抑制多馈入直流输电系统后续换相失败措施研究

针对多馈入直流系统中发生的后续换相失败问题,以换相失败的本质为理论依据,在搭建仿真模型的基础上验证了静止无功补偿器（SVC）在抑制后续换相失败中的作用,同时提出一种有效抑制后续换相失败的变熄弧角控制方式。通过分析变熄弧角控制方式的应用缺陷,进一步提出一种基于渐变恢复理论的新型动态低压限流环节（VDCOL）控制方式。该控制通过动态VDCOL延缓单条直流功率恢复速率,可降低故障期间直流系统对交流系统的无功需求,同时其延时环节也可消除暂态过程中各条直流线路间的不良交互影响,以达到多条直流交替恢复、有效抑制后续换相失败的目的。仿真算例结果验证了控制方法的有效性。     

高压直流输电系统动态恢复特性的仿真研究

为改善高压直流输电(HVDC)系统故障下的动态恢复特性,运用PSCAD/EMTDC仿真工具,研究了HVDC系统逆变站分别采用固定电容器(FC)、静止无功补偿器(SVC)、静止同步补偿器(STATCOM)3种无功补偿设备时的故障恢复特性,其中故障有直流闭锁、换流母线三相接地、单相接地、远端三相接地等。结果表明,交流系统较弱时,SVC会降低交流系统强度,而导致HVDC系统故障及故障恢复时发生连续换相失败,而STATCOM在电压保持、功率恢复等方面都较其他补偿设备有着明显的优点,能够显著改善HVDC系统的动态特性。     

交流故障后MIDC系统的协调恢复策略

为了改善多馈入直流输电(MIDC)系统的恢复性能,提出了一种逆变侧低压限流单元(VDCOL)和熄弧角控制相结合的协调恢复控制策略.该策略首先优化各回直流子系统的熄弧角控制增益:稳态期间取较小值,暂态期间取较大值,使得改进后的熄弧角控制具有一定的自适应性,以减少逆变侧发生后续换相失败的几率.在此基础上再改进和优化各回直流子系统逆变侧的VDCOL控制:在原有VDCOL后增加延时环节和最小选择单元,并对延时环节的时间常数进行优化,使得改进后的VDCOL控制仅在故障恢复期间对电流指令进行渐变的延时,以消除暂态过程中各直流输电子系统间不良的相互作用.通过对南方电网的算例分析验证了该协调恢复策略的正确性和有效性.     

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。     

SVC对特高压紧急直流功率支援的影响

在分析紧急直流功率支援提高系统暂态稳定性机理、静止无功补偿器(SVC)原理及参数设置的基础上,仿真研究了大扰动下SVC对特高压紧急直流功率支援的影响.结果表明:SVC能为换流站交流母线提供无功支持,使其电压在故障后快速恢复,有利于特高压直流功率的快速紧急提升,能更有效地弥补故障后送、受端网区的功率缺额,改善故障后的稳定裕度;安装SVC虽能提高故障后的电压水平却可能会减小熄弧角.故障后500 kV主网形成孤岛情况下,加装SVC能一定程度上改善电压和支援效果,整流侧能减少切机量.     

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。     

联于弱交流系统的HVDC故障恢复特性仿真分析

交流系统的强度会影响到高压直流输电(HVDC)的故障恢复速度，而不同的无功补偿方式对交流系统强度有不同的影响程度。文章对目前广泛使用的无功补偿设备，如固定电容(FC)、同步调相机(SC)、静止无功补偿器(SVC)及静止无功电源(SVG)在HVDC故障恢复过程中的作用进行了仿真分析。仿真结果表明SC及SVG能够增强交流系统，因此故障切除后HVDC可以较快地恢复；但SVC在故障恢复期间减弱了交流系统的强度，因此会延缓整个系统的恢复过程，甚至有可能引起后继的换相失败。     

一种抑制连续换相失败的非线性VDCOL控制策略

换相失败是高压直流输电系统(High Voltage Direct Current, HVDC)中常见的故障之一。为了降低连续换相失败发生的概率,提出了一种基于非线性动态VDCOL低压限流控制器(VoltageDependentCurrentOrderLimiter,VDCOL)设计方案。针对常规VDCOL直流电流调节指令灵敏度较低的特点,所设计的非线性动态VDCOL控制策略将系统故障严重程度同时考虑在内,根据电压大小动态调节VDCOL控制器的控制曲线,提高直流电流指令在系统故障期间的响应速度,达到尽快限制直流电流来降低发生连续换相失败概率的目的。在PSCAD/EMTDC仿真环境中,使用国际大电网会议(International Council on Large Electric Systems, CIGRE)标准模型对所提控制方法进行验证。仿真表明,所提非线性动态VDCOL控制器在短路故障时可以抑制连续换相失败,并且有利于快速恢复系统的直流电压和传输功率,保证输电系统正常运行。     

基于最优变目标的HVDC与SVC非线性综合协调控制

直流功率调制能有效地提高交直流系统的稳定性,但同时直流换流站也要消耗大量的无功,影响交流系统的电压稳定.为此,提出了基于最优变目标的HVDC与SVC综合控制策略,通过直流功率调制改善系统稳定性的同时,利用SVC来对直流逆变侧进行无功补偿, 使逆变侧电压更具稳定性.首先建立了交直流混合系统中HVDC与SVC的综合控制模型,在此基础上,推导出基于最优变目标的控制理论的HVDC与SVC非线性综合控制策略.仿真结果表明,以该控制策略设计的控制器能有效地提高系统阻尼,改善逆变侧交流母线电压特性.     

基于最优变目标的HVDC与SVC非线性综合协调控制

直流功率调制能有效地提高交直流系统的稳定性,但同时直流换流站也要消耗大量的无功,影响交流系统的电压稳定。为此,提出了基于最优变目标的HVDC与SVC综合控制策略,通过直流功率调制改善系统稳定性的同时,利用SVC来对直流逆变侧进行无功补偿,使逆变侧电压更具稳定性。首先建立了交直流混合系统中HVDC与SVC的综合控制模型,在此基础上,推导出基于最优变目标的控制理论的HVDC与SVC非线性综合控制策略。仿真结果表明,以该控制策略设计的控制器能有效地提高系统阻尼,改善逆变侧交流母线电压特性。     

高压直流定无功功率交流故障恢复方法

高压直流系统无功功率动态特性与直流控制强相关,对受端交流系统故障电压恢复特性具有显著影响。为此,研究了直流控制与无功功率动态特性的相互作用关系及其对故障恢复的影响。首先,分析受端交流系统故障时直流系统固有的无功功率动态特性,在此基础上,研究直流电流指令值、交流母线电压与无功功率交换量之间的动态相关性,提出低压限流功能的替代方案。接着,针对交流母线电压的不同故障水平,进一步研究了交流系统与换流站在不同交流电压水平下的无功功率交换能力。最后,仿真验证了在对称故障下所提替代方案能够提升交流故障支撑能力,改善系统的故障恢复性能,降低系统恢复过程中发生换相失败的概率。     

SVC应用于超高压交流输电的控制策略

通过分析静止无功补偿装置（static var compensator,SVC）应用于超高压交流输电时实现的功能,依据以系统电压（如500 kV）为主要控制目标,来实现稳定电压、增强电网输送能力、促进故障后电压恢复、抑制振荡等功能的思路,提出实现上述功能的电压控制策略。针对超高压电网中单套SVC装置具有很大容量的特点,提出了防止调节过程中阀组和总回路断路器过电流以及低压母线过电压的措施。     

基于无功反馈控制的后续换相失败抑制方法

基于电网换相换流器的高压直流输电故障后的动态恢复过程与交直流系统间的无功交换强相关,持续的无功交换过程往往伴随着换相电压持续波动,进而可能引发后续换相失败.基于此,提出采用闭环反馈控制的无功控制方法以降低后续换相失败的风险.首先,利用实时仿真分析了采用典型低压限流(VDCOL)控制的直流系统故障恢复过程与无功交换的关系.其次,利用交直流系统的无功功率特性方程以及隐函数存在定理,分析了直流电流分别与无功交换和关断角之间的微增量关系,并据此提出无功反馈控制结构.然后,提出了用来替代VDCOL的直流电流实时计算方法,该方法同时考虑了无功交换平衡和定关断角二维约束,并通过闭环控制抑制了干扰偏差,控制精度更高.最后,仿真结果表明,所提方法可以减小直流系统发生后续换相失败的概率,改善系统的恢复性能.     

高压直流输电系统单极闭锁故障下同步调相机与STATCOM的对比研究

当高压直流输电系统送端换流站发生单极闭锁故障时,换流站交流侧将出现无功功率过剩,导致换流站交流侧电压骤升,进一步会引起送端电网各发电设备端电压的骤升。因此,需要在送端交流侧附近加装适当的暂态无功补偿装置以提高系统的稳定性。为此该文先从运行原理、响应特性等多个角度对同步调相机和静止同步补偿器两类暂态无功补偿装置进行分析。然后再对比分析单极闭锁故障下两者在高压直流输电送端系统的应用效果。最后结合单极闭锁故障下切除部分无功补偿装置的措施,得出同步调相机具有更强的暂态无功支撑能力和暂态电压调节能力的结论。     

一种多功能模块化直流故障限流器拓扑及控制策略

直流故障限流器(FCL)作为是抑制限制直流短路故障电流的关键重要设备之一,在交直流混合电网输电系统中应用中作用十分重要。得到广泛应用,在故障发生时能有效限制故障电流的激增。针对传统直流限流器仅具备限流功能且故障电流无法被完全限制的问题,本文提出一种多功能模块化直流故障限流器拓扑,在分析其工作机理的基础上,分别针对故障限流、能耗泄放和直流网压支撑三种功能,完成了相应及其控制策略开发。,实现了多种故障情况下采用对应故障限制功能,有效抑制故障电流,稳定直流侧电压。为验证拓扑结构及控制策略的有效性,在Matlab/Simulink中搭建构建交直流混合输电极间短路故障及模块化限流器系统多工况模型,仿真结果表明所提出的模块化直流限流器拓扑及控制策略,满足交直流混合电网多种故障情况下的故障限流需求,可维持直流网压的稳定。能有效限制直流短路故障。     

基于轨迹灵敏度的交直流受端系统暂态电压两阶段控制

针对交直流受端系统暂态电压调控能力不足的现状,提出一种基于轨迹灵敏度的交直流受端系统暂态电压两阶段控制方法。构建以最优无功补偿容量和紧急控制成本最小为目标函数的两阶段暂态电压控制模型。借助摄动法求取暂态电压稳定裕度对控制量的轨迹灵敏度,将非线性暂态电压控制模型转化为二次规划模型来提高暂态电压控制效率。为避免故障期间交直流受端系统暂态电压的大幅跌落,实施静止同步补偿器和新一代调相机协同的预防控制,充分发挥无功补偿装置在暂态电压不同跌落程度下的动态无功支撑优势。针对实施暂态电压预防控制后恢复阶段的低电压延时恢复问题,实施包含基于电压源换流器的高压直流和传统调压措施的紧急控制来加快暂态电压恢复速度。修改后的IEEE 39节点系统和实际系统算例结果验证了所提暂态电压控制方法的准确性和有效性。     

SVC与HVDC非线性协调滑模变结构控制的研究

针对逆变站消耗的无功功率与电压稳定之间的矛盾,采用静止无功补偿器（SVC）对直流逆变站进行无功补偿,从而在改善系统的稳定性的同时,使逆变侧电压更具稳定性。通过建立含有直流功率调制和静止无功补偿器的系统状态方程,并运用非线性系统理论以及变结构控制理论,设计出了直流与静止无功补偿器的非线性协调控制规律。最后对系统进行仿真,其结果表明该控制规律能有效地提高系统的暂态稳定性,并能进一步改善交流系统的电压,达到良好的控制效果。     

高压直流输电系统抑制连续换相失败的策略研究

对于直流馈入受端电网,换相失败是一种最常见的故障。为减少输电系统发生连续换相失败的概率,对换相机理和控制环节的运行逻辑进行分析,然后结合低压限流控制器的特点,提出了一种可以抑制连续换相失败的策略。通过预测模块提前减小逆变触发角,增大换相裕度,同时在整流侧补偿触发角,抑制直流电流上升,并且利用交流母线电压波动小的特点,代替低压限流装置的启动电压。基于PSCAD/EMTDC平台,使用CIGRE标准模型测试所提出的方法。通过仿真实验可知,所用的控制策略在逆变侧发生交流系统短路故障时,能有效抑制系统的连续换相失败,并且会改善故障恢复特性。     

直流系统控制方式对大扰动后交直流混合系统电压和功率恢复的影响

使用电力系统暂态安全评估工具TSAT基于南方电网2005年规划数据研究了直流控制方式和低压限流器参数对大扰动后交直流混合系统电压和功率恢复的影响.结果表明,常规的整流侧定电流、逆变侧定直流电压控制比整流侧定功率、逆变侧定熄弧角控制有利于大扰动后交流换流母线电压的恢复;为缓解大扰动后有功功率和无功功率失衡的问题,低压限流器参数的大小应取折中值.