多端直流输电系统机电暂态建模研究与实现

构建了不同类型换流器和多端直流线路组成的多端直流网络的等值电路,提出了多端直流输电系统中不同类型换流器的控制方式以及各换流站间控制方式的协调机制,建立了多端直流输电系统机电暂态仿真通用模型,并基于交直流电力系统计算分析软件DSP实现了该模型。通过算例系统将所建立的模型与PSCAD精确模型进行了对比,结果表明本文所建立的多端直流输电系统模型在扰动情况下的响应特性与PSCAD结果具有较好的一致性,验证了所建立模型的准确性。     

电力系统动态等值研究方法综述

随着电力系统规模的扩大,进行电力系统稳定分析已十分的困难.动态等值技术能够在保留原始系统特性的前提下简化网络结构,减少计算量,因此在电力系统稳定分析中得到广泛应用.为此,从基本思想、方法步骤、优缺点以及发展现状4个方面,分别对同调等值法、模式等值法和估计等值法3种动态等值方法进行了综述,提出估计等值法将是动态等值方法发展的趋势,而神经网络由于其良好的非线性逼近能力和不需要预先建立具体模型的优点将在估计等值法中得到推广.     

故障分量方向元件在交直流多端馈入系统中的适应性分析

故障分量方向元件在交直流多端馈入系统中存在适应性问题,目前缺乏相应的分析方法.文中分析了故障分量方向元件的原理,研究了对应的动作条件,理论推导了交直流多端馈入系统中馈线方向元件动作区间与换流器等值背侧阻抗波动区域的关系.结合换流器系统的故障响应特征,研究了不同故障场景下换流器等值序阻抗特性,推导了换流器序阻抗的波动范围.给出了故障分量方向元件在交直流混联系统中的适用条件,并分析了适用条件的影响因素.最后,PSCAD仿真验证了理论分析的正确性,为故障分量方向元件在非线性电网中的应用提供了理论基础.     

适用于潮流分析的改进网络等值建模方法研究

Ward等值法作为一种重要的等值建模方法，在电力系统分析计算中得到广泛应用。实际应用Ward等值时会出现2个问题：一是求解等值方程时如何提取电网数据计算等值导纳矩阵和等值电源；二是等值误差问题，包括等值过程中产生的误差以及系统运行状态改变时产生的误差。为此提出一种适用于潮流分析的改进等值建模方法，针对等值方程求解中存在数据提取问题，提出一种基于PSCAD中的PSD-SCCP短路故障分析功能求解等值电源和导纳矩阵的方法，实现在PSCAD中对大电网建模；针对常规等值在系统工况发生变化时的误差问题，研究一种用电压源串联阻抗的形式建模修正误差的办法，使等值系统潮流发生变化时与完整系统的PV节点发生相同响应，通过算例验证了方法的有效性。     

组合电器电磁式电压互感器低频校验的研究

分析了组合电器一次回路等值电容对电磁式电压互感器等值电路的影响,提出了校验电磁式互感器低压误差、负荷误差方法,采用低压低频法测量电压互感器的励磁特性经折算至工频励磁特性的计算公式,得到励磁特性非线性数据,最后,结合互感器等值电路计算出互感器在额定电压因数下的误差。其测量结果与常规测量方法得到误差偏差小于0.05%。     

光栅信号电阻链高倍细分法的误差校正的研究

常用的电阻链细分法在对光栅信号进行高倍细分时,电路结构会随着细分倍数的增加而变得很复杂。采用内部集成等值电阻链和比较器阵列的芯片LM3914代替细分电路中的电阻链和比较器阵列,可以有效地简化电路结构和提高细分倍数,但同时会引入非线性误差。本文通过对等值电阻链细分法引入的细分误差进行数学量化分析,并通过利用光栅信号合成误差校正信号将细分电路中的误差减小到0.3%以下,提高系统的精度和可靠性,实现了40倍细分。     

含电动机负荷的互联电力系统动态等值模型可辨识性分析

对大型互联电力系统进行动态等值可以显著地降低计算分析的工作量,但目前电力系统动态等值多采用简单模型,存在不能很好地反映系统动态特性的问题.为此,提出同时考虑发电机凸极效应和电动机负荷特性的动态等值模型来进行可辨识性分析.以两区域互联系统为例,首先给出计及发电机凸极特性和电动机负荷的区域系统动态等值模型,然后对非线性模型进行线性化.采用基于拉普拉斯变换的传递函数法分析模型的可辨识性.利用系统稳态条件,从理论上证明了所提出的动态等值模型的所有参数均是可以辨识的.     

扩展等面积法直接暂稳计算误差的分析

本文深入地分析了扩展等面积法(EEAC)直接暂稳分析的二类主要误差:单机无穷大系统等值引起的模型误差和低阶大步长的台劳展开计算等值转子角轨迹引起的截断误差。文中还分析了各类误差在不同故障位置、不同故障类型及不同故障阶段等各场合下的误差机理及其对暂稳分析精度的影响。从而揭示了EEAC法存在的不足和局限,并希望国内同行共同努力,使这一方法更加完善。     

运行条件下输电线路载荷能力定值

为了对运行条件下交流输电线路载荷能力进行在线定值,首先提出了基于扩展潮流的双端口诺顿等值的输电线路变参数等值模型,然后给出了在线推算运行条件下输电线路载荷能力的实用算法。该模型和算法考虑了系统的整体性,体现了互联系统中并行流对输电线路载荷能力的影响,并且通过等值参数的变化反映了系统的非线性及时变性。最后以IEEE39节点系统为例,通过连续潮流验证了该模型和算法的可行性及有效性,并结合威海电网220kV线路,对输电线路载荷能力在线定值进行验证性分析。     

基于电压源换流器的多端柔性直流输电系统拟交流最优潮流

为便于求解含多端柔性直流输电系统的最优潮流,提出一种拟交流最优潮流计算方法。通过分析电压源换流器的工作原理,建立了计及换流站有功损耗的交流电源型等值电路。针对系统直流网络部分设定约束条件,将其等效为特殊的交流网络。为降低计算复杂度,对换流站的能量耦合方程进行了线性化处理。基于此,含多端柔性直流系统可视为纯交流系统并进行潮流计算。考虑到交流系统最优潮流问题具有非凸特性,将其最优潮流模型松弛为半定规划模型。实验结果表明,所述方法能够有效求解多端柔性直流系统最优潮流问题。     

含多端柔性直流电网的调度计划优化建模

发展建设多端柔性直流电网为大规模风光等清洁能源并网提供了一种新的技术手段。当直流电网与交流电网紧密耦合时,电网调度运行业务中的传统调度计划应用由于缺少对直流控制单元、交直流互动方式、直流电网潮流约束等问题的考虑,在调度对象、计划模式、平衡策略及交直流双侧网络约束等方面均缺少考虑。针对上述问题,提出了含多端柔性直流电网的调度计划优化建模方法。该模型可灵活处理交直流互动方式,新增了直流电网有功平衡及交直流双侧网络传输限额等约束,为直流电网纳入传统调度计划应用提供了一种建模策略。将所述模型应用于5端直流与新英格兰10机系统相结合的电网,验证了模型在处理交直流互联电网调度计划方面的灵活性及有效性。     

考虑控制模式影响的多电压等级直流电网潮流计算方法

多电压等级直流电网可满足不同地区接入各类能源和负荷的电压等级需求,是未来电网建设的发展方向。直流电网潮流分析是电网规划设计、运行控制的基础,而相比于传统电网潮流分析,多电压等级直流电网控制方式灵活、运行方式多样,使得潮流分析更加复杂。计及换流站的控制方式,首先,对多电压等级直流电网进行分区处理,建立了多电压等级直流电网稳态等值模型;然后,基于牛顿迭代法建立节点导纳矩阵及潮流方程,推导了直流电网潮流计算方法;最后,基于PSCAD搭建了多端直流电网模型,验证了所提计算方法的有效性和正确性。     

适用于多端柔性直流电网的潮流控制器

多端柔性直流电网以优良的性能在清洁能源消纳方面发挥了重要作用,但其潮流难以灵活控制,需引入潮流控制器来改善潮流分布。对此,提出了一种适用于多端柔性直流电网的新型直流潮流控制器,其具有配置成本低、调节范围广和运行损耗小的优势。潮流控制器利用全控型开关动态投切电容、电阻来改变线路等效电阻,实现了潮流控制功能。此外,设计了含电压限制环节和电流差增益环节的控制系统,降低了拓扑的配置成本和运行损耗。最后,通过电磁暂态仿真与低压物理试验验证了所提直流潮流控制器的有效性与可行性。     

交直流输电系统潮流计算中换流器运行方式的转换策略

分析了多端直流输电系统和多馈入直流输电系统控制运行方式，提出了采用计算机进行控制方式转换的方法。在考虑各种控制方式的控制作用和转换条件的基础上计算交直流系统潮流。该方法用加入2条直流输电线路的IEEE 300节点算例系统和加入三端直流输电系统的IEEE 118节点算例系统进行测试，计算效果较好，能够处理运行条件改变导致的运行方式发生的转换。     

基于电压控制特性的电压源型多端直流/交流系统潮流求解

由于基于电压源型换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电技术具有良好的可控性,对负荷中心供电、风电消纳、孤岛电力传输等适应能力强,电压稳定性好,因此具有良好的应用前景。当前对VSC-HVDC系统主要基于定功率控制模式进行潮流计算,而很少考虑到实际的换流器电压控制能力。为了更加精确地反映实际电网中VSC的电压控制特性,文中建立了基于VSC的电压控制模型,考虑了换流器损耗、交流滤波器、换流器容量限制等的影响,并基于电压控制特性提出了VSC多端直流/交流系统的通用潮流求解方法。对直流电网功率分布变化和N-1故障以及多端直流/交流系统的潮流算例分析表明,所提的潮流算法能够反映直流换流器的电压控制调节能力,验证了基于VSC的多端直流/交流系统在考虑换流器电压控制特性后的潮流方法的有效性、合理性以及算法的快速性。     

混合多端直流输电系统的损耗优化控制

为解决混合多端直流输电系统采用下垂控制时,不能在任意功率下运行在最优工作点的问题,提出了损耗优化控制策略。此控制策略分为两层:上层为优化控制,根据混合多端直流输电系统不同的注入功率计算下垂控制参数;底层为下垂控制,以实现对功率变化的快速调节。此控制策略在实现混合多端直流损耗最小的同时,也考虑了电网换相换流器逆变站最小熄弧角的限制,因而实现了混合多端直流输电系统的稳定与经济运行。为验证所提控制策略的有效性,建立了混合六端直流输电系统模型,首先根据提出的优化算法计算了此模型的稳态优化结果,然后在PSCAD/EMTDC中进行了仿真验证。在功率波动、通信故障情形下的仿真结果表明,所提损耗优化控制策略的降损效果与理论计算结果一致,并且满足系统约束,使混合多端直流输电系统不仅在送端功率变化时有良好的损耗优化效果,而且在通信故障时仍然能保持稳定运行。     

应用于风电场内部组网的多端直流系统研究

提出了利用多端直流系统作为风电场组网方式时,网侧逆变器的控制策略。风电场多端直流系统由多个电压源换流器(VSC)并联组成,发电侧VSC控制风机向直流系统输送能量,再经网侧逆变器并网。根据状态空间平均法,得到VSC的动态数学模型及等效电路。以此为基础设计了网侧逆变器的解耦控制器,既能保持直流系统电压恒定,从而向交流系统传送有功,又能独立调节输出的无功,为交流侧提供电压支撑。数字仿真结果表明该控制器具有良好的性能。     

计及电流潮流控制器的直流电网潮流计算

电流潮流控制器(Current Flow Controller,CFC)可以增加直流电网潮流控制自由度,实现直流电网潮流优化分布,但也使得原始潮流算法对于加装控制器后的直流电网不再完全适用.基于等效功率注入模型和联立求解法,文中提出了一种特定潮流控制目标下,计及CFC的直流电网潮流算法.将CFC对被控支路潮流的调配作用...     

具备潮流控制功能的多端口混合式直流断路器

针对多端柔性直流电网的故障保护和潮流控制问题,该文提出一种具备潮流控制功能的多端口混合式直流断路器,由通流支路、主断路器支路两部分构成。当系统正常稳态运行时,该断路器具有潮流控制功能,可用于调节支路潮流;系统发生故障后,相当于混合式直流断路器,用于切断故障电流。建立了具备潮流控制功能的多端口混合式直流断路器拓扑,阐述了稳态和暂态运行机理,并进行经济性分析。最后,在PSCAD仿真平台搭建了四端直流输电系统,验证了所提拓扑在潮流控制和故障切除方面具有良好的性能。     

多端柔性直流电网主动功率平衡协调控制策略

考虑多端柔性直流输电(VSC-MTDC)技术的发展,从机理上分析了现有多端协调控制策略用于新形势下VSC-MTDC系统的控制特性差异;基于机理分析,针对现有多端协调控制策略的不足,提出了一种多端柔性直流电网主动功率平衡协调控制策略。该方法提出了一种主动功率平衡技术,实现VSC-MTDC系统在动态过程中的主动功率平衡,改善直流电压动态调节特性,并降低换流站传输功率的动态偏差,提高换流站的传输功率精度,从而实现对VSC-MTDC系统直流电压的快速精准控制。最后,基于对VSC-MTDC的PSCAD/EMTDC的仿真,对所提的控制策略进行了有效性验证。