考虑交直流谐波交互影响的高压直流开关函数建模

开关函数法通过构造换流器的数学模型来分析换流器两侧电气量的响应特性,传统的开关函数模型受限于换流阀在交流故障时不对称导通特性的影响,不能准确地反映换流器的谐波特性。通过分析交流故障情况下换相电压相位以及触发角等关键电气量的变化,着重考虑了换流器两侧谐波对于换相时间的影响,给出计及交直流侧谐波交互影响的换相角计算方法,以此为基础建立了适用于换流器不对称运行条件的开关函数模型,在PSCAD/EMTDC中采用CIGRE高压直流标准测试模型和±500kV牛丛直流(同塔双回)工程模型进行仿真校验,验证了该方法的有效性和准确性。     

基于不对称运行下换相过程的改进换流器动态相量模型

为充分研究大规模交直流混联系统动态特性,建立准确而高效的换流器数学模型是当前的关键问题。文章分析了交流系统在不对称故障情况换流器的换相过程,综合考虑了换相电压的相位偏移引起的换相电压过零点偏移和导通角偏移,以及交流系统的谐波等对换相持续时间的影响,提出了改进的换相角动态相量计算方法,建立了适用于不对称运行条件下的改进换流器动态相量模型,并通过选取主要谐波简化了模型的计算过程。仿真验证了所提出的改进换流器动态相量模型的精度和准确性。     

非对称运行状态下换流器改进开关函数模型

传统的换流器开关函数模型应用于非对称运行状态分析时,精度显著降低。详细分析了三相非对称运行状态下换流器的换相过程,并着重考虑了直流侧2次谐波电流对换相持续时间的影响,提出了考虑2次谐波电流影响的换相角计算方法。基于分析建立了考虑阀导通偏移和换相角不等的换流器改进开关函数模型,并通过忽略非必要次谐波简化了模型的计算过程。在Matlab中编程实现了提出的开关函数模型,并采用PSCAD中搭建的Cigre-Benchmark直流标准模型的仿真结果进行检验。分别在逆变侧和整流侧设置换流母线三相不对称,通过对比直流侧直流电压、换流母线三相注入电流及注入功率,验证了提出模型的有效性。     

基于双判据的特高压直流分层接入系统换相失败预防控制策略

特高压直流分层接入系统中逆变侧受端交流系统故障可能造成高低端换流器同时发生换相失败。对此,综合考虑换流器发生换相失败的电压、电流因素,提出一种基于双判据的特高压直流分层接入系统换相失败预防控制策略。该策略基于换流母线电压变化特征,动态调整关断面积控制中关断角参考值;同时基于直流电流变化特征,得到换相电流面积控制中晶闸管触发角的修正量,进而优化选取各层换流器的触发角,预防高低端换流器同时发生换相失败。在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型对不同工况下所提换相失败预防控制策略进行了验证。仿真结果表明,该策略能快速应对逆变侧交流系统故障,减小高低端换流器同时发生换相失败的风险,可预防分层接入系统高低端换流器同时发生换相失败。     

交流系统故障对滤波换相换流器的影响分析

交流系统故障引发换流器换相失败是直流系统中常见的故障。滤波换相换流器(FCC)作为一种新型的换流器电路拓扑结构,研究其在交流系统故障条件下的换相特性是十分必要的。本文分析计算了在三相对称和不对称故障条件下实际熄弧角,研究了换相电压变化ΔU与熄弧角、直流电流及换相电压过零点相位移之间的关系。基于FCC数学模型,详细分析了阀侧无功补偿度对直流系统的熄弧角、换相角、换流母线电压以及换相电抗等运行参数的影响。最后参考实验室背靠背直流输电系统参数,对FCC逆变器和电网换相换流器(LCC)逆变器在交流系统故障下的动态特性进行了仿真对比。结果表明:逆变器在交流系统单相故障条件下要比三相对称故障条件下更容易发生换相失败;FCC的换相电压中谐波含量更少,在相同熄弧角下,其能承受更大的电压暂降而不发生换相失败;FCC阀侧无功补偿度的大小直接影响到换相电压和换相电抗,选择时必须防止换相失败和换相电抗过大。     

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。     

考虑两端换流器影响的直流输电系统谐波不稳定风险评估

在高压直流输电系统中,当直流系统与弱交流系统相连时,会存在谐波不稳定风险。针对单极12脉动换流器,基于换流器开关函数调制理论,提出在换流变压器铁芯饱和情况下,考虑两端换流器影响的高压直流输电系统谐波不稳定风险评估方法。该评估方法计及了换流器换相过程的换相角、两端交流系统与直流系统间的相互影响。在计算直流系统等值谐波阻抗时,计及了两端换流器的换相阻抗。建立验证模型,在不同的网络参数下利用已有判据和所提判据分别进行判断,并都与时域仿真结果相对比,对比结果验证了所提评估方法的准确性与优越性。仿真结果进一步表明,系统谐波阻抗值、换相角、铁芯饱和程度等均会对系统的谐波不稳定造成影响。     

基于实际换相电压过零点的高压直流换流器开关函数建模

高压直流输电具有输送距离远、容量大等优点,在我国得到广泛应用。换流器作为高压直流输电中的核心设备,其模型的准确建立具有重要的意义。该文提出一种基于实际换相电压过零点的换流器开关函数模型,该模型采用正序锁相环提供稳定、准确的同步参考相位,并考虑换流器直流侧谐波阻抗,给出正常工况和不对称故障工况下阀电压过零点、换相角与有效触发角的计算式。最后,在PSCAD/EMTDC中利用CIGRE Benchmark模型,对提出的开关函数模型以及相关的计算式进行仿真验证,证明模型与计算式的正确性。     

基于调制理论的高压直流输电系统混合谐振型谐波不稳定判据

高压直流输电系统中交流侧二次谐波分量和直流侧基波分量经换流器调制后形成混合谐振,会诱发谐波不稳定。为快速判断混合谐振型谐波不稳定是否发生,在等间隔脉冲触发方式下,将换流器视为二端口网络,并通过开关函数的调制原理推导出了描述换流器的H矩阵。H矩阵可将换流器连接的交直流系统等效为1个RLC电路,从而计算出系统的谐振衰减因子。通过计算得到了谐振衰减因子与换流器的触发角和换相角、换流变的变比和漏抗、交流侧二次谐波阻抗、直流侧基波阻抗之间的关系,给出了判断混合谐振型谐波不稳定的可靠判据。最后在PSCAD/EMTDC中建立仿真模型验证了该谐波不稳定判据的有效性,并验证了可以通过修改相关系统元件参数来避免谐波不稳定现象的发生。     

考虑锁相环和换相失败的LCC-HVDC闭环动态相量仿真模型

为解决交直流混联系统暂态响应难以快速精确求解的问题,文中基于动态相量法基本原理,对电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)全系统进行详细的建模推导。首先建立含锁相环的换流器动态相量模型,通过将锁相环输出与改进开关函数相结合,准确还原换流器的工作过程,提高计算的速度和精度。随后,通过对直流线路和控制系统的精确建模,实现了系统的闭环计算。同时,针对逆变侧易出现的换相失败情况,提出复合判据和开关函数修正法对其进行快速判断和处理,拓展模型的适用性。将所建模型应用于CIGRE Benchmark标准直流系统,多故障类型下的仿真结果进一步证明了其相较于传统动态相量模型的优势。     

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。     

交直流系统的换流器动态相量模型

建立准确而有效的换流器数学模型是研究大规模交直流混联系统动态特性的关键问题。分析在交流系统不对称情况下,换流阀导通时刻偏移和三相换相角不平衡的HVDC换流器动态特性。由此,提出基于序分量的适用于各种运行工况及故障的改进换流器动态相量模型,该模型突破了传统换流器动态相量模型的应用局限性。将其应用于贵广Ⅱ回HVDC系统详细模型和CIGRE HVDC系统标准模型的交直流系统动态特性的全面仿真计算,与应用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件得到的仿真结果相比较,结果表明该模型准确有效。     

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。     

基于开关函数的LCC-HVDC输电系统谐波计算方法

电网中电力电子设备的增加所产生的谐波及其危害逐渐显现,并得到越来越多的重视,而换流器作为直流输电系统主要的谐波源,进一步对其进行谐波分析显得尤为重要。本文以电网换相换流器型直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)系统为研究对象,采用基于开关函数的谐波计算模型对特征谐波进行分析。首先,根据调制理论,建立了基于开关函数的交直流谐波计算方程,并根据LCC换流器的工作原理,分别求解了电压及电流的开关函数,然后通过对直流系统的结构进行分析,得到了直流系统等值谐波阻抗模型,在此基础上,结合交流侧的潮流分析,通过联立求解谐波方程,得到了LCC换流器交直流两侧的特征谐波,最后通过与PSCAD模型的仿真结果进行对比,证明了本文谐波计算方法的准确性和可行性。本文可以为电力系统谐波分析、谐波抑制等提供理论基础和方法参考。     

不对称三相电压下电压源型换流器谐波分析与抑制策略

不对称三相电压下,电压源型换流器(VSC)将产生低次谐波,给电网造成谐波污染。随着VSC在电力系统中的广泛应用,这类问题必须得到更多的关注,提出有效的解决方法。基于动态相量和序分量,推导出序分量动态相量,并对其特性进行了分析;将含开关函数描述的VSC时域模型转化为动态相量模型;定义交流电流和直流电压的各阶序分量动态相量为状态变量,建立了以状态空间描述的VSC序分量动态相量谐波分析模型,综合考虑了开关函数的详细动态特性和交直流侧谐波的相互作用,从而揭示了VSC产生谐波的机理,实现了VSC谐波的解析求解。在此基础上,提出负序补偿的不对称调制策略,以抑制低次谐波的产生。通过各种不对称情况下的仿真和计算,验证了所提出的谐波分析模型的正确性和谐波抑制策略的有效性。     

基于直流电流动态上升的高压直流输电系统换相失败分析

针对现有换相失败分析方法未考虑交流系统故障后直流电流动态上升对关断角影响的问题,在分析直流电流变化对关断角影响的基础上,首先推导了对称故障下未考虑直流电流变化以及考虑直流电流瞬时变化的换相失败分析方法。分析结果表明,当逆变侧换流母线电压跌落在一定区间内,以上2种方法会导致换相失败判别结果不准确。为此考虑交流系统故障后直流线路和直流控制的动态过程,推导了直流电流的时域表达式,通过求解直流电流最大值,提出了一种考虑直流电流动态上升的换相失败分析方法。最后基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提方法的有效性以及对高压直流输电系统换相失败判别结果的正确性。     

MMC-LCC混合直流输电系统分段下垂控制策略

由模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)和电网换相换流器(line commutated converter,LCC)构成的混合直流输电系统中,LCC换相失败严重影响系统的安全稳定运行。文中首先分析MMC-LCC混合直流输电系统换相失败时的电流特性以及交直流电压特性。其次,考虑调制比对半桥型MMC的影响,采用MMC电压改善控制策略拓展电压调制比的可行域。然后,提出MMC电压分段控制策略,根据交流电压跌落程度的不同,分别设计直流电压参考值的调节方法,优化混合直流输电系统电压控制逻辑,实现MMC电压在正常运行与故障情况下的有效切换。最后,在MATLAB/Simulink中搭建MMC-LCC混合直流输电系统模型,对交流电压不同跌落程度进行仿真,结果表明所提控制策略能在实现故障穿越的同时提高直流电压控制精度,增强系统稳定性。     

适用于对称故障仿真的特高压柔性直流换流站动态相量建模

随着多项特高压柔性直流工程投运,建立高效而准确的模型用以研究特高压柔性直流换流站运行特性很有必要。为此提出了基于模块化多电平换流器的特高压柔性直流换流站的动态相量解析模型,该模型能准确描述稳态及发生对称故障时特高压柔性直流换流站的动态特性。首先通过研究高低端换流器交直流侧的相互作用关系,重新建立了多换流器与交直流系统的接口模型。然后结合考虑内部谐波特性的换流器模型,建立了特高压柔性直流换流站的动态相量解析模型。通过对已建立动态相量模型中交流侧状态空间方程的修正,进一步扩展了其在交流系统发生对称故障下的适用性。最后基于PSCAD/EMTDC中的电磁暂态仿真模型,验证了所建模型在稳态和故障下的正确性和高效性。     

多回LCC-HVDC分区馈入电网中柔性直流接入位置的确定方法

馈入同一交流系统的多回传统直流(LCC-HVDC)存在发生同时换相失败的可能,通过柔性直流(VSC-HVDC)实现交流电网的分区运行是解决该问题的方法之一,而柔性直流接入位置的确定方法是实现分区互联的重要研究内容.首先,基于雅可比转移矩阵搭建了考虑电网换相换流器(LCC)和电压源型换流器(VSC)的全系统微增量模型,计算了VSC的运行阻抗,进而计算出基于阻抗的有效短路比(IESCR).随后,对分区拓扑进行了理论分析,得到了VSC-HVDC接入位置、传输功率和IESCR的关系.而后,充分考虑正常运行和N-1运行状态,提出了包括IESCR在内的9个评价指标,给出了VSC-HVDC接入位置的评价流程.基于IEEE 39节点模型给出了算例,对3个VSC-HVDC接入位置计算出了各评价指标的值并给出了得分,确定了其中的最优接入位置.