换相电压简化计算模型及其在换相失败评估中的应用

基于准稳态公式理论计算的换相失败评估方法,无法精确评估换相失败边界附近的情况,而基于详细工程模型电磁暂态仿真的方式虽然精确,但效率低且工作量大.为了在兼顾精度的同时提升换相失败风险评估效率,基于等值网络的状态方程,文中提出了交流故障后直流系统换相电压的简化计算模型,并进一步应用计算结果进行换相失败风险评估.通过仿真软件PSCAD/EMTDC,从换相面积和换相失败评估结果两个方面,验证了计算模型的有效性.结果 表明,对于故障后首次换相过程而言,应用文中模型求得的换相面积与仿真所得换相面积相差甚小,且应用该模型能较为高效精确地评估直流发生换相失败的情况.     

直驱风电场与LCC-HVDC次同步交互作用的扰动传递路径及阻尼特性分析

当直驱风电场距离电网换相型高压直流输电(line-commutated-converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)的整流站较近时,两者间的次同步交互作用机理及特性尚不明确,现有分析方法难以揭示扰动传递过程及子系统间的耦合关系。针对上述问题,该文首先建立直驱风电场经LCC-HVDC送出系统的线性化模型,并基于系统闭环互联传递函数框图揭示次同步频率扰动在直驱风电场与LCC-HVDC之间的传递路径。然后,通过阻尼重构分离出次同步交互作用对次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)模式阻尼的影响,并分析控制器参数对SSO模式阻尼的影响。结果表明,直驱风电机组直流电容主导的SSO模式存在不稳定风险;直驱风电场与LCC-HVDC之间的扰动传递路径呈现"8"字型耦合关系,导致两者间存在次同步交互作用;直驱风电机组外环、LCC-HVDC定电流控制器的比例系数增大或积分系数减小时,SSO模式阻尼增大。     

基于谐波电压补偿的混合直流连续换相失败抑制策略

针对混合直流发生连续换相失败的现象,首先对直流换相过程和连续换相失败进行了分析,确定了该试验工况下谐波是直流在故障恢复期间发生连续换相失败的原因之一。接着基于含模块化多电平柔性直流输电(MMC-HVDC)的多馈入直流输电系统仿真模型,提出抑制直流连续换相失败的策略,通过对多条常规高压直流输电(LCC-HVDC)恢复期间逆变侧换流母线谐波电压的检测,在MMC-HVDC逆变侧的无功功率控制环节附加上谐波电压补偿分量,可提高恢复期间MMC-HVDC对交流系统的无功功率支撑,减少谐波的影响,从而抑制连续换相失败的发生。最后基于PSCAD/EMTDC平台仿真验证了该换相失败抑制策略的有效性。     

柔性直流和常规直流互联输电系统协调控制策略

对一种新型的柔性直流与常规直流互联输电系统进行了研究,针对常规直流送端可能出现的功率不平衡问题,提出了常规直流和柔性直流功率附加器的协调控制策略。该策略通过2种直流有功附加控制器来提高区域内有功功率平衡能力,针对常规直流进行有功功率调节时换流站无功不平衡引起的电压波动问题,设计了柔性直流无功附加控制器。最后,通过仿真验证了协调策略的有效性,结果表明所设计的有功-无功附加控制器能够相互配合,有效提升整个系统的功率平衡能力。     

方向纵联保护对LCC-HVDC逆变侧交流线路的适应性分析

基于电压、电流故障分量的方向纵联保护原理广泛应用于交流线路的主保护。由于LCC-HVDC逆变侧交流线路具有不同于纯交流系统的故障特性,方向纵联保护能否继续适用需加以分析。首先,分析了逆变站三种不同的工作状态(未发生换相失败、发生单次换相失败、发生连续换相失败)对方向纵联保护的影响。其次,分析了逆变侧三种典型的交流出线结构(单回线单输电走廊、单回线多输电走廊、多回线输电走廊)对方向纵联保护的影响。最后,基于±800 kV天中直流系统(包括逆变侧500 kV交流出线)PSCAD仿真模型,验证了研究结论的正确性。     

基于触发角偏差补偿的连续换相失败抑制措施

逆变侧交流系统发生不对称故障后容易导致连续换相失败,威胁电网的安全稳定运行。针对这一问题,基于不对称故障后直流控制系统的响应规律,根据直流系统稳态运行曲线将故障及恢复过程分为2个阶段,发现在阶段2即故障稳定恢复阶段,存在换相面积需求量逐渐增加而换相面积最大提供量逐渐减小的趋势,并且在此过程中触发角指令值与触发角实际值还存在偏差,触发角偏差将进一步削减换相面积最大提供量,是引发连续换相失败的重要原因。基于此,分析了触发角偏差的来源以及触发角偏差对控制系统的影响,提出一种基于触发角偏差补偿的连续换相失败抑制措施,并在PSCAD/EMTDC中基于CIGRE HVDC标准模型进行仿真验证。仿真结果表明,所提措施能够有效抑制连续换相失败。     

兴安直流工程交直流系统谐振影响因素分析及其抑制措施

针对兴安直流工程出现的谐振放大问题,研究了谐振抑制机理。基于同时考虑送、受端交流系统和直流系统的阻抗等值网络,通过频率扫描法研究等值网络的阻抗特性和谐振抑制稳定性,结果证实兴安直流工程交直流系统在特定频率附近存在谐振风险,与暂态仿真结果和现场振荡现象一致。对直流振荡特性的影响因素进行了仿真分析,提出改造直流侧网络阻抗的谐振抑制方法。仿真结果验证了所提策略对谐振抑制的有效性。最后,将所提策略应用于兴安直流工程,典型运行方式下未再出现谐振现象。     

大型DFIG风电场的LCC-HVDC并网及控制

针对大型双馈感应发电机(DFIG)风电场的相控换流器高压直流输电(LCC-HVDC)并网,分析了一种新型拓扑结构,其特点为由STATCOM稳定整流侧交流母线电压,为风电场中的DFIG提供定子励磁并保证整流器正常换向;由整流器跟踪风电场发出的有功功率,并将其送至高压直流母线.给出了该系统在同步旋转坐标系下动态数学模型,通过模型分析可知STATCOM具有非线性强耦合特性而整流器具有非仿射非线性特性.根据这2个方面特点,提出了系统控制策略:针对STATCOM模块,采用反馈线性化方法设计了动态解耦矢量控制器,完成整流侧交流母线电压和频率的控制.针对整流器模块,采用逆系统控制方法完成电流内环设计;以STATCOM直流侧电压为风电场与负载功率平衡指示,基于近似功率平衡动态模型完成电压外环的设计.经Matlab/Simulink仿真验证,系统能够顺利完成黑启动,且具有精确的功率跟踪和快速的功率响应能力.     

A Novel Coordinated Control Approach for Commutation Failure Mitigation in Hybrid Parallel-HVDC System with MMC-HVDC and LCC-HVDC

This paper proposes a novel coordinated control approach for the hybrid parallel-HVDC system that is composed of a line commutated converter-based high-voltage direct current (LCC-HVDC) link and a modular multi-level converter-based HVDC (MMC-HVDC) link in parallel. With the presented control approach, the reactive power of MMC-HVDC is regulated flexibly based on the extinction angle of LCC-HVDC to mitigate the commutation failure of LCC-HVDC and improve the fault recovery performances of the overall system during fault and post-fault periods. A hybrid parallel-HVDC system is developed in PSCAD/EMTDC to evaluate the effects of the proposed control approach. The transient performances of the hybrid parallel-HVDC, under single-phase and three-phase to ground faults at the inverter AC busbar are investigated. Commutation failure immunity index (CFII) and fault recovery time are used as measures to evaluate the effects of the proposed control approach. The results show that the proposed coordinated control approach can make the LCC-HVDC less susceptible to commutation failure in hybrid parallel-HVDC system and effectively improve the fault recovery performances of the overall system.     

多回LCC-HVDC分区馈入电网中柔性直流接入位置的确定方法

馈入同一交流系统的多回传统直流(LCC-HVDC)存在发生同时换相失败的可能,通过柔性直流(VSC-HVDC)实现交流电网的分区运行是解决该问题的方法之一,而柔性直流接入位置的确定方法是实现分区互联的重要研究内容.首先,基于雅可比转移矩阵搭建了考虑电网换相换流器(LCC)和电压源型换流器(VSC)的全系统微增量模型,计算了VSC的运行阻抗,进而计算出基于阻抗的有效短路比(IESCR).随后,对分区拓扑进行了理论分析,得到了VSC-HVDC接入位置、传输功率和IESCR的关系.而后,充分考虑正常运行和N-1运行状态,提出了包括IESCR在内的9个评价指标,给出了VSC-HVDC接入位置的评价流程.基于IEEE 39节点模型给出了算例,对3个VSC-HVDC接入位置计算出了各评价指标的值并给出了得分,确定了其中的最优接入位置.