Robust grid‐oriented control of high voltage DC links embedded in an AC transmission system

Several studies have shown that the way to design controllers for the high‐voltage direct current (HVDC) links impacts the transient behavior of the electric system in which the latter are inserted. This can be exploited to improve the performances of the stability of the power system. In this paper, a robust multivariable control design for the converters of an HVDC link is proposed. It is based on the coordination of the control actions of the HVDC converters and the use of a control model. The latter takes into consideration, in addition to the dynamics that mostly impact the stability of the neighbor zone of the HVDC link, several cases of faulted situations modeled as uncertainties. An H_∞ controller allowed us to achieve robustness against such uncertainties. The new controller is tested in comparison with the standard vector control and an optimal linear quadratic controller using the EUROSTAG simulation software (Tractebel Engineering, Brussels, Belgium and Réseau de Transport d'Electricité (RTE) ‐ France) on both academic and realistic large‐scale power systems. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于直流电流动态上升的高压直流输电系统换相失败分析

针对现有换相失败分析方法未考虑交流系统故障后直流电流动态上升对关断角影响的问题,在分析直流电流变化对关断角影响的基础上,首先推导了对称故障下未考虑直流电流变化以及考虑直流电流瞬时变化的换相失败分析方法。分析结果表明,当逆变侧换流母线电压跌落在一定区间内,以上2种方法会导致换相失败判别结果不准确。为此考虑交流系统故障后直流线路和直流控制的动态过程,推导了直流电流的时域表达式,通过求解直流电流最大值,提出了一种考虑直流电流动态上升的换相失败分析方法。最后基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提方法的有效性以及对高压直流输电系统换相失败判别结果的正确性。     

LCC-FHMMC混合直流输电系统受端交流系统故障穿越控制策略

送端采用电网换相换流器（LCC）、受端采用全半桥子模块混合型模块化多电平变流器（FHMMC）的LCC-FHMMC混合直流输电系统,当受端交流系统发生故障时,受端交流电压跌落,受端功率传输受阻,盈余的功率导致子模块电容过电压,甚至可能造成设备的严重损坏。为此,提出了一种基于FHMMC直流电压降压运行的受端交流系统故障穿越控制策略,使其直流电压始终低于逆变侧交流母线的电压有效值。同时,整流侧LCC保持常规的定直流电流控制,保证逆变侧的直流电流在额定值附近运行,从而实现了进入直流系统的有功功率与逆变器向受端交流系统输出的有功功率之间的平衡。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台上对LCC-FHMMC混合直流输电系统受端交流系统发生的对称故障和不对称故障分别进行了仿真分析,仿真结果验证了所提控制策略能够快速有效地穿越受端交流系统故障,并抑制子模块电容过电压。     

基于选相投旁通对的LCC-HVDC系统逆变侧换流变故障性涌流主动抑制策略

当高压直流输电系统换流变阀侧发生单相接地故障,由于换流阀的单向导通性,阀侧故障电流中含有较大的直流分量,流入换流变可能导致换流变饱和并产生“故障性涌流”。与传统三大涌流不同,故障性涌流由阀侧单相接地故障诱发并受直流控制与保护系统的影响。计及直流控保系统的影响,分析了逆变侧换流变发生阀侧单相接地故障时,换流变故障性涌流的产生机理及其对换流变差动保护的影响。针对换流变保护区内阀侧单相接地故障场景下,故障性涌流可能导致差动保护误闭锁的问题,提出了一种基于选相投旁通对的故障性涌流主动抑制策略,可以从根本上避免差动保护误闭锁问题。基于PSCAD/EMTDC的仿真实验验证了所提方案的有效性。     

模块化多电平换流器IGBT模块失效机理和状态监测研究综述

全控型绝缘栅双极晶体管(insulated gated bipolar transistor, IGBT)模块作为模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的核心功率器件,其失效机理研究和状态监测技术对保证MMC的运行可靠性具有重要意义。IGBT模块劣化引起的运行参数失真和内部结构异常将严重影响MMC的工作性能。目前IGBT模块状态监测综述较多,但缺乏对MMC中IGBT模块状态监测的相关总结。首先分析了MMC的结构特性与工作原理。然后根据焊接式和压接式两种类型IGBT的失效机理,总结了IGBT模块的状态监测技术,并补充了MMC子模块中IGBT模块的状态监测方法并进行分析。最后针对目前研究中存在的不足,结合当下的研究现状,展望了未来柔性直流输电系统中IGBT模块状态监测与评估的研究方向。     

考虑风-储-直参与调频的电力系统频率特征定量分析

以风电、储能、柔性直流输电为代表的高比例可再生能源和大量电力电子设备的并网,使得电网中传统火电的比例下降,这将在一定程度上影响电力系统的频率稳定性。为定量分析风电、储能、柔性直流输电系统参与调频下电力系统的频率特征,首先提出多种调频资源参与调频下的电网频率特征定量分析总体思路,建立风-储-直调频频率响应模型。然后基于频率特性传递函数对电力系统稳态频率偏差、初始频率变化率、最大频率偏差和频率安全裕度进行理论推导;且定量分析了稳态频率偏差变化规律以及惯性时间常数、辅助调频单元控制比例系数对频率稳定性的影响,并计算稳态频率偏差与功率扰动的关系。最后,基于仿真软件验证了所提分析方法的可行性和有效性。仿真表明所提方法可有效定量分析电力系统频率特征,可为双高电力系统下电网频率安全稳定运行与控制提供指导依据。     

基于简化开关函数的电网换相换流器直流侧简化阻抗建模方法

研究换流器的阻抗频率特性对分析高压直流（HVDC）输电系统的稳定性具有重要意义。提出一种基于简化开关函数的电网换相换流器（LCC）直流侧简化阻抗建模方法。首先通过对LCC换相过程进行数学推导,提出了LCC简化开关函数;然后基于动态相量法,通过LCC交、直流之间谐波传递的分析和计算,得到了LCC直流侧简化阻抗;最后在PSCAD中建立了仿真模型,仿真结果验证了所提方法的有效性,且相比未简化方法提升了计算效率,计算结果更为可靠。所提方法能够降低建模复杂度,可为分析大型复杂系统稳定性提供LCC直流侧阻抗的快速计算模型。     

HVDC/GIC型直流偏磁的差异性分析

考虑到地磁感应电流(geomagnetically induced current, GIC)具有低频性,过去一直将其近似等效为高压直流输电(high voltage direct current, HVDC)诱发的不平衡电流进行研究。然而,与HVDC型直流偏磁相比,GIC型直流偏磁具有显著的随机性与时变性,因此简单地将两者完全等效处理并不合理,在特定场景下应加以区分。为此,首先,从理论上分析了两种类型直流偏磁在诱发原因及特点上的差异。其次,通过研究直流偏磁对变压器本体以及电流互感器的不利影响,进一步探究两种类型直流偏磁对电网一/二次设备的影响差异,为后续的偏磁治理提供有效参考。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了等效仿真模型,并通过仿真验证了理论分析的正确性。     

多端柔性直流电网的中高频振荡特性分析

大量研究和实发事件表明,柔性直流输电技术的应用会在系统中引入潜在的振荡风险。以往对于柔直振荡的研究往往集中于交流侧,而对于直流电网侧的振荡问题研究较少。该文针对柔直换流器与直流电网之间的振荡问题展开研究,首先通过电磁暂态仿真分析复现出柔直系统中高频振荡现象,其次建立系统直流阻抗网络模型,然后采用对数导数法定量分析系统振荡模式,最后分析了振荡的影响因素,总结了多端柔直电网中高频振荡特性。     

多馈入直流受端电网换相失败风险区域快速识别方法

针对多馈入直流受端电网换相失败风险区域准确识别难题,计及直流控制系统影响,提出基于广义节点电压交互作用因子的风险区域快速识别方法。将交流母线和故障点视为广义节点,构建考虑直流控制影响的广义节点电压交互作用因子指标,并给出其计算方法;建立换流母线电压跌落期间的换流站暂态电路模型,计算临界换相失败风险电压,进而获取指标临界值,依据指标值与临界值的大小进行换相失败风险的判断;结合指标值的故障位置分布特性,提出换相失败风险区域的快速识别方法;在CIGRE HVDC测试系统和含三馈入直流的39节点测试系统中,验证所提计算方法和识别方法的有效性,与传统方法相比,临界换相失败风险电压的计算误差由7.7%降低到2.4%,提高了换相失败风险区域识别的准确性。