LCL型高压直流输电系统中换流变压器损耗的仿真研究

针对基于电网换相换流器的高压直流输电(LCC-HVDC)系统中存在的换流变压器噪声大、逆变侧换相失败等问题,提出了采用LCL型换流器的高压直流输电系统.在PSCAD中建立荆门—上海±500 kV直流输电的LCC-HVDC和LCL-HVDC系统的仿真模型,在该模型中测量了换流变压器阀侧绕组的谐波电流,研究了换流变压器的负...     

AC-(LCC)DC系统的全电磁暂态数值计算方法一：数学模型

为实现大规模交直流混联电网快速、准确的全电磁暂态仿真计算,需要研究、开发新的仿真计算方法。为此,采用状态空间法及Park变换,该文第一部分首先建立了交流-电网换相换流器型高压直流输电(AC-line commutated converter high voltage direct current,AC-(LCC)DC)混联系统的全微分数学模型。在不计变压器非线性特性的情况下,推导了能够反映变压器变比、接线方式以及相移等特性的电磁暂态模型;考虑换流变压器的接线方式,将换流变-换流器-平波电抗器作为一个整体来考虑,建立了电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)输电系统的全微分电磁暂态模型;通过在发电机与出口变压器之间接入一个三相对地电容,简捷地解决了机-网接口问题。通过引入附加状态变量,将上述模型以及锁相控制器中的非线性部分转化为二次型向量,由此,建立了基于二次向量场形式的AC-(LCC)DC系统全微分计算模型,为第二部分的电磁暂态仿真计算提供基础。     

交直流混联电网LCC-HVDC换流器建模方法综述

交直流电网混联,大规模电力跨区输送成为我国电力系统的主要特点。电网换相换流器型直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)是我国交直流混联电网的主要组成部分,为实现交直流混联电网快速、准确仿真,该文对现有的LCC-HVDC换流器建模方法进行了分析与总结,对其优缺点进行评述,并根据作者观点,提出可进一步研究的内容:在仿真规模较大的交直流混联电网时,可用开关函数对LCC-HVDC进行建模,但模型准确度需要提升;多条LCC-HVDC输电线路的仿真可使用换流器级别模型与换流阀级别模型进行组合仿真;不同精细程度模型之间的数据接口要进行优化设计。     

考虑故障状态的LCC-HVDC建模方法研究

直流输电系统的参数设计和故障分析依赖于系统建模与仿真,常规详细模型的仿真需要借助实时数字仿真等设备,而现有的简化模型又难以保证故障状态下的准确性,亟需提出新的建模方法以减小简化模型的暂态误差,继而降低直流输电系统的仿真难度与投入成本。为此,文中提出一种基于电网换相换流器的高压直流输电(LCC-HVDC)的常微分方程(ODE)模型,并将开关函数扩展到兼顾故障运行状态。首先,基于开关函数理论推导出LCC-HVDC的ODE模型;接着分析了自然换相点偏移和换相失败对开关函数的影响,并以此提出一种考虑故障状态的开关函数调制策略;最后结合仿真算例,研究了ODE模型在多种故障状态下的运行特性,并计算对比了仿真误差与运行效率。仿真结果表明,文中ODE模型能够准确反映换流阀的各种故障状态,且具有误差小、效率高的优点。     

计及变压器铁芯饱和的LCC-HVDC输电系统谐波不稳定性评估与应用

基于端口理论构建了基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)输电系统的完整模型,综合考虑了直流两端换流器、平波电抗器、交直流滤波器以及换流变压器铁芯饱和的影响.利用该模型对不同的网络参数及运行工况进行谐波稳定性判别,并与PSCAD/EMTDC时域仿真平台上详细LCC-HVDC输电系统模型仿真结果对比,验证了所提模型的可行性与准确性.将所提模型应用于谐波不稳定性判别,不仅计算方法简单,而且能够较好地反映不同参数对谐波稳定性的影响,其对LCC-HVDC输电系统谐波不稳定影响因素分析可为LCC-HVDC输电系统的规划、运行提供参考.     

基于自耦补偿与谐波屏蔽换流变压器的直流输电系统仿真研究

为揭示自耦补偿与谐波屏蔽(新型)换流变压器电磁暂态瞬变过程,模拟直流输电系统中新型换流变压器网侧与阀侧端口电压、电流的输入、输出特性以及交直流之间的相互 作用,利用仿真软件Matlab分别建立了用于6脉动与12脉动直流输电系统的新型换流变压器仿真模型,并将其应用到直流输电系统动态仿真中。仿真结果表明：新型换流变压器取代传统换流变压器在一定程度上优化了直流输电系统的结构,通过对变压器第三绕组的零阻抗设计及绕组抽头处滤波器参数的合理配置,既能降低换流变压器网侧谐波含量、有效减少谐波与无功对换流变压器的损耗,又改善了换流变压器阀侧的线电压与相电流,有利于换流器可靠换相与正常运行。     

并联混合直流输电系统中传统直流和柔性直流暂态无功协调控制策略研究

针对电网换相换流器的高压直流输电系统(line commutated converter high voltage direct current,LCCHVDC)易于发生换相失败的缺点及柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSCHVDC)具有的有功无功快速独立控制的优点,为了充分发挥VSC-HVDC提高LCC-HVDC抵御换相失败能力的作用,提出了适用于并联混合直流输电系统的基于逆变器关断角γ的暂态无功协调控制策略。将故障时根据γ角得出的无功功率补偿值附加至柔性直流换流器外环无功控制环节,调节柔性直流换流器发出的无功功率,在故障时降低LCC-HVDC的直流电流增加量或调节换流母线电压,达到提高LCC-HVDC换相失败抵御能力的目的。在PSCAD/EMTDC仿真环境中搭建了并联混合双馈入直流输电系统模型,从换相失败免疫性指标(commutation failure immunity index,CFII)的角度研究了不同强度交流系统下基于γ角的暂态无功协调控制策略对LCC-HVDC抵御换相失败能力的影响。结果表明,基于γ角的暂态无功协调控制策略可以显著提高LCC-HVDC抵御换相失败的能力。     

LCC-VSC混合直流电网机电暂态建模方法研究EI北大核心CSCD

提出可用于大型电力系统暂态稳定分析的电网换相换流器-电压源换流器(line commutated converter-voltage source converter,LCC-VSC)混合直流电网机电暂态建模方法。首先,根据LCC、VSC换流器技术特点,建立混合直流电网的基本形态。其次,根据换流器基本数学模型和机电暂态仿真的特征,通过合理简化提出混合直流电网基本元件LCC、VSC、DC/DC换流器的机电暂态建模方法。基于Dommel算法,提出直流网络模型的求解方法。在PSASP程序中实现了各元件的模块化设计,使用户可根据需要自由搭建仿真算例。最后,基于VSC-HVDC汇集分布式可再生能源和常规能源、LCC-HVDC实现远距离大容量稳定输电的构想,设计四端混合直流电网的仿真算例,分析对比3种不同工况下的运行特性。结果表明,所提LCC-VSC混合直流电网机电暂态模型准确、可靠,可用于大型电力系统暂态稳定性分析。     

LCC-HVDC送端电网等值方案研究

大规模新能源经电网换相高压直流输电(LCC-HVDC)送出时,极易引发送端电网暂态过电压.通过建立LCC-HVDC及送端等值电网电磁暂态仿真模型,可以详细分析其暂态过电压特性,进而优化其控制策略.目前,针对LCC-HVDC送端电网等值的相关研究较少.结合工程需求,给出一种适用于LCC-HVDC送端电网的等值方案.首先,根据主干网各梯级断面点节点残压大小与LCC-HVDC电气耦合强弱的关系,提出一种基于节点残压的内部系统主干网确定方法.该方法在快速确定内部系统范围的同时,可有效避免等值过程中可能因人为因素而引起的等值误差;然后,以梯级断面点为依据划分拓扑区域,以等值前后各拓扑区域电气特性一致为原则,提出内部系统中包括新能源电源在内的等值电源、负荷及变压器等元件的详细参数确定方法;最后,给出LCC-HVDC送端电网多端口戴维南等值方法,简化了外部系统.基于国内某LCC-HVDC送端电网等值方案实际算例,验证了所提等值方案的有效性.     

混合双馈入直流输电控制系统交互影响机理分析

针对由彼此落点接近的一条基于模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multilevel converter based HVDC,MMC-HVDC)线路和一条电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)线路所构成的混合双馈入直流输电系统,基于多变量反馈控制理论建立可定量分析和评估MMC-HVDC与LCC-HVDC控制系统之间交互影响的等效独立控制通道。在此基础之上,定量分析评估LCC定关断角控制器、锁相环以及MMC锁相环、外环控制器、环流抑制器对MMC-HVDC与LCC-HVDC控制系统交互作用及小干扰稳定性的影响。最后,在PSCAD/EMTDC上搭建混合双馈入直流输电系统的电磁暂态详细仿真模型,仿真验证理论分析结果的有效性。     

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。     

模块化多电平变流器HVDC输电系统控制策略

建立模块化多电平变流器（modular multilevel converters,MMCl的电磁暂态数学模型以及采用MMC为变流器的高压直流输电系统（high voltage direct current,HVDC）直流侧电压的动态数学模型。在此基础上,分析HVDC系统的直流侧电压动态特性,给出HVDC控制器参数协调设计原则和算法。最后,基于PscAD／EMTDc的数字仿真结果证明了所提出的HVDC控制系统参数协调设计原则和算法的正确性。     

考虑电压动态过程的含电网换相换流器的高压直流输电小信号建模方法

对含电网换相换流器的高压直流输电（line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC）系统进行小信号稳定性分析时,存在小信号模型精度低、分析结果无法为系统稳定运行提供参考的问题。因此,提出一种计及电压动态过程的小信号建模方法。对LCC-HVDC状态空间模型进行改进,修正了逆变侧换流站内部的角度关系与换相角表达式,在模型中引入考虑电压动态过程的状态方程,并基于此模型计算系统运行的控制参数稳定域。通过PSCAD电磁暂态仿真软件对模型进行验证,并与传统小信号模型作对比,结果表明建立的考虑电压动态过程的小信号模型精度高,小信号稳定性分析结果更准确。     

混合双馈入高压直流系统最大传输功率控制方法

常规高压直流(LCC-HVDC)与柔性高压直流(VSC-HVDC)落点之间存在电气通路时就构成了混合双馈入高压直流系统。VSC-HVDC系统具有有功、无功功率独立可调的特点,通过调节VSC-HVDC系统输出的有功、无功功率,可以提高在同等受端电网强度下LCC-HVDC系统的功率输送能力。在建立混合双馈入高压直流系统的数学模型和仿真模型的基础上,通过给出求解混合双馈入高压直流系统临界稳定状态的数值解法,分析了混合双馈入高压直流系统在不同受端电网强度下的功率输送能力,总结出调节VSC-HVDC系统输出的有功、无功功率对LCC-HVDC系统功率输送能力的作用规律,并在此基础上根据系统状态参数随受端电网强度的变化规律提出了混合双馈入高压直流系统基于定虚拟点电压控制的最大传输功率控制方法,该控制模式能针对受端电网强度的变化自动调节系统的功率参考值,使得混合双馈入高压直流系统能始终运行在输送最大有功功率的工作状态。     

兼具换相电压补偿和直流电流抑制能力的电网换相换流器拓扑

为提高传统直流输电系统抵御换相失败的能力,改善系统故障期间的动态特性,提出了一种基于晶闸管型全桥子模块(T-FBSM)的复合型电网换相换流器拓扑,在故障期间可以通过控制工作模式的切换同时实现换相电压的补偿及直流电流增长的抑制,从而提高换相失败的免疫能力.研究了T-FBSM与换流阀的协调控制策略,并设计了T-FBSM电气...     

适用于复杂拓扑结构混合直流电网的实用机电暂态建模仿真方法

为提升混合直流输电系统模型的适应性和计算效率,提出一种基于电流源思想的混合直流输电系统机电暂态建模方法。由电网换流器(line commutated converter, LCC)、电压源换流器的准稳态模型推导其电流源模型,并通过差分化直流支路的微分方程,形成直流电网的通用化电流源模型。采用多速率混合积分算法分别求解交直流系统,并结合步长回退、积分方法切换等,解决LCC电流反向、开关闭合与开断等特殊情形下的数值问题。在国内通用的机电暂态仿真程序中实现了上述模型,并以白鹤滩-江苏混合直流输电工程为例,与电磁暂态仿真工具进行了对比测试。仿真结果验证了该方法的有效性和准确性。该方法较好地平衡了仿真精度和计算速度的矛盾,为提升大规模交直流混联电网的仿真能力提供了有力工具。     

考虑谐波耦合特性的LCC-HVDC换流站小信号建模

谐波间的耦合作用关系着系统的动态稳定性能,为在对电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)系统数学建模时考虑该动态耦合过程,提出了基于12脉波换流器的开关函数理论与指数傅里叶级数相结合的LCC-HVDC小信号谐波状态空间(harmonic state space,HSS)建模方法。该建模方法不仅考虑了谐波的相互耦合作用,具有较高建模精度,同时也揭示了换流站处于不同运行模式下,交/直流侧谐波通过换流站传递到直/交流侧的动态耦合机理。最后,通过PSCAD电磁暂态仿真结果与小信号模型计算结果的对比,验证了文中提出的LCC-HVDC系统小信号HSS模型的有效性及内部谐波动态分析的正确性。该研究结果还为系统稳定性评估与参数优化奠定基础。     

基于动态相量法的直流系统暂态响应实时快速仿真计算方法

为解决交流系统大扰动下电流源型直流输电(line commutate converter based HVDC,LCC-HVDC)系统电磁暂态精度响应实时求取困难的问题,该文基于动态相量法仿真框架,详细讨论了大扰动下LCC-HVDC直流输电系统的建模方案,并针对工程现场的计算精度与计算复杂度要求和逆变侧容易发生的换相失败现象,重构了易于拓展的仿真模型计算框架。多故障场景的仿真对比实验表明,与传统的动态相量仿真方案相比,所提出的框架能够准确反映直流系统在逆变侧交流系统受扰下的暂态响应特征,同时提高了计算速度,实现了LCC-HVDC系统暂态响应的高精度、实时化计算。     

MMC-HVDC电网输电线路双极短路故障电流的实用计算

基于模块化多电平换流器的高压直流电网作为支撑高比例可再生能源接纳的有效手段,已经成为电网发展的重要方向。双极短路故障是输电线路发生的最严重故障,目前一般通过在s域内列写直流系统状态方程,然后再基于拉氏反变换求解故障电流,亟待提出短路电流的工程实用计算方法。为此,以张北柔性直流电网为研究对象,首先分析了输电线路双极短路的故障特性及耦合机理。在此基础上,将故障线路靠近阀侧的两端分别看作二端口,分析了故障电流与二端口两侧电压的关系。其次,基于正、负极线路二端口电压变化不大的思想,将环形直流电网简化为两端网络或开式网络,得到故障线路电流的实用计算方法,不再需要求解高阶的拉氏反变换而直接得到故障电流。最后,通过与电磁暂态仿真结果的对比,验证了实用计算方法的可行性与高效性。     

混合直流双桥换相失败机理及抑制措施研究

随着高压直流(HVDC)输电技术的发展,混合直流输电已经成为一种趋势。分析了逆变侧交流三相故障造成混合双馈入直流中电网换相换流器高压直流(LCC-HVDC)双桥换相失败的机理,区别了造成双桥连续换相失败与双桥非连续换相失败的主要影响因素。通过对LCC-HVDC在不同交流故障程度及故障触发时刻下仿真分析,研究了这2个因素对换相失败类型的影响,并发现交流系统轻微故障下的电压波形畸变是双桥非连续换相失败现象的主要成因。通过单纯形算法对混合双馈入系统中电压源换相换流器高压直流(VSC-HVDC)控制参数进行优化,抑制了在交流系统轻微故障情况下发生的LCC-HVDC双桥非连续换相失败。