含VSC-HVDC交直流混合系统机电暂态仿真研究

对含基于电压源型变流器的高压直流输电(VSC-HVDC)交直流混合系统进行机电暂态仿真研究。VSC-HVDC系统的外环功率、电压控制器采用PI控制,以产生内环电流参考值。针对dq同步旋转坐标系下VSC-HVDC交流侧数学模型不能精确解耦的问题,建立基于αβ静止坐标系的VSC-HVDC数学模型,引入比例谐振(PR)控制改进了内环电流控制器,可以无静差跟踪内环电流信号。采用以上控制策略实现VSCHVDC系统的精确解耦控制,并采用双时步仿真方法对VSC-HVDC系统的动态响应进行准确模拟。通过在新英格兰系统上进行仿真实验,验证了所提VSC-HVDC机电暂态控制模型的正确性和双时步混合仿真方法的有效性。     

VSC-HVDC输电系统的电磁暂态建模与仿真

基于电压源换流器(VSC)的新型直流输电(VSC-HVDC)系统技术优点很多,建立能够准确描述VSC-HVDC动态特性的详细模型及仿真算法对该项输电技术的深入研究具有重要意义,还可为含有VSC-HVDC的电力系统机电、电磁混合仿真奠定基础。为此首先分析了VSC-HVDC的工作原理;利用隐式梯形积分法建立了双端VSC-HVDC的详细电磁暂态仿真模型,并利用一阶惯性环节模拟锁相环测量了VSC交流母线电压相位的动态特性;鉴于对应VSC-HVDC电磁暂态模型的差分方程为右端项含有待求变量的隐式方程,提出了相应的迭代求解数值计算算法。在VSC交流母线电压幅值和相位突变的条件下,通过与PSCAD/EMTDC中所建VSC-HVDC仿真电路电磁暂态响应的对比,验证了VSC-HVDC电磁暂态模型及其数值计算算法的正确性。     

VSC-HVDC机电暂态仿真建模及仿真

以VSC-HVDC在dq旋转坐标系下的基频数学模型为基础,总结了VSC-HVDC的机电暂态数学方程。之后基于PSS/E自定义模型功能实现了VSC-HVDC机电暂态模型,并将该模型和PSCAD中VSC-HVDC电磁暂态精确模型进行了对比,仿真结果表明两者的稳态潮流十分接近,动态特性具有很好的一致性,从而验证了VSC-HVDC机电暂态模型的有效性和准确性。最后基于该模型对VSC-HVDC在实际大规模多直流馈入系统中的应用进行了研究,结果表明VSC-HVDC从根本上解决了传统直流输电的换相失败问题。     

含VSC-HVDC的交直流系统多目标最优潮流

已有的多目标潮流优化模型和算法对含电压源换流器的高压直流输电(Voltage Source Converter Based High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)不再适用。针对VSC-HVDC的特点,提出了以有功网损最小、电压水平最好(即电压的偏移量最小)、系统的静态电压稳定裕度最大及供电能力最大同时作为优化目标,从而构建了含VSC-HVDC的交直流系统多目标最优潮流模型;针对此模型连续变量和离散变量共存的特点,提出了内点法和NSGA2算法相结合的交替求解算法,可获得多个Pareto最优解,并具有较高的计算效率。最后通过仿真算例验证了所提方法的有效性和高效性。     

含VSC-HVDC的交直流系统无功优化

已有的交直流系统无功优化模型和算法对含电压源换流器的高压直流输电(Voltage Source Converter Based High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)不再适用。针对VSC-HVDC的特点研究了含VSC-HVDC的交直流系统无功优化模型,此模型在数学上需要求解非线性非凸优化问题;为提高全局寻优能力及计算效率,提出一种变换算法,可将原问题转化为混合二次规划问题予以求解。最后仿真算例验证了所提方法的有效性和高效性。     

含VSC-HVDC的交直流系统潮流计算方法研究

建立了VSC-HVDC系统潮流计算稳态数学模型,明确了对应VSC稳态运行状态的4个变量,导出了直流系统求解的修正方程式,并提出了含VSC-HVDC的交直流系统潮流计算的交替迭代算法。通过对修改后的EPRI-7节点测试系统进行潮流计算,验证了潮流计算模型和方法的正确性和有效性。     

含VSC-HVDC的交直流系统潮流计算方法研究

建立了VSC-HVDC系统潮流计算稳态数学模型,明确了对应VSC稳态运行状态的4个变量,导出了直流系统求解的修正方程式,并提出了含VSC-HVDC的交直流系统潮流计算的交替迭代算法。通过对修改后的EPRI-7节点测试系统进行潮流计算,验证了潮流计算模型和方法的正确性和有效性。     

VSC-HVDC配电系统建模及暂态故障分析

全球能源互联网构建的基础是科学、合理地选择、建设多种多样的输电方式。电压源换流器型高压直流输电(voltage sourced converter-high voltage DC,VSC-HVDC)得到了越来越多的关注,是一种以电压源换流器和脉宽调制(pulse width modulation,PWM)等技术为基础,硬件上采用绝缘栅双极型晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)等可关断器件,控制上采用PWM技术的一种新型输电技术。由于VSC可工作在无源逆变方式,可以向孤立负荷供电,VSC-HVDC常用于配电系统。建立VSC-HVDC配电系统的数学模型和控制器模型,将空间矢量PWM(space vector PWM,SVPWM)技术应用于VSC-HVDC供电系统,并对各种故障类型下VSC-HVDC配电系统运行特性进行仿真,验证所建模型的正确性。     

基于端口能量的含VSC-HVDC的交直流混合系统暂态稳定评估

提出一种基于端口能量的含电压源换流器型高压直流输电(VSC-HVDC)的交直流混合系统暂态稳定评估方法。将端口能量描述为端口状态变量和控制变量的函数,进而借助端口能量表征VSC-HVDC系统的暂态能量聚集效应,以避免VSC-HVDC内部复杂控制过程的建模,降低能量函数的构造难度,且可扩展到网络中任意含电力电子器件的端口;进一步,构建基于端口能量的全系统能量函数,通过迭代势能边界面法(IPEBS)进行暂态稳定评估,借助点积判据在系统失稳的转子运动轨迹上搜索势能最大值作为临界能量,确定极限切除时间,实现暂态稳定的快速判别;然后,研究VSC-HVDC接入及VSC-HVDC有功功率、无功功率传输容量对系统暂态稳定性的影响,并评估了不同故障位置对所提能量函数计算精度的影响。最后,通过对修改的IEEE-39节点系统、IEEE-68节点系统和厦门电网柔直工程算例进行仿真分析,验证该方法的准确性和有效性。     

含VSC-HVDC交直流系统精确化离散最优潮流的研究

原对偶内点法在求解含电压源换流器的高压输电(Voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)的交直流系统最优潮流(Optimal power flow,OPF)问题时,有较高的效率与准确性,但是无法很好地解决含离散变量的OPF(如无功优化),而智能算法在解决此类问题时易于陷入局部最优解,同时计算时间过长。因此提出一种含离散惩罚函数的混合内点法算法。算法的主要思想是以内点法为框架,对连续变量进行优化,在当对偶间隙小于一定值时,对离散量的计算中引入罚函数,同时随着迭代量差值的变化随时调整罚函数的罚因子的大小。通过算例表明,该算法稳定性高,寻优能力强,能够很好地解决含VSC-HVDC交直流系统的离散变量的优化问题。     

含VSC-HVDC的交直流系统电压稳定分析与控制

针对含柔性直流输电(voltage source converter-high voltage direct current,VSC-HVDC)的交直流系统电压稳定性问题,开发出一种适用于含VSC-HVDC的交直流系统连续潮流程序,以负荷裕度指标分析VSC-HVDC系统有功功率传输方向、有功功率传输容量及换流站与交流系统无功功率交换量的变化对系统电压稳定性的影响。进而利用系统电压崩溃点处雅可比矩阵,推导出系统负荷裕度对VSC-HVDC有功功率控制参数和无功功率控制参数的灵敏度,并基于该灵敏度提出一种适用于改善系统电压稳定性的VSC-HVDC调控策略。最后,将所提方法应用于修改的68节点和IEEE118节点交直流系统,仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

特高压交直流输电系统暂态混合仿真研究

随着电力系统发展,纯机电暂态和电磁暂态仿真在分析大规模特高压交直流混合电网时已呈现明显不足。为了准确分析特高压交直流输电系统的动态特性,文中基于电力系统全数字实时仿真平台(ADPSS)搭建了特高压交直流输电系统的机电—电磁暂态混合仿真模型,并对整流侧和逆变侧交流母线故障进行了仿真分析。结果表明通过机电—电磁暂态混合模型仿真结果输出,能够有效体现直流系统整体以及局部的各个元器件的详细动态过程,为特高压交直流系统的稳定控制提供技术理论支撑。     

含VSC-HVDC的交直流互联系统无功优化策略

针对含VSC-HVDC的交直流互联系统无功优化问题,提出一种改进的含VSC-HVDC交直流互联系统无功优化模型。首先,对VSC-HVDC的稳态模型进行分析,综合考虑交流线路、换流器、直流线路约束和柔性直流控制方式影响,建立以网损最小为目标的含VSC-HVDC交直流互联系统无功优化模型;然后,为简化优化模型的复数运算,以交流系统的有功功率、无功功率及节点电压平方作为系统的状态变量,构建了改进的含VSCHVDC交直流互联系统无功优化模型,以提高交直流互联系统的无功优化效率。最后,通过修改后的IEEE标准系统进行仿真分析,结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

含VSC-HVDC的交直流系统可用输电能力计算

利用等值电压源方法对电压源换流器进行等效,从而导出了适合于优化计算的电压源换流器型直流输电(VSC-HVDC)系统模型.该模型能够考虑换流器的各种控制方式及运行限制,且可用于多端直流系统.建立了含有VSC-HVDC的交直流系统可用输电能力计算模型,在模型中考虑了对换流器控制变量的多种优化方式,并应用序列二次规划法对模型进行求解.通过对修改后的EPRI-36节点交直流系统进行仿真计算,验证了所提出模型的实用性及算法的有效性.     

含VSC-HVDC的交直流系统可用输电能力计算

利用等值电压源方法对电压源换流器进行等效,从而导出了适合于优化计算的电压源换流器型直流输电(VSC-HVDC)系统模型。该模型能够考虑换流器的各种控制方式及运行限制,且可用于多端直流系统。建立了含有VSC-HVDC的交直流系统可用输电能力计算模型,在模型中考虑了对换流器控制变量的多种优化方式,并应用序列二次规划法对模型进行求解。通过对修改后的EPRI-36节点交直流系统进行仿真计算,验证了所提出模型的实用性及算法的有效性。     

大规模交直流系统电磁暂态仿真关键技术

为了准确模拟交直流系统的交互影响特性,有必要采用电磁暂态仿真分析方法。提出了一种将机电暂态仿真模型数据快速转换成对应的电磁暂态模型数据的方法。先在PSS/E中对大规模交直流系统进行等值简化,再将PSS/E中简化后的系统通过编程方法快速转换为PSCAD/EMTDC中电磁暂态仿真模型,最终在PSCAD/EMTDC中搭建出详细的交直流系统电磁暂态模型。运用所提方法对一个实际电网进行稳态验证和三相对称交流故障下的暂态仿真计算,验证结果表明,通过所提方法转换得到的PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真结果与PSS/E机电暂态仿真结果一致,证明利用所提方法搭建的电磁暂态仿真模型是有效的。     

大规模交直流电力系统电磁暂态仿真高效建模方法

为克服机电暂态仿真无法描述交直流混合电力系统非基波或不对称特性的局限性,急需高效的大规模电力系统电磁暂态建模方法。针对实际高压直流输电换流站主接线方式,文章首先简化了阀组模型并说明了对应简化模型的输电线路模型,大大减少了模拟换流站而利用的计算资源;其后介绍了适用于基于文本转换的电磁暂态快速建模技术的模型定义方法,该模型充分利用了矩阵计算,易于初始化且提高了计算速度。以一个两区四机系统验证了采用所提简化直流模型的精确性与自定义模型的有效性,以南方电网主网等值系统为例说明了大电网电磁暂态建模的步骤,并提出了提高机电暂态仿真精度的建议。     

考虑经济性和环境因素的含VSC-HVDC交直流系统多目标最优潮流

提出一种基于带精英策略的快速非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm-II,NSGA-II)和逼近理想解排序(technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)的含VSC-HVDC交直流系统多目标最优潮流算法,统一协调系统运行的经济性及环保要求等目标。首先,基于含VSC-HVDC交直流系统的稳态模型,建立了综合考虑网络损耗和环境因素的多目标最优潮流模型;然后,采用混合编码方式,通过NSGA-II得到帕累托最优解集;最后,采用TOPSIS法评估各决策方案的相对优劣,以帮助运行人员选取有效的折中解。基于IEEE 14节点系统和IEEE 118节点系统的算例结果验证了所提方法的有效性。     

含VSC-HVDC的交直流混合系统潮流计算

全控型电力电子器件电压源型换流器VSC(Voltage Source Converter)的出现,为直流输电发展提供了新方向。在分析多端VSC-HVDC稳态模型基础上,导出了其适用于牛顿法潮流计算数学模型。提出了一种应用统一迭代法对含有VSC交直流混合系统进行计算的方法。通过修改IEEE-14节点系统仿真结果验证了该算法的有效性和准确性。     

含VSC-HVDC的交直流混合系统状态估计

针对以电压源换流器(VSC)为基础的新一代高压直流输电(HVDC),对含VSC-HVDC的交直流混合系统进行静态状态估计.介绍了VSC-HVDC的稳态模型.通过确定交直流混合系统的量测函数、状态变量和雅可比矩阵,建立了含VSC-HVDC的交直流混合系统的状态估计模型;在基本加权最小二乘状态估计算法的基础上,提出了含VSC-HVDC的交直流混合状态估计同时迭代求解法:对经过修改的IEEE 14、IEEE30、IEEE 57节点系统算例进行仿真,从算法的估计误差、迭代次数和计算速度等方面验证了算法的有效性和实用性.