机电 暂态建模仿真方法

为提升混合直流输电系统模型的适应性和计算效率,提出一种基于电流源思想的混合直流输电系统机电暂态建模方法。由电网换流器(line commutated converter, LCC)、电压源换流器的准稳态模型推导其电流源模型,并通过差分化直流支路的微分方程,形成直流电网的通用化电流源模型。采用多速率混合积分算法分别求解交直流系统,并结合步长回退、积分方法切换等,解决LCC电流反向、开关闭合与开断等特殊情形下的数值问题。在国内通用的机电暂态仿真程序中实现了上述模型,并以白鹤滩-江苏混合直流输电工程为例,与电磁暂态仿真工具进行了对比测试。仿真结果验证了该方法的有效性和准确性。该方法较好地平衡了仿真精度和计算速度的矛盾,为提升大规模交直流混联电网的仿真能力提供了有力工具。     

±800 kV特高压直流输电系统特征谐波分析

将统一基波和特征谐波潮流算法用于分析±800 kV特高压直流输电系统的特征谐波，建立了能模拟换流装置非线性特性的双12脉动换流器数学模型，实现了基波潮流和谐波潮流的统一求解。计算结果表明由双12脉动串联结构换流器构成的±800 kV特高压直流输电系统的交流侧会产生12 k±1次的特征谐波，其直流侧会产生12 k次的特征谐波，与理论分析的结果一致。由于考虑了换流站交直流侧谐波的相互作用，该计算结果与实际情况更为接近。     

多端柔性直流输电系统谐波特性及交互机理分析

为分析基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)的谐波特性及交互机理,首先引入平均开关函数的概念,建立了MMC详细时域模型,忽略内部动态特性得到MMC简化模型,从而得到MMC-MTDC的等值电路以及各换流器直流侧谐波电流对各换流器直流端口电压谐波的传递函数。随后,定义MMC交流侧电流和直流侧电压电流的各阶动态相量为状态变量,将MMC时域模型转化为序分量动态相量谐波分析模型,得到MMC特征谐波分布特性及交直流侧谐波传递机理。通过描绘换流器直流侧谐波电流对各换流器直流端口电压谐波传递函数的频率特性曲线,分析了MMC-MTDC的谐振特性以及谐波在不同换流器间的交互机理。最后,在MATLAB/Simulink中的仿真验证了谐波特性及交互机理分析的正确性,分析结果可为谐波抑制策略的提出提供理论支撑。     

交流系统接地故障对HVDC的影响分析

以最常见的交流系统单相接地故障为例,详细分析了 HVDC换流器的动态过程,包括换流母线电压特性、锁相环输出特性和阀换相特性。提出改进的开关函数法以求解故障期间的直流电压,该方法将直流侧电压表示为3部分,分别对应交流侧正序电压、负序电压以及导通时间变化量。建立了直流侧谐波计算的等值电路,该电路中故障侧换流器以谐波电压源表示,其幅值由开关函数计算得到,对侧换流器计及了换相过程的影响并以换相电抗的平均值表示。算例以及与 PSCAD／EMTDC的结果对照表明对故障期间换流器的动态过程分析正确,直流电压和谐波计算准确。该文所提出的改进的开关函数法解决了开关函数法不能应用于换流器不对称运行的问题,并可用于交流系统单相接地故障及阀不对称运行时的谐波分析。该谐波计算方法可用于HVDC控制保护中谐波保护定值的整定计算与校核。     

AC/DC变换器的谐波分析简化方法

以6脉波AC/DC变换器为例,采用调制理论法对其进行了谐波分析,针对变换器输入电压以及开关函数,分别对它们进行了序量分解以及序特性分析,并在此基础上利用三相序量乘积特性对变换器的谐波计算进行了有效简化。利用简化方法对变换器直流侧电压以及交流侧电流进行了谐波分析,并且与仿真结果进行比较,分析情况包括:电压无畸变、输入电压不平衡、电压畸变以及开关函数不平衡。结果表明当存在电压谐波畸变时会根据畸变次数不同产生不同次谐波电流,而当系统出现电源不对称或者开关不对称情况时,都会在其交流侧产生3、9、15等次谐波。该方法适用的范围广,简单易行,可推广到12脉波或更高脉波变换器中,但是对单相电路并不适用。     

考虑谐波耦合特性的LCC-HVDC换流站小信号建模

谐波间的耦合作用关系着系统的动态稳定性能,为在对电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)系统数学建模时考虑该动态耦合过程,提出了基于12脉波换流器的开关函数理论与指数傅里叶级数相结合的LCC-HVDC小信号谐波状态空间(harmonic state space,HSS)建模方法。该建模方法不仅考虑了谐波的相互耦合作用,具有较高建模精度,同时也揭示了换流站处于不同运行模式下,交/直流侧谐波通过换流站传递到直/交流侧的动态耦合机理。最后,通过PSCAD电磁暂态仿真结果与小信号模型计算结果的对比,验证了文中提出的LCC-HVDC系统小信号HSS模型的有效性及内部谐波动态分析的正确性。该研究结果还为系统稳定性评估与参数优化奠定基础。     

三相整流装置谐波产生机理分析及简化模型

基于三相整流装置的谐波耦合矩阵模型,深入分析了此装置的谐波产生特性。整流装置供电电压对其谐波电流的影响可分为3个方面:基波电压的影响、与谐波电流次数相同的谐波电压的影响,以及由不同次数的谐波电压及其共轭相量产生的影响。根据整流装置谐波耦合矩阵模型的解析公式,对矩阵元素的取值规律进行了研究,分析了供电电压各部分影响的重要性,推导得出了经典的恒流源模型和诺顿等值电路模型的解析计算公式,并提出了忽略谐波电压共轭影响的简化模型。将各谐波模型应用于谐波潮流分析中,对模型的精度进行了评估,为谐波分析中三相整流装置谐波源模型的合理选择提供了理论参考。     

交直流混联输电系统多谐波源的分析方法研究

研究了交直流混合输电系统的多谐波源的分析方法。通过比较现有高压直流系统谐波分析方法．提出了一种适用于交直流混联输电系统多谐波源的新方法调制迭代谐波分析法（MIHA）。该方法将调制理论和迭代谐波分析法（IHA）相结合．不仅合理模拟换流站的非线性行为．解决了交直流系统的接口问题．同时通过迭代使谐波计算更准确。     

换流站联络变充电励磁涌流对哈郑特高压直流运行影响分析

特高压直流工程送端换流站的联络变空载充电时产生的励磁涌流,使得换流站交流母线电压出现畸变,引发谐波进入直流系统。谐波将导致直流电压、电流以及功率波动,尤其是直流电流的谐波严重时,可能导致直流系统谐波保护告警甚至动作,影响特高压直流的安全稳定运行。基于系统实际条件,研究了天山换流站在不同操作方式下对新建750/500 kV联络变充电时的励磁涌流特性,评估了其对±800 kV哈密—郑州特高压直流谐波保护的影响,提出了联络变充电时的安全措施建议。研究成果为确保哈郑特高压直流的安全运行提供了技术依据,并可为其他类似工程提供参考。     

含滤波器的多换流站谐波阻抗模型与谐波交互影响研究

当多个换流站位于相邻交流电网时,换流站之间电气距离较小,一些特定的交流滤波器组合投切方式可能会引发换流站之间谐波电流的交互影响。基于谐波阻抗方法定义了换流站谐波电流影响系数,用于计算换流站之间谐波电流的交互影响程度。以银川东站与灵州站构成的多换流站系统为例,搭建含有交流滤波器的谐波阻抗模型,针对特征谐波,计算谐波电流影响系数,分析了交流滤波器组合投切对银川东站、灵州站谐波电流交互作用的影响。结果显示11、13次谐波电流的交互影响较小,23、25次谐波电流的交互影响较大,且特定滤波器的投切会造成各换流站交流母线谐波电流的明显变化。最后,建立PSCAD电磁暂态仿真模型,对上述分析结果进行了验证。