柔性直流输电系统阻抗稳定性分析

采用基于ESAC(energy system analysis consortium)标准的阻抗分析方法分析了柔性直流输电系统(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)的阻抗特性和稳定性。首先建立了柔性直流输电系统的等效电路,进而通过其复频域等效电路分析了VSC-HVDC柔直系统的阻抗特性,并由ESAC标准的阻抗分析法提出了判断VSC-HVDC柔直系统稳定性的实用判据。然后在复频域中得到了柔直换流站在不同PI控制参数下的Nyquist曲线以确定柔直系统的稳定性。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件中进行了时域电磁暂态仿真,其稳定性结果与在复频域中的计算结果一致,进一步验证了所提出的稳定判据的正确性。     

带恒功率负载的交直流混合微电网系统大信号稳定性分析

在交直流混合微电网系统中,绝大部分负载都是通过电力电子变换器与微网母线连接,闭环控制的电力电子变换装置可视为恒功率负载,具有负阻抗特性,在扰动情况下,会影响系统稳定性,甚至导致整个系统无法正常工作.该文考虑恒功率负载动态性能,在储能单元充、放电模式下应用混合势函数理论对并网交直流混合微电网系统进行大信号稳定性分析.首先,将整个系统等效为dq旋转坐标系下的直流系统.接着分别建立储能单元充、放电的混合势函数模型,进行稳定性分析,得出系统大信号稳定性判据.所得到的大信号稳定性判据给出了直流侧稳压电容、交流侧滤波电感、互联变流器电流内环控制参数kip、电压外环控制参数kvp与系统能带恒功率负载功率最大值的关系.对比可知,当储能单元由充电变为放电时,交直流混合微电网系统能带恒功率负载的功率最大值显著增加.最后,应用Matlab软件搭建交直流混合微电网系统仿真模型,仿真结果表明,所提判据能够保证交直流混合微电网系统大扰动下的稳定性.     

MMC-HVDC换流器阻抗频率特性分析

分析模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)交直流侧呈现的阻抗频率特性是系统设计的重要内容。首先根据MMC的基本运行机理和连续模型,推导交直流侧阻抗的等效表达公式;然后提出基于测试信号法的阻抗计算方法和详细实现流程;最后利用PSCAD/EMTDC对典型系统进行仿真计算。结果表明:1)在电压源激励和电流源激励下所呈现的交流侧阻抗特性不同,而直流侧阻抗特性一致;2)交流侧阻抗特性难以利用无源元件简单串并联模拟,而直流侧阻抗可等效为单调谐滤波器;3)稳态运行点变化对交直流侧阻抗几乎没有影响;4)不同控制模式下交直流阻抗特性曲线基本趋势一致,主要在低频范围内略有不同。     

柔直系统适时切换的故障穿越方法

为了实现柔性直流输电系统在网侧不对称故障时的故障穿越,同时保持稳态时的柔直阻抗稳定性,本文详细分析了柔直系统的正负序控制以及采用1/4周期延时的正、负序分解算法对柔直系统不同频率分量阻抗波动的影响,推导并建立了柔直系统的交流侧高频阻抗模型。在此基础上提出一种适时切换的故障穿越算法,利用负序电压的稳态量和突变量进行故障判断,稳态时内环采用全序电流控制,不进行正负序分解,从而降低了柔直系统阻抗的周期性波动,故障暂态时叠加负序电流控制,抑制负序故障电流,实现了故障时系统的持续运行。最后在PSCAD/EMTDC中,搭建柔直系统仿真平台进行仿真研究,验证了本文设计策略的有效性。     

采用能量平衡性分析的MMC柔直系统自适应功率控制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电系统在电力传输方面具有更好的灵活性和可控制性,但必须保证在不同控制目标和运行工况下直流侧电压的动态稳定性。该文利用电容等效的方法对上下桥臂进行数学建模,基于电容充放电过程中的能量交换关系推导并阐明了换流站直流电压变化机理;针对换流站外环功率控制,为减少交直流侧功率不平衡度,提高直流电压动态稳定性,提出了一种动态自适应功率控制策略,该调整策略可以显著改善换流站工况调整时直流电压动态性能,提高柔直系统交流侧故障时直流电压的稳定性;最后搭建仿真模型分析验证了所提策略在提高柔直系统动态过程中直流电压的稳定性及针对严重故障的适应性方面具有显著效果。     

考虑无功控制特性的交直流电网双解耦潮流计算方法

直流换流站的无功控制策略直接影响交直流电网之间的无功功率交换和电压运行情况,而现有潮流计算方法由于忽略交直流电网之间的无功电压作用,导致计算结果的准确性较低。为此,提出一种考虑直流换流站无功控制特性的交直流电网双解耦潮流计算方法。首先对交直流系统进行功率解耦,交流系统潮流计算时将直流等效为恒功率节点,进而根据交流侧母线电压结果计算换流变压器的分接头;然后将交流系统潮流方程进行PQ解耦,建立包含直流无功控制策略、直流侧潮流方程以及交流系统无功功率约束的无功优化模型,采用内点法求解得到电网电压和直流控制变量的准确解;最后以4回直流接入下的江苏电网为例进行仿真计算,结果证明了所提算法的有效性。     

直流断线故障下海上风电经柔性直流送出系统的暂态特性

断线故障为常见的直流故障类型之一,研究该场景下海上风电经柔性直流送出系统的暂态响应特性对于系统的保护方案设计有着重要参考价值。首先,分析了直流母线正极断线故障下短路电流产生机理,推导了非故障极短路电流表达式,并分析了接地阻抗参数对该短路电流特性的影响。其次,研究了故障期间风电场侧与电网侧换流站交直流侧暂态电压演变特性。研究表明:故障期间风电场侧直流电压与其有功输出正相关,且两端换流站交流阀侧电压产生了一对大小相等、方向相反的直流偏置分量;此外,采用较大的接地阻抗参数可有效降低短路电流对系统运行性能的影响。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了全系统的电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了暂态特性分析的正确性与参数选择的合理性,对于大规模海上风电经柔性直流系统并网的规划设计具有一定的指导意义。     

计及直流电压控制的MMC换流站阻抗建模及其稳定性分析EI北大核心CSCD

多端柔性直流系统直流母线的动态特性对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)换流站阻抗特性及系统稳定性存在较大的影响,然而目前大多数针对柔性直流系统稳定性分析的研究,将直流侧简化为直流电压源,导致研究结果在某些工况下缺乏实用性。文章采用多谐波线性化方法,建立考虑直流电压控制的MMC序阻抗模型,说明考虑直流电压控制对准确分析并网系统稳定性问题的必要性,讨论直流电压控制参数的影响因素,探究直流电压控制参数的稳定边界条件,并提出两种基于直流电压控制的MMC阻抗优化方法,实现了并网系统稳定性的有效提升。论文在Matlab/Simulink中搭建考虑直流电压控制的MMC-HVDC并网站仿真模型,对其序阻抗模型、并网稳定性分析及阻抗优化与重塑方法进行验证。     

基于分散式阻抗判据的多换流器接入交流微电网稳定性分析

对于交流微电网的稳定性分析,传统方法如时域特征值分析或频域的奈奎斯特判据等,在模块化微电网中应用时,随着模型维度增长计算量大大增加,且无法有效指导交流微电网子系统设计和控制参数调优工作。针对这一局限,该文提出一种基于分散式阻抗判据的交流微电网稳定性分析方法,通过Park变换和解耦控制,将交流微电网转化为2个独立等效直流子系统,然后由各子系统的额定母线电压和额定容量推导得出各子系统的恒定阻抗判据。基于所提分散式阻抗判据,可以在实现对系统模块化设计的同时,保证交流微电网的整体稳定性,最后通过MATLAB/Simulink仿真对所提方法有效性进行了验证。     

考虑新能源集群孤网接入的柔直换流站稳态运行区间研究

大规模弱抗扰新能源孤网接入柔性直流输电系统(Voltage Source Converter Based High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)时,换流站稳态运行范围需考虑新能源集群安全运行的要求。基于新能源集群与送端换流站等值系统,研究了考虑新能源集群孤网接入的柔直电网换流站稳态运行区间约束条件,分析了联结变压器分接头位置、柔直交流电压设定值、新能源集群与柔直送端换流站等效距离的阻抗特性对稳态运行区间的影响,为新能源-柔直孤网系统的换流站稳定运行范围确定提供了可行方法。计算结果表明,当调节联结变压器分接头时,换流站稳态运行区间随分接头上移而向下移动;当改变柔直交流电压参考值时,稳态运行范围随着参考电压升高而向下移动;当改变等效线路阻抗特性,电气距离增加运行范围缩小,阻抗比减小,输送大功率时运行范围变大。     

电网电压不平衡下交直流混合微电网互联接口变换器分数阶滑模控制策略

针对并网型交直流混合微电网交流侧电压不平衡时会产生交流电流负序分量导致直流母线电压二倍频脉动的问题,提出了一种直流侧母线电压分数阶滑模控制以及交流侧负序电流抑制方法。首先,基于同步旋转坐标系下电网电压不平衡时交直流混合微电网互联接口变换器的数学模型,设计电压外环变结构滑模控制器。然后,根据电压不平衡时互联接口变换器的功率传输特性,提取交流侧三相电压的正序分量,得到交流侧负序电流抑制指令。接着,采用分数阶滑模趋近律设计内环电流解耦控制器,并利用李雅普诺夫函数进行稳定性校验。最后,基于Matlab/Simulink搭建的交直流混合微电网模型,验证了所提控制策略相较传统PI控制不仅抑制了三相电流的不平衡,而且将响应速度提升了近50%。     

电压源换流器式高压直流输电的动态建模与暂态仿真

基于节点电流注入法建立了交直流统一基准值下的电压源换流器式高压直流输电(VSC-HVDC)的详细动态模型.该模型包括电压源换流器模型、直流系统内部动态模型以及控制系统三个部分,具有一般性.利用电力系统分析综合程序提供的用户自定义功能(PSASP/UD)对VSC-HVDC交、直流并联输电系统进行的暂态仿真分析验证了VSCHVDC动态模型的正确性.仿真结果还表明,VSC-HVDC的直流侧电容以及换流变压器漏抗的大小对抑制功角振荡无明显效果;两端VSC采用定交流电压控制方式时系统具有较好的电压稳定性,但在这种控制方式下,在系统受扰期间VSC的过载程度较两端定无功功率控制方式下更为严重.     

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。     

基于等效仿真模型的VSC-HVDC 次同步振荡阻尼特性分析

电压源换相高压直流输电(VSC-HVDC)是基于电压源换流器(VSC)的新一代高压直流输电技术。该文首先分析VSC的工作原理，在此基础上建立以交流侧受控电压源和直流侧受控电流源描述的VSC等效仿真模型。通过与VSC-HVDC电路模型的时域和频域响应对比,验证利用VSC等效仿真模型分析VSC-HVDC次同步频率范围内动态特性的有效性。利用复转矩系数法的时域实现方法--测试信号法及VSC-HVDC等效仿真模型，可计算得到连续且光滑的发电机电气阻尼De特性曲线；基于De曲线，分析VSC-HVDC采用不同控制方式及比例积分(PI)控制器中比例系数和积分时间常数，对发电机电气阻尼特性的影响。最后对加入VSC-HVDC的IEEE第一标准测试系统的仿真表明，配置次同步阻尼控制器(SSDC)的VSC，通过对其有功功率或无功功率的动态调制，均可显著增加发电机的电气阻尼，有效抑制发电机次同步振荡。     

一种兼具融冰功能的柔性直流输电换流站的研究

基于电压源型换流器的双端柔性直流输电换流站在直流侧直接连接,其直流调压与功率控制相互耦合,同时输电线路存在冬季覆冰的问题。在对现有柔性直流输电换流站分析的基础上,提出了一种兼具融冰功能的柔性直流斩波输电换流站方案。该换流站采用电压源换流器(voltage sourceconverter,VSC)单元级联方式,在直流侧用斩波器控制2个换流站的直流侧电压差来控制输电功率,并可作为直流融冰电源进行线路融冰。在分析该换流站电路拓扑的基础上,推导了换流器的数学模型,得到了换流器单元的等效电路;按运行状态分类研究了该换流站的控制策略,讨论了换流站在不同工作模式下的控制方式,并研制出试验样机。试验结果表明,换流站可应用在中小型柔性直流输电以及电力线路融冰的工作模式,并可实现斩波直流输电以及直流融冰功能,从而验证了理论分析和系统的正确性和有效性。     

弱电网下基于DSOGI-PLL的并网换流器频率耦合阻抗建模与稳定性分析

三相电压源型换流器作为中低压直流配用电系统并网常用的接口电路,在系统运行中发挥着重要的作用。为了解决弱电网下基于双二阶广义积分器的锁相环(DSOGI-PLL)的并网换流器失稳的问题,首先建立了DSOGI-PLL的频率耦合阻抗模型,然后综合考虑多种频率耦合因素建立了并网换流器的频率耦合阻抗模型。基于此模型分析了DSOGI-PLL参数、直流电压环带宽以及电流内环带宽比对于并网换流器频率耦合特性的影响。然后推导了考虑频率耦合特性的等效单输入单输出奈奎斯特稳定判据,进而研究了各种因素对于并网换流器系统稳定性的影响。最后基于MATLAB/Simulink对频率耦合阻抗模型和系统稳定性进行了仿真验证,证明了所提频率耦合阻抗模型和理论分析的准确性。     

一种应用于直流微电网并网变换器的双电流反馈控制策略

针对弱电网时谐振频率发生变化导致LCL型并网变换器稳定裕度降低的问题,提出一种应用于直流微电网并网变换器的双电流反馈控制策略.根据变换器交直流两侧功率守恒以及传统下垂控制方程,建立直流母线电压与变换器侧电流的二次函数关系,简化直流母线电压控制方式,减少控制器参数设计;在变换器侧电流反馈控制内环加入并网电流反馈有源阻尼,分析其阻尼等效特性,提高弱电网下的谐振抑制效果.仿真与实验结果表明该控制策略能够实现直流侧母线电压的稳定控制以及交流侧并网电流的谐波优化.     

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。     

基于桥臂电压控制的MMC直流短路主动限流方法

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电系统直流短路后电流上升迅速且伴随大量的能量释放,为限制其故障电流,提出一种基于桥臂电压控制的MMC主动限流方法。根据故障电流影响因素分析,针对不同交流出口特性需求,设计了故障期间桥臂电压控制方法,通过减小桥臂电压直流分量降低直流出口电压,从而抑制故障电流上升率;考虑主动限流策略对交流电压及桥臂电流的影响,以MMC不闭锁为约束条件,设计了控制参数的选取原则,最后在四端直流电网中对该主动限流方法的限流效果及其对故障切除后功率恢复的影响进行了仿真分析。结果表明,所提主动限流方法能够有效限制短路电流,降低直流断路器的电流开断难度,且对故障切除后的功率恢复影响较小。     

交直流配电网小信号模型和直流侧低频振荡分析

交直流配电网发展迅猛、应用广泛,其稳定性是行业关注的焦点。文中针对某交直流配电网工程调试阶段出现的直流侧低频振荡现象,开展稳定性分析。文中首先在小信号建模基础上,采用特征值分析方法,分析电网强度、功率水平、控制参数3种因素对低频振荡的影响。随后,文中提出改变控制器参数和增加附加控制器的振荡抑制措施。理论和仿真分析表明:弱电网会影响电压源型变换器(VSC)的稳定性;375 V直流侧功率增大至超过额定功率时会发生低频振荡;Buck变换器电流内环比例积分(PI)控制器积分系数不影响系统的稳定性,但影响振荡发生后的振荡频率,电压外环PI控制器比例系数过小或积分系数过大会造成系统不稳定;改变Buck变换器电压外环PI控制器参数和增加附加控制器可有效抑制低频振荡。文中针对实际交直流配电网振荡影响因素的理论及仿真分析,对其他交直流配电网工程调试及运行分析具有借鉴意义。