直流阻尼调制在大规模交直流电网中的作用

采用一种暂态能量函数,剖析直流阻尼调制抑制低频振荡的机理。基于留数,指出制约直流调制效果的关键因素,对直流调制在交直流电力系统中的运行特性进行分析,认为采用广域信号可以提高直流调制对区间振荡的抑制效果。以我国第1个交直流混合电网——南方电网为背景,验证理论分析的正确性。在此基础上,对直流阻尼调制在大规模交直流电网中的作用进行总结。     

交直流互联系统鲁棒自适应直流功率调制

设计了应用于交直流互联电力系统的直流功率调制的非线性鲁棒自适应控制器。该控制器基于驱动各互联区域电网的惯量中心至统一平衡点的设计思想，采用广域测量系统的全局信号，用以阻尼交直流互联系统的区域间功率振荡。采用反步法设计的自适应鲁棒控制规律使控制器对未知参数具有自适应性，对模型误差、扰动和平衡点变化具有较强的鲁棒性。仿真结果表明，与传统的线性直流功率调制控制器相比，该控制器对联络线的功率振荡具有优良的阻尼性能，可显著提高输电极限，而且能很好地适应运行点的变化。     

基于主导惯量中心的紧急功率支援方法

交直流并联系统中送端交流系统出现故障时,利用直流系统的过负荷能力进行紧急功率支援可缓解功率不平衡状况、提高暂态稳定性。介绍了以暂态过程中发电机组的动能增加为准来度量主要参与机组、形成"主导惯量中心"(DCOI)的紧急功率支援方法。直流线路连接的互联区域电网,暂态下区域电网主导惯量中心间的转速偏差能够保留系统重要的动态信息,用此集成紧急功率支援的控制信号,相比于传统的由本地信息构成的调制信号效果更优。在四川电网的仿真中表明:基于主导惯量的转速偏差能够保留系统重要的动态信息,用此集成紧急功率支援的控制信号,相比于传统的由本地信息构成的调制信号效果更优。在四川电网的仿真中表明:基于主导惯量中心的紧急功率支援方案有效地提高了大扰动下暂态系统的稳定性。     

基于主导惯量中心的紧急功率支援综合策略研究

当交直流系统遭受大扰动,导致有功失衡而使系统稳定受到威胁时,利用直流系统的快速可控性进行紧急功率支援可缓解功率不平衡状况,提高系统暂态稳定性,但如何选择紧急功率支援信号使调制效果达到最优仍需探索。直流线路连接的互联区域电网,暂态下区域电网主导惯量中心间的转速偏差能够保留系统重要的动态信息,集成紧急功率支援的控制信号,相比于传统的由本地信息构成的调制信号效果更优。以暂态过程中发电机组的动能增加为准来度量主要参与机组,形成“主导惯量中心”（the Dominant Center Of Inertia,DCOI）,在主导惯量中心转速偏差为调制信号的基础上,结合功率提升/回降,形成一种紧急功率支援综合策略。在四川电网的仿真中表明：基于主导惯量中心的紧急功率支援方案可有效地提高大扰动下暂态系统的稳定性,结合功率提升/回降的紧急功率支援综合策略可进一步发挥直流调制维护系统暂态稳定的潜能。     

基于协同控制理论的非线性直流附加控制器设计

为提高高压直流联络线所连交流系统的暂态稳定性,针对大规模交直流互联电网的非线性及其建模的不准确性,设计了一种新型的基于协同控制的直流附加控制器并将其用于多区域交直流混联系统中。首先根据各区域惯量中心设计合适的宏变量和流形,推导出基于协同控制直流附加控制器的解析表达式;然后以区域惯量中心角频率偏差和直流功率偏差最小为目标函数,采用遗传算法优化控制器参数;最后将所设计的控制器分别用于两区域交直流并联系统和多馈入系统,并采用PSCAD搭建详细模型进行时域仿真。仿真结果表明,与基于极点配置线性化方法和基于滑模控制非线性方法的直流附加控制器相比,提出的协同控制方法具有更好的控制效果,能够有效地抑制区间功率振荡。此外,该控制器的推导对系统模型的依赖性不强,且对不同负荷模型、不同运行方式和广域测量信号的延时具有较强的鲁棒性。     

基于惯量中心动态信号的交直流互联系统稳定控制

针对交直流互联电力系统的稳定控制问题，提出了基于系统惯量中心(center of inertia，COI)动态信号的发电机励磁和直流功率调制综合控制方案。该方案中各发电机功角和频率动态跟踪由广域测量系统提供的系统COI动态功角和频率轨迹。直流输电线路功率调制的目标是阻尼区域COI功角和频率间的相互振荡。考虑到模型误差和外部干扰因素，采用反步法设计了非线性鲁棒控制器。对某4机2区域系统进行仿真实验，结果表明该控制方案和控制器突破了系统只能稳定于工频下的局限，增大了系统的稳定域，显著改善了系统的功角稳定性。     

国电南瑞基于广域测量系统的交直流协调控制技术通过验收

正2015年12月3日,由国电南瑞电网安全稳定控制分公司承担的国家电网公司重大专项课题"基于广域测量系统的交直流协调控制技术"通过验收。以周孝信院士为组长的验收专家组一致认为该课题完成了合同规定的研究内容,同意通过验收。该课题通过构建适应交直流、多直流协调优化控制系统的整体框架和软硬件平台,实现了电力系统交直流混联电网的广域协调控制,可有效解决特高压交直流联网运行控制面临的关键问题,显著提高大规模交直流电网运行优化控制能力和电网安全控制水平。     

南方电网多直流协调控制技术研究取得新成果

近日，南方电网公司承担的国家发改委重大产业技术项目——“远距离大容量交直流并联电网稳定技术研究”的关键子课题之一“多直流基于广域信息的自适应协调控制技术的研究”通过有关专家验收。     

基于实测数据的电网频率信号特征分析与提取方法

随着新能源大规模接入，电力系统不同区域的转动惯量、频率特性、支撑能力发生了较大变化，提取与辨识频率特征可为电网特性认知以及进一步的惯量评估、频率控制、网络安全等分析提供基础。文中基于源-网-荷全景同步测量系统的大量实测数据，分析了频率与交流电网结构相关的分群现象，提出了基于皮尔逊相关系数的频率空间相关性辨识方法；提出了基于卷积神经网络的“频率指纹”提取方法，将电网特性在频域上进行了高纬特征提取；进一步，对北京、长治等10个城市的实测频率信号进行了测试与分析，给出了识别精度，验证了所提方法的有效性，为后续电力系统频率特性分析、惯量评估、网络攻击识别提供了基础。     

大规模风电集中接入下直流换相失败引发交流联络线功率波动的机理

随着高密度大容量风电外送的交直流混联电网的建设,大规模风电与交直流系统间的相互作用变得更加复杂。针对目前直流换相失败引发交流联络线功率波动的机理没有考虑大规模风电集中接入电网的现状,首先研究了系统等值惯量与阻尼特性的关系,并定量分析了大规模风电集中接入对系统阻尼特性的影响;在此基础上,进一步研究了大规模风电集中接入下直流换相失败引发交流联络线功率波动的机理,并首次提出了直流换相失败时交流联络线功率波动峰值、扰动发生至波动峰值时间的快速计算公式。中国某区域电网的实际算例证明了本文所提机理和计算方法的正确性,从而可为互联电力系统的运行方式安排和控制措施的确定提供理论基础和技术依据。     

大规模交直流电网电磁暂态数模混合仿真平台构建及验证：(一)整体构架及大规模交直流电网仿真验证

随着中国特高压交直流电网快速发展,交直流、多直流之间相互影响加剧,电网安全运行面临严峻挑战,对仿真工具的性能提出了更高的要求。对接入实际直流工程的控制保护装置进行数模混合仿真是当前对大规模交直流系统动态特性进行仿真所采用的较为准确的仿真手段。文中在原有数模混合仿真技术基础上,提出了适用于研究大规模交直流混联电网运行特性的新一代数模混合仿真平台构建方案。该方案以大规模电磁暂态实时仿真软件HYPERSIM和超级并行计算机SGI为数字仿真核心,接入全部在运直流工程的控制保护装置及其他类型电力电子控制保护装置,解决了大规模特高压交直流电网高精度仿真试验研究的难题,并且实现了同时接入8回直流工程控制保护装置、电磁暂态仿真规模超过6 000节点的数模混合实时仿真。通过对实际电网故障的反演和结果对比,验证了所构建仿真平台方案的有效性。     

交直流混联电网下直流输电系统运行面临的挑战及对策

目前,国家电网公司已经投运了十三回特高压直流输电工程和多回常规直流、柔性直流工程,实现了大区电网之间利用远距离直流和背靠背直流的异步互联,形成了复杂的大型交直流混联系统.该文从直流输电控制保护基本特性出发,分析了直流系统与交流系统、直流系统与新能源之间的相互影响以及直流系统对电网三道防线的影响,总结了近年来由于多回大容...     

基于测试信号的直流小信号调制器参数整定

提出一种基于测试信号的直流小信号调制器参数整定方法。首先用测试信号法分析交直流系统的低频振荡特性；然后在直流系统整流侧定电流调节器电流参考环节对测试信号进行频率扫描，激发并联交流联络线有功功率振荡，通过时域仿真和频域分析，辨识开环传递函数；最后基于经典控制理论的根轨迹法整定直流小信号调制器参数。理论分析和算例仿真结果均表明所提出的方法能够方便、有效地应用于直流小信号调制器参数整定,并能应用于实际交直流大系统。而且，该方法易于用一般的机电暂态仿真软件实现，并可用于FACTS小信号调制器参数整定。     

直流调制对南方电网交直流混联输电系统暂态稳定裕度的影响

交直流混联输电系统中,直流系统的控制及调制措施对系统的暂态稳定具有重要影响。以南方电网2005年丰大运行方式下,贵广直流单极运行、天广直流双极运行为例,当北通道交流输电系统发生扰动时,研究了直流系统在一定的控制方式下,调制增益的变化对系统暂态稳定裕度及直流系统的影响;分别取北通道功率变化率及南通道功率变化率为调制信号对系统暂态稳定裕度及直流系统的影响;考察了直流系统运行在不同控制方式下时,大方式调制和双侧频率调制等措施对混联系统暂态稳定裕度、送端电网机组及直流系统的影响,研究结果对实际电网运行中直流调制措施的制定具有一定的参考价值。     

LCC/VSC混联系统多区域间惯性支撑协调控制策略与仿真

渝鄂背靠背柔直系统投运后实现了西南和华中异步联网,并形成了包括西南、华东、华中三峡机群、渝鄂、龙政、林枫等接入多类型直流的交直流混联系统。针对此种典型结构下交/直流故障后系统稳定需求,考虑充分发挥电压源换流器(voltage source converter,VSC)和电流源换流器(line commutation converter,LCC)快速可调的特性,提出了涉及交流线路、发电机组、VSC和LCC直流的惯性支撑协调控制系统。该系统的核心在于VSC/LCC的功率/频率协调控制策略,通过整定适应性的频率控制器逻辑和参数,以及执行直流间协同功率调制,能够实现直流对整个多区域混联系统的惯性支撑和辅助一次调频。建立了包含3区域交流电网以及VSC和LCC详细模型的电磁暂态仿真系统,仿真分析了可能引起失稳的典型交/直流故障。仿真结果表明,在惯性支撑协调控制策略的作用下系统能更快恢复至新的稳定运行状态,从而满足多区域间交直流电网动态功率协调控制的需求。     

南方交直流混合电网区域振荡的协调控制策略

针对南方电网弱阻尼区域振荡模式的抑制问题,在分析了电力系统稳定器(PSS)、直流阻尼调制的控制机理及其控制效果的基础上,考虑到南方电网近距离直流多落点的特点,提出了一种PSS和直流阻尼调制的协调控制策略。在该策略中,结合模式可控性指标首先进行相关控制点的PSS参数优化以抑制直流调制不敏感的模式,在前一层优化的前提下再进行直流阻尼调制控制器的参数优化。这样既能保证二者的协调控制,又能有效地控制优化进程和降低计算量。最后通过仿真计算验证了协调控制策略的合理性和有效性。此工作可为研究近距离直流多落点交直流混合电网的低频振荡抑制问题提供新思路。     

多端直流输电系统中的直流功率调制技术

与常规的双端直流输电系统相比，基于直流功率调制技术的多端直流输电系统能更灵活地向所连接的交流系统提供快速的紧急功率支持，改善交流系统的稳定性。文章对其中一端为弱交流系统的4端直流输电系统运用PSCAD/ EMTDC仿真软件研究了多端直流输电系统的功率调制技术，提出了该系统的仿真模型及其复合控制策略。仿真结果表明，所连接交流系统的强度、各换流站的控制策略和直流系统电流平衡原则的选取会极大地影响直流功率调制的性能，多端直流输电系统比常规的双端直流输电系统能更灵活地运用直流功率调制技术，进而有效地提高所连接交流系统的稳定性。     

基于容性能量转移原理的高压大容量DC/DC变换器

随着基于电压源型换流器的柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)技术的快速发展,十几年间世界范围内已建成数十个各种不同电压等级的VSC-HVDC工程。根据交流电网的发展历史,未来构建大规模直流电网是必然趋势。然而直流电网必须采用DC/DC变换器来充当直流变压器的角色,因此高效率、低成本的高压大容量DC/DC变换器是直流电网技术中亟待攻克的关键基础性课题。该文针对不同电压等级直流输电线路互联的技术需求,对经典低压DC/DC拓扑进行改造,推演出一系列基于容性能量转移原理的高压大容量DC/DC变换器拓扑,并揭示此类拓扑的演化规律和换流原理。相比传统变换器方案,该拓扑可降低器件数量,提升拓扑转换效率以及减小变换器体积重量。最后,通过仿真和实验验证基于容性能量转移原理的DC/DC变换器的可行性。