交直流并联运行直流系统的快速功率控制

本文详细地论述了交直流并联运行时，直流系统的有功功率和无功功率的调节机理。为了更有效地利用直流系统功率调制功能来提高系统运行的稳定性，在功角方式调制、交流功率方式调制的基础上，提出了混合调制模式。并结合天生桥－广州交直流并联输电系统的简化模型，在电科院直流输电模拟装置上验证了本文提出的功率调制模式。     

基于电压源换流器的高压直流输电小信号动态建模及其阻尼控制器设计

基于电压源换流器(VSC)和脉宽调制(PWM)技术的新型高压直流输电(VSC-HVDC)，具有快速、灵活的有功功率和无功功率控制能力，能够改善系统的稳定性。文中建立了VSC-HVDC的小信号动态模型，该模型包括VSC与交流系统接口的线性化方程、VSC-HVDC内部直流系统动态过程的线性化方程以及控制系统线性化方程3个部分，具有一般性。以VSC的有功功率整定值为输入，VSC-HVDC并联交流输电线路的有功功率为输出，通过对系统频率响应的辨识，得到了两者间的开环传递函数。在此基础上，利用极点配置技术，设计了单输入单输出结构的VSC-HVDC附加阻尼控制器。对一VSC-HVDC/AC交直流并联输电系统特征根的分析及非线性仿真表明，配备该阻尼控制器的VSC- HVDC能有效地抑制系统低频振荡，增加系统阻尼。     

基于普罗尼辨识的VSC-HVDC附加阻尼控制器设计

基于电压源换流器(voltage source converter,VSC)和脉宽调制(pulse width modulation,PWM)技术的新型高压直流输电(VSC-HVDC)系统,具有与传统高压直流输电(HVDC)相似的有功功率控制能力,同时还具有与静止无功发生器(staticsynchronouscompensator,STATCOM)相似的无功功率控制能力。在VSC-HVDC动态模型的基础上,利用电力系统分析综合程序提供的用户自定义功能(PSASP/UD),实现了含有VSC-HVDC的多机系统动态仿真。以定有功功率控制VSC的有功设定值信号为输入端,VSC-HVDC并列交流输电线路的有功功率为输出端,通过对指定输入下输出端时域响应数据的普罗尼(Prony)辨识,获取了两端口间的等值降阶线性开环模型。并利用该降阶开环模型以及极点配置技术,设计了VSC-HVDC单输入单输出结构的附加阻尼控制器。以修改后的CEPRI-36交直流并列输电系统为例进行了仿真分析,仿真结果表明VSC-HVDC配备该阻尼控制器后,可显著增加系统振荡阻尼,快速恢复系统稳定。     

交直流混联系统小扰动稳定性分析

以电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)在dq旋转坐标系下的动态数学模型为基础,推导了计及交直流系统交互影响的交直流混联系统小扰动分析模型;通过特征值分析实现了含VSC-HVDC的交直流混合系统在同一机电振荡模式下,几种不同运行控制方式阻尼特性分析,得出VSC-HVDC一侧定有功功率和交流电压,另一侧定直流电压和无功功率的运行控制方式为最佳阻尼运行控制方式。将此运行控制方式与其他方式在加入故障下进行时域仿真,仿真分析结果表明:最佳VSC-HVDC阻尼运行控制方式下,系统恢复稳定的时间最短,超调量最小。通过VSC-HVDC的参数灵敏度分析,提出了在VSC-HVDC最佳阻尼运行控制方式下可有效改善系统阻尼特性的相关措施。     

基于电压源换流器的高压直流输电系统的阻尼特性与阻尼控制

利用复数力矩分析方法近似推导了基于电压源换流器高压直流输电(voltage source converter HVDC,VSC-HVDC)系统的电磁力矩,定性分析了VSC-HVDC的快速功率控制可能会导致系统出现电气阻尼变弱或负阻尼现象。在建立包括VSC-HVDC及控制器在内的AC/DC混合系统的动态数学模型的基础上,应用最优控制理论设计了最优阻尼控制器,交直流并联系统数值仿真结果表明该附加阻尼控制方法的有效性。     

直流功率调制在交直流系统中抑制低频振荡的研究

随着电网规模的不断扩大,高压直流输电在远距离、大容量的输电中具有明显优势,已成为电网的重要组成部分。该文以交直流多区域互联系统中区域间低频振荡问题为研究对象。以具有交直流并行联络线的四机两区域系统为模型,采用Prony分析法和时域仿真方法,利用直流功率调制技术对低频振荡现象进行研究。仿真表明,直流功率调制可以增强系统的阻尼,抑制电网区域间的功率振荡,而且可以提高交直互联系统的暂态稳定性。     

基于降阶模型辨识的交直流混合输电系统广域阻尼控制

提出了一种辨识交直流混合输电系统降阶模型并设计其广域阻尼控制器的方法。首先在单输入单输出系统模型辨识原理的基础上提出交直流混合输电系统降阶模型的辨识方法;根据射影控制原理进一步设计了交直流混合输电系统的广域阻尼控制器。考虑到广域反馈信号在传输过程中存在的通信时延对系统稳定性的影响,设计了基于广域信号主导模式的时延补偿环节。以规划中的南方电网交直流混合输电系统进行算例研究,验证了所设计的广域阻尼控制器的有效性与可靠性。     

VSC-HVDC多通道附加阻尼控制抑制次同步振荡

提出在基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)中采用多通道变参数的次同步附加阻尼控制(SSDC)来抑制次同步振荡的方法.在PSCAD/EMTDC中搭建了并联VSC-HVDC的IEEE次同步谐振第一标准测试系统,通过测试信号法得到在不同工况下发电机电磁转矩对调制功率的相位滞后特性,据此选择合理参数设计多通道变参...     

基于VSC-HVDC技术的风力发电系统并网研究

分析了基于电压源换流器的高压直流输电系统(VSC-HVDC)和双馈异步风电机组的数学模型及控制策略。针对并网风电场暂态过程稳定裕度偏低的问题,提出了采用VSC-HVDC技术提高并网系统的稳定性。在电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中建立了包含风电场的交直流混合输电系统模型,研究了VSC-HVDC输电系统改善双馈异步发电机风电场暂态稳定裕度的贡献。仿真表明VSC-HVDC采用改进的无功功率控制器的并网系统能够在系统遭受大扰动后快速恢复稳定,并且可以避免由风电机组转矩不平衡引起的风力发电机超速问题,交直流混合输电系统的动态稳定性得到较大的提高。     

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。     

引入故障恢复信号的VSC-HVDC附加阻尼控制研究

基于电压源型换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)具有快速、灵活的有功功率和无功功率控制能力。VSCHVDC附加阻尼控制能有效地抑制交流系统的低频振荡。讨论了附加阻尼控制器的限幅环节对控制效果的影响,然后提出了引入故障恢复信号的附加阻尼控制。故障恢复信号为指数规律衰减信号,将其与附加阻尼控制器输出信号叠加,作为直流功率调制的参考信号,以减小直流功率调制前期的直流功率幅值。并在直流电压波动的允许范围内,使直流功率调制过程趋于理想的自由衰减振荡,比无故障恢复信号的附加阻尼控制衰减更快,从而显著减小限幅环节的影响。还给出了直流电压波动随直流功率波动变化的关系曲线。仿真结果验证了所提附加阻尼控制方法的有效性。     

基于VSC-HVDC的风电场并网系统潮流算法研究

柔性直流输电系统非常适合海上风电场并网,但传统交/直流混联系统潮流算法在计算基于VSC-HVDC的风电场并网系统潮流时存在缺陷:直流系统移开后,风电场交流节点变为孤立节点,剩余交流系统的雅可比矩阵不可逆,迭代过程无法进行。针对这一缺陷提出了一种含VSC-HVDC的混联系统(AC/VSC-HVDC)潮流解耦算法:该算法将交、直流系统进行解耦,分别迭代计算。所提算法克服了目前交/直流混联系统潮流计算方法存在的对交流潮流计算程序继承性差、扩展变量多、计算速度慢等缺点;也解决了风电场VSC-HVDC并网系统潮流算法中存在的问题。通过标准算例的计算验证了所提方法的有效性,可以用来对风电场直流并网系统进行稳态潮流分析。     

含VSC-HVDC的交直流混合发输电系统可靠性评估

建立了含柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)的交直流混合发输电系统的可靠性分析模型,该模型既考虑了VSC-HVDC的稳态功率特性,还计及了发输电网络的故障率和输电线路的有功限制,采用非序惯蒙特卡罗仿真实现;在满足系统安全约束的前提条件下,对系统进行模拟调度,重点评价了与发输电网络连接的VSC-HVDC对电网可靠性的影响,给出系统和节点的风险指标,为VSC-HVDC规划和运行提供参考依据,最后算例分析证明了该算法的可行性和合理性。     

交直流互联系统鲁棒自适应直流功率调制

设计了应用于交直流互联电力系统的直流功率调制的非线性鲁棒自适应控制器。该控制器基于驱动各互联区域电网的惯量中心至统一平衡点的设计思想，采用广域测量系统的全局信号，用以阻尼交直流互联系统的区域间功率振荡。采用反步法设计的自适应鲁棒控制规律使控制器对未知参数具有自适应性，对模型误差、扰动和平衡点变化具有较强的鲁棒性。仿真结果表明，与传统的线性直流功率调制控制器相比，该控制器对联络线的功率振荡具有优良的阻尼性能，可显著提高输电极限，而且能很好地适应运行点的变化。     

南方交直流混合电网区域振荡的协调控制策略

针对南方电网弱阻尼区域振荡模式的抑制问题,在分析了电力系统稳定器(PSS)、直流阻尼调制的控制机理及其控制效果的基础上,考虑到南方电网近距离直流多落点的特点,提出了一种PSS和直流阻尼调制的协调控制策略。在该策略中,结合模式可控性指标首先进行相关控制点的PSS参数优化以抑制直流调制不敏感的模式,在前一层优化的前提下再进行直流阻尼调制控制器的参数优化。这样既能保证二者的协调控制,又能有效地控制优化进程和降低计算量。最后通过仿真计算验证了协调控制策略的合理性和有效性。此工作可为研究近距离直流多落点交直流混合电网的低频振荡抑制问题提供新思路。     

Heuristic Optimization of Supplementary Controller for VSC-HVDC/AC Interconnected Grids Considering PLL

This paper presents a new approach to enhance the dynamic responses of AGC in power systems by means of heuristic optimization of VSC-HVDC supplementary controllers. The upcoming power electronics-based VSC-HVDC transmission systems offer new features that would be advantageous for improving the frequency control and thus for enhancing the stability of the transmission grids. In this paper, the parameters of the proposed control modulation are tuned using Genetic Algorithm and Simulated Annealing methods. The performance of the proposed intelligent based tuning approach is assessed through MATLAB simulations for an AC/DC interconnected system. For the sake of detailed analysis, the effects of PLL and frequency measurements are also included in the VSC-HVDC system modeling. Furthermore, to show merits of the proposed strategy, a comparison between AC and DC transmissions is presented.     

基于主从分裂法的交直流混合状态估计

直流输电技术的快速发展迫切要求提出实用的交直流混合状态估计方法。该文将交流系统看成主系统，将直流系统看成从系统，提出了交直流混合状态估计的一种新方法，即主从分裂法。该方法自然地将整个电力网络的状态估计问题分解成交流估计和直流估计两个子问题，通过主从分裂迭代，可获得严格的全局状态估计解。其中，交流系统和直流系统可以采用不同的状态估计算法，只需对调度中心现有状态估计软件进行少量修改，即可实现交直流混合状态估计。理论分析和数值试验结果均表明了新方法的实用性、正确性和良好的收敛性。     

直流阻尼调制在大规模交直流电网中的作用

采用一种暂态能量函数,剖析直流阻尼调制抑制低频振荡的机理。基于留数,指出制约直流调制效果的关键因素,对直流调制在交直流电力系统中的运行特性进行分析,认为采用广域信号可以提高直流调制对区间振荡的抑制效果。以我国第1个交直流混合电网——南方电网为背景,验证理论分析的正确性。在此基础上,对直流阻尼调制在大规模交直流电网中的作用进行总结。     

直流调制对交直流混合系统稳定性影响的研究

以分散最优控制理论研究了交直流混合电力系统中直流系统的控制方法。通过特征值分析和仿真计算研究了该控制方法对提高系统阻尼以及提高交直流混合系统功率输送能力的作用。研究结果表明：仅仅对一端换流站进行控制，可以同时阻尼不同的振荡模式。