基于附加信号的VSC-HVDC系统改进有功功率控制策略

为了保证大扰动情况下电压源换流器型高压直流输电（VSC-HVDC）系统的直流电压控制和有功功率平衡,提出了一种基于附加信号的有功功率控制策略。首先简要地分析了故障情况下VSC-HVDC系统的有功功率平衡和直流电压变化特点;然后给出了改进有功功率控制器的功率特性曲线,推导了定有功功率控制端直流电压最大工作范围的计算公式;接着提出了外环有功功率控制器的设计方法,推导了有功功率修正值的计算公式,并分析了该控制器在正常运行和故障2种情况下的工作原理。PSCAD／EMTDC仿真研究表明,在电网电压跌落或主导换流站停运等暂态扰动情况下,所提控制策略能够维持直流电压在安全运行范围内。     

包含VDCCOL的VSC-HVDC改进控制策略

在交流系统故障或者甩负荷等暂态过程中,由于有功功率不平衡,电压源换流器型高压直流（VSC-HVDC）输电系统直流侧会出现过电压或者欠电压现象,危及换流阀、直流电容器和直流电缆等设备的安全。为了限制暂态过程中直流电压波动幅度,提出了一种改进的控制策略,即在外环有功功率控制器中增加了一个依赖于直流电压的电流指令限制单元（VDCCOL）,它通过内环电流控制器有功电流指令的变化来反映直流电压的变化。当直流电压异常时,VDCCOL根据预设的特性迅速修正外环功率控制器输出的有功电流指令值,减缓有功功率的不平衡,从而达到限制直流过电压/欠电压的发展、保护设备安全运行和避免频繁切机等目的。仿真研究表明,文中提出的控制策略能有效地抑制故障条件下直流电压波动幅度,提高系统的运行特性。     

用于VSC-HVDC互联系统的附加频率控制策略

为使柔性直流输电(VSC-HVDC)系统两侧交流系统在发生事故时具有相互支援的能力,文中提出一种附加频率控制策略。该策略在定有功功率控制器中引入了频率—有功功率和直流电压—有功功率斜率特性,在定直流电压控制器中引入频率—直流电压斜率特性,不需要站间通信就可以实现两端交流系统通过VSC-HVDC参与彼此的频率调整,减轻事故端系统的调频负担,提高故障期间直流系统的安全稳定性。最后,通过仿真软件PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果表明所提策略充分利用了VSC-HVDC互联系统的频率调整能力,提高了VSC-HVDC互联系统的频率稳定性。     

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。     

基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制策略

对基于电压源型换流器的多端直流输电(VSC-MTDC)系统的协调控制策略进行了分析研究,提出了基于附加有功功率信号的平衡控制策略,具有不需要站间通信和模式切换的优点。对VSC-MTDC系统各换流站传输功率与其直流电压之间的关系进行分析,由并联型接线方式的VSC-MTDC系统结构推导了各换流站直流电压正常及极限工作范围,结合定有功功率换流站的改进有功功率-直流电压特性曲线,计及换流站可调容量裕度,给出了有功功率附加信号的计算方法,并分析了在正常运行及直流电压控制站故障时采用附加有功信号的定功率换流站维持有功功率平衡及直流电压稳定的工作原理。在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中进行仿真验证,结果表明在直流电压控制站扰动情况下,所提出的控制方法可以维持系统有功功率平衡及直流电压的稳定。     

基于直接功率控制的VSC-HVDC系统换流控制器设计

针对柔性高压直流输电(VSC-HVDC)系统潮流控制灵活,能够增强系统稳定性和接入无源网络等特点,提出采用直接功率控制(DPC)法对该系统的换流控制器进行设计。该方法以瞬时无功功率理论为基础实时控制电网与换流站之间的功率交换,在系统采样频率和开关周期足够高时其功率误差非常小,从而能够保证系统对功率的快速、准确控制。同时通过使用直流电压控制器和相位补偿技术来抑制直流电压的波动和检测延迟的补偿,最后采用PSCAD软件对系统进行仿真,从仿真看出基于DPC设计的控制器能够对电网的有功和无功进行快速调节,并具有直流电压稳定、交流侧谐波含量少等优点。通过对VSC-HVDC系统的仿真验证了该系统能够快速完成电力系统潮流控制以及增强了系统运行的稳定性,该系统具有较大的实用价值。     

用于风电并网的VSC-HVDC网侧换流器改进控制策略

在风电经基于电压源换流器的柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSCHVDC)系统并网的系统中,保证直流电压稳定是风电并网系统中稳定能量传输的关键。由于系统两侧换流器输入和输出的有功功率不平衡,VSC-HVDC系统直流输电线会出现过电压或欠电压现象,影响风电并网系统的稳态运行。为了抑制直流电压波动,提高系统的动态响应速度,提出一种负载电流前馈控制策略。在网侧换流器直流电压外环控制环节中,通过引入负载电流前馈控制策略,来抵消直流电压发生波动的部分,使输出直流电压在负载突变时的波动减弱。通过对直流电压外环动态性能的分析,得出电压外环控制器参数整定公式以及前馈控制传递函数。根据直流侧电容设计要求,分析电压外环控制器对直流侧电容参数选取的影响。最后,利用MATLAB/Simulink软件进行了仿真验证,研究结果表明,该控制策略能改善系统的动态响应性能,减小直流电压波动,实现有功功率的稳定输出。     

基于混合型多电平换流器的柔性直流输电系统

针对一种混合型多电平换流器（Hybrid Multilevel Converters, HMC）在柔性直流输电系统（VSC-HVDC）中的应用进行了研究。阐述HMC的电路拓扑和工作原理,从功率角度分析子模块电容电压均衡条件,介绍了换流器的基本控制策略,提出了一种改进控制策略和HMC子模块串的均压控制策略。提出了基于HMC的前馈交叉解耦控制策略,包括有功无功解耦控制器,以及直流侧电压控制器。利用PSCAD/EMTDC建立了基于HMC双端三相35 kV,240子模块的VSC-HVDC详细仿真模型,验证了所提出的主电路拓扑和控制策略。     

采用MMC变流器的VSC-HVDC系统故障态研究

在交流侧系统电压发生不对称故障时,对基于模块化多电平变流器(MMC)的轻型直流输电系统(VSC-HVDC)的控制进行了研究.基于MMC的系统数学模型,针对故障系统中存在零序电流通路的特点,提出了故障时的系统正负零序控制器.为在故障时尽量保持原有有功功率的传输,并保证故障电流满足系统安全运行的条件,提出了故障时的系统有功功率控制策略.通过仿真软件PSCAD/EMTDC验证了所提控制器和控制策略的有效性.     

适用于VSC-MTDC的改进直流电压下垂控制策略

针对电压源型换流器的海上风电场多端直流并网(VSC-MTDC)系统,提出一种考虑换流站间直流电压偏差的改进电压下垂控制策略,结合电压裕度控制和电压下垂控制的优点,引入2个控制参数,修正了换流站的直流电压与有功功率的特性曲线。在实现直流电压调节和有功功率平衡目标的基础上,有效缩短了换流站控制模式切换过程的暂态过渡时间,以防止直流电压不受控。控制器响应速度快,提高了电网的暂态稳定性。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了海上风电场5端VSC-HVDC并网模型,分别对换流站功率越限和风电场风速变化进行仿真,验证了提出控制策略的有效性。     

基于直流电压—有功功率特性的VSC-MTDC协调控制策略

提出了一种用于大规模海上风电并网时电压源换流器型多端直流(VSC-MTDC)输电系统的协调控制策略。以典型的五端直流输电系统为例,提出了基于本地控制器的换流站间协调控制策略,基于直流电压-有功功率调节特性给出了辅助换流站的改进下降控制策略以及定有功功率控制(APC)换流站的改进控制策略,分析了两换流站的工作模式,根据直流网络的潮流分布和最大最小运行方式给出了辅助换流站和APC换流站参数选择的依据。最后,PSCAD/EMTDC仿真验证了在正常、主导换流站故障和辅助换流站故障工况下协调控制策略的有效性;仿真结果表明,该协调控制策略能够实现多端直流输电系统换流站间的有功功率分配,控制效果良好。     

基于最优潮流的含VSC-HVDC交直流系统最大输电能力计算

已有的交直流系统最大输电能力计算模型无法直接应用于含电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)的交直流系统的最大输电能力计算问题。文中提出了一种基于最优潮流的最大输电能力计算方法,通过将最优潮流模型拓展到系统的多种运行状态,从而能够准确反映N-1安全约束及N-1故障后VSC-HVDC的控制约束。为解决因考虑N-1安全约束导致的模型求解规模过大的问题,针对含VSC-HVDC的交直流系统的特点,进一步提出一种同时考虑故障对静态电压稳定性及支路传输容量越限影响的N-1故障筛选方法。为保证解的性能,在优化软件AMPL中调用COUENNE求解器对以上模型进行求解,能够同时给出最大输电能力和相应的VSCHVDC控制方式及参数整定值。通过修改的4节点系统、IEEE 118节点系统及辽宁省鞍山电网,验证了所提方法的有效性。     

多端柔性直流输电系统的改进下垂控制策略

电压源型变流器技术发展日臻成熟,电压等级及容量不断提高,已成功用于柔性直流输电系统,并展现出高电压、大容量和多端柔性直流输电系统应用的发展态势。本文结合世界首个多端柔性直流输电工程,针对多端柔性直流输电系统应用中存在的强非线性和多端协调等技术难点,提出采用改进下垂控制方法,即通过多个换流站同时采用定电压控制方式运行,暂态过程中,采用定电压控制的换流站退出时系统仍能正常运行,保持直流网络功率平衡。通过检测直流网络电压和动态改变平滑切换控制器输出值,即由切换控制器选择定功率控制输出有效或定电压控制器输出有效,在无需站间通信情况下,实现定电压控制换流站和定功率控制换流站之间的相互转换,相对于传统采用单点电压控制的多端系统,具有较好的灵活性。此外,针对采用定电压控制的换流站完全退出的极端工况,设计反步电压控制器,有效地减小了暂态过电压程度,与下垂控制策略结合,能较好地实现系统直流电压的稳定控制,充分发挥其多端协调功能,提高系统抗干扰性能。仿真结果证明了所采用方法的正确性和有效性。     

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。     

轻型直流输电系统的不对称故障控制策略

基于电压源变流器(voltage source converter,VSC)的轻型直流输电(VSC-HVDC)正成为一种经济灵活的新型输电方式。但是当交流系统发生不对称故障时,系统中存在的负序分量在脉宽调制(pulse width modulation,PWM)的作用下会产生大量的非特征谐波,并严重恶化VSC- HVDC系统的控制性能。文章在换流站正序模型的基础上建立了系统的负序模型,提出一种基于精确反馈线性化理论的正负序电流非线性控制器,并针对系统故障时出现的直流过电压问题设计了2种应对策略。在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC下对上述控制策略进行了仿真验证,达到了预期的控制效果。     

基于电压源换流器的高压直流输电系统离散化建模与仿真研究

基于电压源换流器的高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)的工业控制系统通常为微机控制器,该控制器的控制对象是系统的离散化模型。为此提出了一种在dq0同步旋转坐标系下的VSC-HVDC离散化状态空间模型。在此基础上建立了VSC电流内环离散化控制器和外环控制器,并实现了有功电流和无功电流的解耦控制;为提高VSC-HVDC的外环控制器响应速度,在外环控制器中引入了前馈控制。基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了VSC-HVDC模型及其离散化控制器模型。仿真结果验证了离散模型的正确性以及控制策略的有效性。     

海上风电经VSC-HVDC系统受端电网不对称故障抑制策略

海上风电经柔性直流输电技术（即基于电压源换流器的高压直流输电系统,VSC-HVDC）送出系统中受端电网故障不仅影响受端换流站交直流侧系统的运行状态,严重情况下也会阻碍送端换流站和海上风电机组的正常运行。针对这一实际问题,分析了海上风电经VSC-HVDC送出系统中受端电网发生不对称故障的传播机理,提出了一种基于Lyapunov函数方法的负序分量抑制策略。首先,建立了海上风电机组经VSC-HVDC送出系统的拓扑结构,并分析了受端电网发生不对称故障的传播机理。其次,根据受端换流站的数学模型推导出满足Lyapunov函数全局稳定性的负序开关函数,并求解出开关函数的系数,进一步设计出相应的Lyapunov函数控制器。最后,基于MATLAB/Simulink软件仿真将所提策略与传统PI控制进行对比,验证了所提策略的正确性和有效性。     

向无源网络供电的VSC-HVDC系统控制策略

在同步旋转坐标系下,利用电压源型高压直流输电(voltage source converter based high voltage DC,VSC-HVDC)的暂态数学模型,提出了一种向无源网络供电的VSC-HVDC系统新型控制策略。基于非线性系统反馈线性化控制的逆系统方法,推导了VSC-HVDC的逆系统模型,构造了伪线性系统,实现了对VSC-HVDC系统有功功率和无功功率的解耦。采用极点配置方法对该伪线性系统进行了综合,设计了控制器,并对反馈线性化中重要的隐动态问题进行了讨论,保证了控制系统的稳定性。仿真结果表明,该控制器具有较好的动态性能。     

交流电网不平衡情况下电压源换相直流输电系统的控制策略

推导了交流电网不平衡情况下电压源换相高压直流输电系统(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)电磁暂态模型,提出了适用于该场合的抑制直流电压二次波动的控制策略。通过分析αβ坐标与dq+和dq-坐标之间的变换关系,得出结论：在正序旋转坐标下正序分量为直流量,负序分量是频率为100 Hz的交流量;而在负序旋转坐标下负序分量为直流量,正序分量是频率为100 Hz的交流量。通过简化交、直流侧电路,建立考虑换相电抗器损耗的交流系统不平衡情况下VSC-HVDC系统电磁暂态数学模型。为了抑制发生不平衡故障时直流电压的二次波动给VSC阀和直流电容器产生额外应力等问题,设计基于正、负序旋转坐标系的双电流内环控制器和直流电压外环控制器。仿真结果证明所提出的数学模型正确、可靠,所提出的控制策略能够有效地抑制直流电压二次波动。