混合直流输电系统中柔性直流单元的作用和控制优化

常规直流和柔性直流并联构成的混合直流输电系统,可发挥常规直流大功率输电和柔性直流有功/无功快速解耦控制的优势,尤其针对落点极弱交流系统有较好的经济技术性能。结合云南电网与南网主网背靠背异步联网工程实例,分析了混合直流中柔直单元对于系统稳态运行和故障恢复特性的改善作用及效果,并进一步提出了柔直单元的功率优化控制策略。仿真分析结果表明,柔直单元对于合理配置无功小组、提高弱系统强度、改善故障后常规直流恢复特性效果明显,验证了功率优化控制策略的有效性。     

多端柔性直流控制保护系统架构和策略

对多端柔性直流输电控制保护系统的三层分布式结构进行阐述,针对多端协调控制功能,提出直流控制系统设计为三层结构,分别为:站间协调控制层、极控制层和换流器控制层,其中在站间协调控制层采用多端主控制器来实现各换流站控制器间的协调,保证直流多端电网失去直流电压控制站后,继续维持直流电网电压在额定值附近。对多端柔性直流输电控制保护系统中组网方式进行归纳总结基础上,提出基于站间快速通讯的多站协调控制和基于上层控制的多站协调控制,这种方式对于多端柔性直流输电系统站间协调控制是有效的。     

含VSC-HVDC的交直流混合系统的状态估计解耦迭代算法

针对以电压源换流器(Voltage Source Converter,VSC)为基础的新一代高压直流输电,推导了直流系统的数学模型,以状态估计为着眼点,建立了交直流混合系统的状态估计模型,并在此基础上提出了一种解耦迭代算法。该算法根据雅克比矩阵的特点,运用数学方法对交流子系统和直流子系统进行严格解耦,从而将交直流混合系统分为交流子系统和直流子系统2部分,实现了交、直流子系统的分开迭代求解。计算过程中未做任何假设,因此完整计及了交、直流子系统间的耦合性,算法精度高,同时该算法在编制程序时可以充分利用纯交流系统的状态估计程序,因此具有良好的继承性。IEEE 14、IEEE 30、IEEE 57节点测试系统的仿真结果表明了所提算法的有效性。     

Engineering practices for the integration of large-scale renewable energy VSC-HVDC systems

With the continuous development of power electronic devices, intelligent control systems, and other technologies, the voltage level and transmission capacity of voltage source converter (VSC)-high-voltage direct current (HVDC) technology will continue to increase, while the system losses and costs will gradually decrease. Therefore, it can be foreseen that VSC-HVDC transmission technology will be more widely applied in future large-scale renewable energy development projects. Adopting VSC-HVDC transmission technology can be used to overcome issues encountered by large-scale renewable energy transmission and integration projects, such as a weak local power grid, lack of support for synchronous power supply, and insufficient accommodation capacity. However, this solution also faces many technical challenges because of the differences between renewable energy and traditional synchronous power generation systems. Based on actual engineering practices that are used worldwide, this article analyzes the technical challenges encountered by integrating large-scale renewable energy systems that adopt the use of VSC-HVDC technology, while aiming to provide support for future research and engineering projects related to VSC-HVDC-based large-scale renewable energy integration projects.     

改进的Manchester连锁故障模型在交直流混联电力系统中的应用

针对现有的多种连锁故障分析方法中Manchester模型较符合电力系统实际情况,但却只包含快动态过程、未考虑高压直流输电系统的问题,通过加入直流输电线路的故障判断、交直流潮流计算和系统慢动态过程等环节,对原始Manchester连锁故障模型的计算流程进行了改进,使之适用于交直流混联电力系统,扩大了使用范围。算例分析结果表明,改进后的模型可用于判断多种元件突发故障情况下交直流混联电力系统的连锁故障模式和结果,可为连锁故障的预防和电力系统的安全运行提供参考依据。     

Technology and engineering application of cross area HVDC interconnection system high-precision simulation modeling based on ADPSS

In recent years, a large number of high voltage direct current (HVDC) transmission projects have been connected to AC systems. This has started to have an impact on AC/DC hybrid power grids, particularly receiving terminal power grids. An HVDC system is a large-scale power electronic integrated nonlinear system, and it includes a primary system and a control and protection system. Hence, the precision and degree of detail of HVDC systems directly affect the actual effect of simulation. In recent years, in the case of the normal operation and failure of AC power grids, the abnormal fluctuation and even locking of HVDC systems caused by the inappropriate strategies of the control and protection system component have strongly affected power grids. This has significantly affected the safety and stability of receiving power grids and normal operation. In this study, the actual engineering HVDC control logic provided by a manufacturer is analyzed and simulated based on the user defined component library of the ADPSS electromagnetic transient calculation program, and an HVDC control model based on an actual system is established. The accuracy of the DC control custom model based on ADPSS is verified through the simulation of an actual power grid.     

基于HVDC技术的系统黑启动方法

当今电力系统中高压直流技术已得到了广泛的应用。高压直流系统具有与交流输电系统不同的功能和特性,目前电力系统呈现出交直流混联的特点。文章研究了基于高压直流技术特征的黑启动策略,首先简单回顾了不同高压直流系统的结构及控制策略,并基于两种目前最广泛应用的高压直流技术,即电流源型高压直流以及电压源型高压直流技术,对高压直流系统的黑启动能力及顺序进行了研究。另外,对采用结合STATCOM的LCC-HVDC以及VSC-HVDC技术联网的风电场,文章通过PSCAD/EMTDC对其黑启动过程进行了仿真并比较验证了两种技术的动态性能。     

青藏直流输电无功功率控制PSASP用户自定义建模

基于电力系统分析软件包PSASP,使用其用户自定义功能,建立了详细的无功功率控制模型。该模型为用户自定义高压直流输电模型的一部分,其参照青藏直流系统,并经适当简化而得。主要包括无功功率发生计算模块、无功功率消耗计算模块、无功功率控制模块及换流站无功功率调节控制模块,给出了每个模块的建模方法及建模原则。最后通过在WEPRI-7七节点系统,仿真验证了无功功率控制用户自定义模型对于交直流系统相互作用及稳定性分析的正确性及必要性。     

大规模风电经直流外送的区域输电能力计算

大型风电基地风电消纳的可行方案是跨区域直接送至负荷中心进行消化,由此产生大规模风电远距离输电的问题,进而对区域间最大输电能力(Total Transfer Capability,TTC)的计算提出新需求。针对大规模风电经直流外送的区域输电能力计算,结合风火打捆直流外送方式,建立了风电经直流外送的区域间TTC计算模型,并采用交直流交替迭代连续潮流算法进行求解。采用改进的IEEE 39节点系统进行测试,对大规模风电经交、直流2种外送方式下的TTC进行对比计算,并讨论了不同风电场出力情况及风火打捆比例对TTC的影响。结果表明:在既定网架结构下,需要协调考虑风火打捆比例和线路容量,在尽可能多地接纳风电的同时,使系统获得最大输电能力。     

可再生能源交流孤网转并网运行中的电压控制策略

柔性直流远距离输送有仅通过直流送出模式和交直流混联送出模式。两种送出模式下,系统的运行点存在较大差异,直接切换会对电网产生较大冲击。文章首先分析了两种送出模式下系统的调压控制特点,指出并网点电压幅值偏差是切换过程的关键点,设计了以可再生能源集群并网点电压偏差最小为主目标,换流站综合无功裕度最大为次目标的柔性切换策略。最后,基于某柔直电网可再生能源送端规划系统进行仿真,验证了所提策略的有效性。     

背靠背输电系统中柔性直流与常规直流的协调控制策略

在云南电网与南网主网鲁西背靠背直流异步联网工程中,柔性直流与常规直流背靠背系统处于同一换流站内,共享同一站级控制系统。在柔性直流与常规直流的协调控制策略方面,以往工程无可供参考的设计经验。文章从有功协调控制和无功协调控制策略两方面进行了探讨,并给出了部分协调控制策略的仿真实验结果。     

青藏直流联网工程负荷特性对短路电流计算影响的分析

随着格尔木—拉萨直流输电工程的开工建设,该工程项目的实施对于促进全国联网,推动直流输电装备技术进步,促进西北地区能源资源在更大范围内优化配置,推动西藏乃至西北社会经济又好又快发展意义十分重大。在西藏电网与青海电网的联网,是我国乃至世界上海拔最高的直流输电工程项目,作为项目的最基础性研究,确定换流站接入处交流系统的强度无疑是至关重要的。基于综合潮流程序PSASP及电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC进行了相关问题的仿真研究,针对不同负荷特性对确定系统短路比的影响做出分析研究,为更加真实反应青海电网强度提供可靠的技术支撑。     

含VSC换流器的交直流配网潮流算法

随着电力电子技术的发展和应用,直流技术得到了快速发展,交直流网络亦广泛应用于电力系统。建立含电压源型换流器(VSC)交直流配电系统,探讨了VSC换流器损耗及其控制方式,并针对交替迭代法和统一迭代法两种算法的不足,提出了改进交替迭代算法,该算法通过调整交流、直流子系统界限的重新界定,避免了潮流计算迭代的交替,从而大大减少潮流计算量。最后通过改进IEEE 13节点配电系统验证了所提算法的正确性和高效性。     

采用软启动方式的VSC-HVDC黑启动能力研究

合理的黑启动方案对于快速可靠地恢复供电至关重要。分析了VSC—HVDC作为黑启动电源的优势。通过PSCAD／EMTDC软件验证了VSC—HVDC软启动主要电力设备的能力。仿真过程中记录的波形显示了VSC—HVDC良好的电压、频率特性。对VSC—HVDC黑启动控制到正常潮流控制的转换过程也做了仿真研究。仿真结果表明,当采用软启动方式时,VSC—HVDC是一种理想的黑启动电源。     

海上平台柔性直流技术直流控制保护配置研究

  [目的]  海上平台电源多以分布式的形式进行电力组网,该种组网方式成本高、经济效应差。柔性直流输电技术不需要交流电网提供换相电流,使得柔性直流输电具有对有功功率和无功功率进行同时控制的能力,并且不需要配置大量补偿设备,较好地解决了海上平台输电问题。  [方法]  基于柔性直流输电技术的特点及接线型式,研究了直流控制的配置,分析了常见的直流故障特性,并展开了直流保护配置的研究。  [结果]  给出了直流控制系统的配置原则及方案,以及直流保护的配置原则及方案。  [结论]  研究成果为该技术在相关工程的应用推广提供了参考。     

柔性直流换流阀交流侧桥臂环流异常分析

柔性直流输电技术在孤岛供电、城市电网供电、分布式能源并网等方面具有很高的应用价值。介绍了上海柔性直流输电示范工程的概况、系统电气接线和运行方式,分析了柔性直流试运行过程中出现的一起故障案例。由于桥臂环流控制参数和结构不够优化,使得柔性直流换流阀的桥臂环流在长期运行中逐步增大,出现不可控而引发桥臂过流保护动作。通过调试,优化了环流控制程序的参数和结构,提升了系统控制性能,解决了换流阀交流侧桥臂电流异常问题。     

南澳海上风电换流站电气接线方案研究

详细介绍了国内首个多端柔性直流工程——广东南澳大型风电场柔性直流输电示范工程,介绍了柔性直流输电的系统接入方案、运行方式,详细阐述了柔性直流换流站的系统结构以及双换流器的拓扑结构,并提出了需要进一步研究的技术方向。     

Power quality investigation of a solar PV transformer-less grid-connected system fed DVR

This paper presents a single stage transformer-less grid-connected solar photovoltaic (PV) system with an active and reactive power control. In the absence of active input power, the grid-tied voltage source converter (VSC) is operated in a reactive power generation mode, which powers the control circuitry, and maintains a regulated DC voltage to the VSC. A data-based maximum power point tracking (MPPT) control scheme which performs power quality control at a maximum power by reducing the total harmonic distortion (THD) in grid injected current as per IEEE-519/1547 standards is implemented. A proportional-integral (PI) controller based dynamic voltage restorer (DVR) control scheme is implemented which controls the grid side converter during single-phase to ground fault. The analysis includes the grid current THD along with the corresponding variation of the active and reactive power during the fault condition. The MPPT tracks the actual variable DC link voltage while deriving the maximum power from the solar PV array, and maintains the DC link voltage constant by changing the modulation index of the VSC. Simulation results using Matlab/Simulink are presented to demonstrate the feasibility and validations of the proposed novel MPPT and DVR control systems under different environmental conditions.     

系统强度及PLL参数对VSC-HVDC小信号稳定性的影响

小信号稳定性分析是研究柔性直流输电(VSC-HVDC)系统静态稳定性的一个重要方法,锁相环(PLL)参数对柔性直流输电系统稳定性的影响程度受系统强度影响。推导了VSC-HVDC小信号模型,在PSCAD/EMTDC平台上建立的电磁暂态模型仿真结果验证了小信号模型的正确性,通过绘制锁相环比例参数、积分参数及短路比(SCR)单独变化情况下特征值、阻尼比、振荡频率和振荡时间的变化曲线,分析了对VSCHVDC系统稳定性的影响,并对主导极点进行了模态参与因子分析。结果表明,VSC系统稳定裕度随着锁相环比例参数减小而减小,积分参数减小而增大;在短路比低于1.35时,系统具有不稳定的风险;积分参数取值在不同范围对系统稳定性的影响程度不同,应根据交流系统强度合理搭配PLL的比例与积分参数以提高VSC-HVDC系统稳定性。     

基于模态法的静态电压稳定性分析

提出了基于模态法的静态电压稳定性分析的新方法,通过建立模态法的静态电压稳定分析数学模型,求取潮流方程雅可比矩阵的最小特征值及其相对应的特征向量,以最小模特征值来间接评估系统的静态电压稳定裕度,并在此基础上提出了参与因子指标,计算各个节点在最小特征值下的节点参与因子来找出哪些节点或区域的电压稳定性较差.通过对某大型电网进行研究,得到其相应的电压薄弱区域,并与灵敏度分析法所得到的结果进行对比,结果基本一致,从而验证了本文方法的合理性与有效性。