轻型高压直流输电系统的仿真与故障分析

轻型高压直流输电（high voltage direct current light,HVDC Light）是一种基于电压源换流器（voltage sourced converters,VSC）和脉冲宽度调制技术的新型直流输电形式,其运行控制简单,输出波形好,解决了传统高压直流输电换相困难,两端必须采用有源电源等问题。分析了HVDC Light系统的结构及基本原理,针对定直流电压和定有功功率的控制方式,构建了HVDC Light系统的MATLAB仿真模型;分析了系统的功率和直流电压的稳态特性,并针对几种常见的交流侧物理量扰动和三相短路故障进行了仿真分析。结果表明,受到扰动后的系统能够在0.3 s左右恢复稳态。仿真结果证明了HVDC Light系统的可行性和仿真模型的正确性,为HVDC Light系统的实际应用提供了参考。     

基于改进牛顿法的VSC-HVDC潮流计算

根据电压源换流器(VSC)新型高压直流输电(HVDC)的稳态特性和控制方式,建立了含VSC-HVDC稳态潮流计算数学模型,分别采用牛顿法、简化牛顿法、三阶收敛牛顿法和六阶收敛牛顿法进行潮流求解,仿真验证了各算法在VSC-HVDC不同控制方式下的有效性,并对各种算法的计算速度作了比较,并在此基础上提出了2种混合算法,仿真验证了其优越性。     

含VSC-HVDC的交直流系统内点法最优潮流计算

电压源换流器(voltage source converter,VSC)在稳态模型和工作原理上与传统高压直流输电(high voltage directcurrent,HVDC)的换流器有本质区别,因此传统的交直流系统最优潮流计算方法不适用于含基于电压源换流器高压直流输电(VSC based HVDC,VSC-HVDC)的交直流系统。讨论一种适用于原对偶内点法(primal-dual interior-pointmethod,PDIPM)和预测校正内点法(predictor-corrector PDIPM,PCPDIPM)解最优潮流的VSC-HVDC稳态模型。基于该稳态模型,将VSC-HVDC直流网络与交流系统结合起来,对交直流系统进行联立求解,并对多组算例进行仿真和分析,算例结果表明原对偶内点法在解决含VSC-HVDC的最优潮流问题的能力上,保持了传统内点法最优潮流的高效性,而在同样的条件下,预测–校正内点法迭代次数大大少于原对偶内点法。     

混合双极高压直流输电系统的特性研究

为了充分发挥电网换相换流器高压直流输电系统(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)和电压源换流器高压直流输电系统(voltagesource converter based HVDC,VSC-HVDC)的优势,针对一种新型的混合双极高压直流输电系统(hybrid bipolar basedhigh voltage direct current,HB-HVDC)进行了研究,该系统的正极是传统的12脉动LCC-HVDC系统,而负极是VSC-HVDC系统。建立了由LCC正极和VSC负极组成的混合双极高压直流输电系统的模型,推导了其在稳态时的数学模型,并设计了正负极之间的协调控制策略。在PSCAD/EMTDC环境下对HB-HVDC系统的稳态和暂态运行特性进行了研究分析。最后对HB-HVDC系统和闭锁负极VSC-HVDC后LCC-HVDC系统的运行特性进行了对比研究。结果表明:HB-HVDC系统可以更好地调节交流母线电压,减少LCC极换相失败的可能性,并且具有快速的故障恢复能力;同时也证明所设计的协调控制策略可以有效地改善HB-HVDC系统的稳态和动态特性。     

双馈入直流输电系统中VSC-HVDC的控制策略

针对多馈入直流输电(multi-infeed direct current,MIDC)系统的稳定性问题,提出将基于电压源换流器的高压直流输电(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)引入到MIDC系统中,用以改善MIDC系统公共连接母线的电压特性。建立HVDC和VSC-HVDC双馈入系统的物理模型,导出相应的数学模型。并通过坐标变换得出VSC功率传输方程的直角坐标形式。采用多变量非线性控制的逆系统方法,设计VSC-HVDC系统的非线性控制器。PSCAD/EMTDC 环境下的仿真实验表明,所设计的VSC-HVDC非线性控制器不仅能有效改善VSC-HVDC的动态特性,而且在交流系统发生扰动时能有效稳定系统电压,减少HVDC逆变站发生换相失败的几率,提高HVDC系统的运行可靠性。     

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。     

基于PCHD模型的VSC-HVDC系统无源控制研究

基于端口受控耗散哈密顿系统（PCHD）模型,提出了一种针对基于电压源换流器的轻型高压直流（VSC—HVDC）输电系统的无源控制新方法。该方法就是将轻型高压直流输电的换流站模型等效成一个具有耗散性质的无源系统,并根据VSC—HVDC的4种不同控制方式,确定相应的dq坐标下的电流参考值。在此基础上,通过互联与阻尼配置的方法设计无源控制器,追踪参考电流,实现独立调节瞬时有功、无功功率。仿真结果表明了该控制策略具有良好的暂态控制性能和鲁棒性。     

LCC-VSC型混合直流输电系统及其控制策略

基于相控变流器的高压直流(LCC-HVDC)和电压源变流器的高压直流(VSC-HVDC)共同组建由电压源变流器(VSC)和相控变流器(LCC)组成的混合HVDC输电系统,可有效实现对两种HVDC输电技术的优势互补。此处设计了由VSC整流器和LCC逆变器组成的双端混合HVDC输电系统拓扑结构,分别给出了VSC整流器和LCC逆变器系统模型及详细控制策略,建立了基于RTDS硬件在环的混合HVDC输电系统实验平台。实验结果表明:在所设计的混合HVDC输电系统中,两端变流器可以独立调节直流系统的传输功率;当发生直流侧短路故障时,该系统能够及时响应,并在故障清除后快速恢复正常运行。证明了所设计的混合HVDC输电系统及其控制策略是可行的、可靠的。     

适用于电压源型高压直流输电的控制策略

将电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)两端节点等效为两个有源节点,推导得到VSC-HVDC两端等效节点注入电流的表达式,从而可以方便地通过修改系统导纳矩阵,得到含VSC-HVDC系统的数学模型。在该模型的基础上,考虑VSC内部电流环和系统控制要求,提出了一种新的VSC-HVDC控制策略。以一个含VSC HVDC的6机电力系统为例,仿真表明,采用该控制策略,在系统发生大扰动后,VSC HVDC不仅能够迅速恢复正常运行,而且对系统电压和频率稳定没有太大影响。     

电压源换流器直流输电提高系统频率和电压稳定

将基于电压源换流器高压直流输电系统（VSC—HVDC）引入到交流系统中,建立了含有VSC—HVDC的电力系统的仿真模型,导出了相应的数学模型,利用VSC—HVDC能同时对有功功率和无功功率进行快速控制的特点来提高系统频率和电压稳定性。利用仿真软件进行了仿真,结果表明在负荷恢复时采用VSC—HVDC与发电机协调控制比传统调频调压方法更有利于提高电网的恢复速度和稳定性。     

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。     

LCC与VSC型直流馈入对弱受端电网特性的影响

随着柔性直流输电（voltage source converter based high voltage direct current, VSC-HVDC）直流电压等级提升和传输容量增大,其在大容量远距离资源优化配置中将发挥更加重要的作用。以往的研究中,大多利用电磁暂态仿真软件,针对虚拟构建的小电网,仿真分析VSC-HVDC的技术性能。针对实际交流电网的VSC-HVDC动态性能验证等研究,则少有报道。本文首先针对PSD-BPA中新近开发的对应实际电网换相换流器高压直流（line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC）工程的DA卡仿真模型以及VSC-HVDC仿真模型,分析两者的技术特点。在此基础上,面向西藏藏中弱交流受端电网,仿真对比2种直流供电方案下,受端电网大扰动冲击后的暂态恢复特性。仿真研究结果为应用VSC-HVDC改善弱受端电网受扰特性和提升电网稳定水平提供了技术支撑。     

采用dq0坐标的VSC-HVDC稳态模型与控制器设计

基于电压源型换流器(VSC)的新型高压直流(VSC-HVDC)输电系统具有非常广阔的应用前景,目前VSC-HVDC技术在国外处于理论研究向实验系统过渡阶段,而国内则刚刚起步,许多基础理论和相关的应用基础问题有待深入研究.文中首先介绍了VSC-HVDC的基本工作原理.随后提出了一种采用dq0坐标的稳态模型,并进行了控制方案设计.通过对该控制方法原理分析与仿真实验,证明其控制效果良好,对于各种扰动都具有很快的响应速度和很好的稳定性,在不同的工作点都具有较高的稳定精度.     

连接低惯量系统的柔性直流输电模型预测控制

针对低惯量系统频率稳定性控制需要,通过对与之相连接的柔性直流输电(VSCHVDC)系统的数学模型离散化,采用模型预测控制算法分别设计整流器和逆变器的控制系统。模型预测控制方法具有结构简单、参数选择便捷、动态响应快、鲁棒性好等特点,易于实现与VSC-HVDC相连的低惯量送端交流系统频率波动控制。分析基于模型预测控制的直流功率调制对系统频率变化的调节作用,并在PSCAD/EMTDC仿真软件中建立仿真模型,对比分析传统PI双环控制直流功率调制方法和模型预测控制直流功率调制方法对交流系统频率的影响,仿真结果表明,VSC-HVDC模型预测控制方法能够有效抑制交流系统频率变化的幅度,加快频率恢复的速度。     

柔性直流阀控全链路试验方案及实时仿真

柔性直流阀控全链路试验是验证柔性直流阀控功能和性能的重要技术手段。本文提出的柔性直流阀控全链路试验方案主要包括阀控架构、全链路试验系统架构及其主要的模拟功能、试验项目设计等。首先分析了柔性直流阀控的架构和阀控架构的特点以及其各层级的连接关系;其次针对柔性直流阀控的特点提出了计及脉冲分配和功率模块控制的全链路试验系统;最后,在实时仿真平台上搭建了全链路试验系统,对实际工程应用的柔性直流阀控进行了全方位测试,并对典型试验结果进行了分析。试验结果表明,本文提出的全链路试验方案和系统能够满足柔性直流阀控功能和性能测试的需要。     

有功功率无功功率独立控制的VSC-HVDC系统仿真研究

高压直流输电系统中有功和无功功率可以分别由dq0坐标系下的d轴电流分量和q轴电流分量独立控制,设计定直流电压、定有功功率定无功功率控制器。整流侧实现单位功率因数整流并控制直流电压的稳定,逆变侧通过改变有功电流指令和无功电流指令来改变输送的有功功率和无功功率。用Matlab进行仿真分析。结果表明,该控制方式在保证直流电压稳定的基础上能够实现有功功率、无功功率的独立控制,且该控制方式灵活、简便,抗干扰性强,为工程实际应用提供理论依据。     

用于海上风电场并网的多模块变压器耦合型VSC-HVDC技术

给出了海上风电场并网系统结构,提出了一种新型的多模块变压器耦合型VSC-HVDC系统,各模块交流输入端通过多绕组变压器进行相互隔离,直流输出端由多个功率模块串联构成,通过灵活地增减模块数目,以获得不同的直流电压,各功率模块可以独立控制;建立了VSC-HVDC在两相同步旋转坐标系下的数学模型;研究了VSC-HVDC的基本...     

新型高压直流输电的开关函数建模与分析

新型高压直流输电--基于电压源换流器(VSC)的新型高压直流输电(VSC-HVDC)的拓扑 结构变化复杂。文中通过引入单极性二值逻辑开关函数,建立了能够反映VSC-HVDC内部特性 和物理过程的开关函数数学模型。该模型中计及了换流变压器的不同变比及三相电网电压的不平 衡,具有一般性。EMTDC和MATLAB中的仿真结果表明该模型在具有很高准确度的同时,还能 显著缩短仿真时间,提高仿真效率。     

电力系统仿真软件PSS/E中柔性直流输电系统模型及其仿真研究

柔性直流输电系统(voltage sourced converters high voltage direct current,VSC-HVDC)因其快速灵活的可控性在电力工业中将有越来越广泛的应用,研究其在复杂电力网络中的动态性能具有工程实际意义,应用电力系统仿真软件PSS/E可模拟柔性直流输电的准稳态响应。介绍了PSS/E动态仿真的基本原理;分析了柔性直流输电模型VSCDCT的有效性和适用性,并基于实际系统对准稳态直流动态模型VSCDCT进行了仿真研究,仿真结果表明 PSS/E直流模型能够满足大规模交/直流系统仿真的要求。