混合双馈入直流输电系统的交互作用机理研究(一):等值单馈入直流输电模型

为了研究混合双馈入直流输电系统中电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)子系统和电压源换流器型高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)子系统的交互作用机理,通过将LCC-HVDC(或VSC-HVDC)子系统进行等值,提出并建立混合双馈入直流输电系统的等值单馈入VSC-HVDC(或LCC-HVDC)模型。在此基础之上,建立了等值单馈入直流系统的对应等效单输入–单输出控制回路,并与PSCAD/EMTDC详细电磁暂态仿真模型对比,验证所建立模型的准确性。所建立的等值单馈入模型可以用于定量评估混合双馈入直流输电系统的交互作用机理。     

混合双馈入直流系统中LCC-HVDC对VSC-HVDC稳态运行区域的影响

混合双馈入直流输电系统中电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage directcurrent,LCC-HVDC)子系统对电压源换流器高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)子系统运行特性的影响机理有待深入研究。首先建立了基于不同LCC-HVDC子系统控制模式的混合双馈入直流输电系统数学模型,并分析归纳了VSC-HVDC子系统的安全稳定运行约束条件和判据,提出了一种确定混合双馈入直流系统中VSC-HVDC子系统稳态运行区域的计算方法。在此基础上对比分析了VSC-HVDC子系统稳态运行区域与LCC-HVDC子系统控制模式、交流系统短路比、LCC-HVDC与VSC-HVDC容量配比之间的关系。最后,基于PSCAD/EMTDC软件搭建了混合双馈入直流系统仿真模型,仿真验证了VSC-HVDC子系统稳态运行区域计算方法的有效性。     

混合多馈入直流输电系统相互作用关系的定量评估方法

视在短路比增加量(apparent increase in short circuit ratio,AISCR)是一种定量评估混合多馈入系统中电压源换流器型高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)对电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)运行特性影响关系的指标,该文基于AISCR指标,定量评估混合双馈入系统中当VSC-HVDC潮流方向不同时对LCC-HVDC运行特性的影响,在此基础上基于PSCAD/EMTDC对比分析VSC分别作为整流运行和逆变运行时LCC-HVDC的暂态过电压、换相失败抵御能力、故障恢复等暂态运行特性。研究当VSC-HVDC与LCC-HVDC之间存在电气距离的情况下AISCR随着电气距离的变化趋势;最后将交流系统与VSC-HVDC对LCC-HVDC视在短路比增加量的耦合作用进行了解耦,得到了不考虑VSC-HVDC所联结的交流子系统的影响,仅考虑VSC-HVDC单独作用时AISCR的变化规律,该结论可以为混合多馈入直流输电系统中VSC-HVDC容量及馈入落点的选取提供理论指导。     

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。     

混合双馈入直流输电系统中LCC-HVDC对VSC-HVDC系统强度的影响

为了准确评估混合多馈入直流系统中电压源换流器型高压直流(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)的受端系统强度,对VSC-HVDC的有效短路比进行研究。第一,建立了含有VSC和LCC的混合双馈入直流输电系统的小信号模型,基于该模型提出了LCC的运行阻抗的基本概念和计算方法;第二,结合LCC的运行阻抗,提出了混合多馈入直流输电系统中VSCHVDC有效短路比的计算方法,并分析了计及LCC-HVDC影响时VSC-HVDC的功率运行极限;第三,利用建立的小信号模型,研究了VSC控制器参数对其功率运行极限的影响。通过基于PSCAD/EMTDC的仿真分析,验证了相关结论的正确性。     

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。     

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。     

混合多馈入直流系统换相失败免疫水平快速评估方法

针对目前混合多馈入直流输电系统(hybrid multiinfeed high voltage direct current,HMIDC)换相失败研究中采用仿真手段而导致计算量大的情况,提出了一种其换相失败免疫水平的快速评估方法。首先针对单馈入电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)系统,提出了计及直流系统一、二次参数影响的基于电压稳定因子(voltage stability indicator,VSI)的换相失败免疫水平快速评估方法,基于CIGRE Benchmark标准直流系统搭建了LCC-HVDC测试算例,仿真分析了所提方法的准确性和快速性;建立了HMIDC系统在LCC-HVDC换流母线处的双母线戴维南等值单馈入分析模型,然后定义了在对应LCC-HVDC换流母线处的等值单馈入电压稳定因子(equivalent voltage stability indicator,EVSI)。在分析换流器功率–电压特性和相角–电压特性的基础上,研究了EVSI的求取方法;最后提出了基于EVSI的HMIDC换相失败免疫水平快速评估方法,基于混合双馈入直流输电系统模型的仿真结果验证了所提方法的有效性。     

提升直流输电系统换相失败抵御能力的关键新技术

基于电网换相换流器的高压直流( line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)输电由于输送容量大、损耗低、经济性好等优势被广泛应用于远距离输电与区域电网异步互联,是实现我国"西电东送"能源发展战略的重要技术手段.LCC-HVDC...     

混合双馈入直流输电系统的高频振荡特征及机理研究

在混合双馈入直流输电系统中,由于电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)的存在,系统在不同的联络线长度下呈现出不同的高频振荡特征。为研究混合双馈入直流输电系统的高频振荡特征及机理,首先建立系统的状态空间模型,基于此研究系统的高频振荡特征,结果表明,由于LCC子系统的存在,在不同的联络线长度下混合双馈入直流输电系统呈现出不同的高频振荡特征。然后,建立混合双馈入直流系统的高频阻抗模型,研究LCC子系统、联络线长度、模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)控制链路延时、交流线路长度等对系统高频阻抗的影响。结果表明,对于无电气距离的混合双馈入系统,LCC滤波器的存在使其无高频振荡风险;对于有电气距离的混合双馈入系统,当LCC和MMC子系统之间的电气距离较近时,LCC交流滤波器对系统高频振荡的抑制效果随着联络线长度的增大而减弱。最后,提出混合双馈入系统无高频振荡风险的联络线临界长度确定方法,并通过理论分析和电磁暂态仿真进行有...     

基于模块化思想的LCC-HVDC改进小信号建模及交互稳定性分析

随着电网换相型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current, LCC-HVDC)技术的广泛应用,交直流混联电力系统的交互稳定性问题日益突出。首先基于状态空间平均法建立了考虑非线性换相重叠动态过程的LCC换流器传递函数模型。为适应愈加复杂的直流输电系统建模,提出利用模块化思想分别建立LCC-HVDC各子系统小信号模型,并推导了能反映交直流系统和换流器之间电气耦合特性的接口矩阵实现子系统连接,从而模块化建立精确且易于扩展的计及控制链路延时和锁相环输出相位波动的双端LCC-HVDC系统改进小信号模型。最后分析了控制系统参数和控制链路延时对系统小干扰稳定性的影响以及失稳模态的主导因素,揭示了双端LCC-HVDC系统交直流混合谐振机理及送受端交互影响具体过程。研究结果可以为系统参数设计、谐振抑制措施提供理论基础。     

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。     

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。     

一种用于LCC-HVDC系统小干扰稳定性分析的改进动态相量模型

随着基于线路换相换流器的高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)技术的广泛应用,交流和直流、送端和受端之间的耦合日益紧密,交直流混联电网的稳定性问题日益突出.基于线性化模型的小干扰稳定性分析是研究交直流混联电...     

考虑无功补偿容量优化的多馈入直流落点选择方法

多馈入高压直流输电系统(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)的新增直流落点选择问题需要考虑多回直流间的交互作用影响。为兼顾电网稳定性与经济性,本文建立包括多馈入短路比(multi infeed short circuit ratio,MISCR)、直流换相失败风险以及系统抵御N-1故障所需的动态无功补偿容量的指标体系。在此基础上,采用归一化处理和线性加权法实现落点方案的比选。最后,结合乌东德直流工程,将本文提出的直流落点优选方案应用于实际算例。     

含STATCOM的LCC-HVDC系统的动态模型及小信号稳定性研究

该文建立含静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)的电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)系统的小信号模型,通过与详细电磁暂态模型的对比,对其准确性进行验证。基于该模型,研究锁相环(phase-locked loop,PLL)、LCC-HVDC与STATCOM控制系统参数对整个系统的小信号稳定性与动态性能的影响,并得到不同控制系统参数的可行域。最后分析锁相环(phaselocked loop,PLL)、LCC-HVDC与STATCOM控制系统之间的相互耦合作用,结果表明该耦合作用使得不同控制系统的参数可行域相互约束,为系统设计和参数选择提供有价值的参考。     

弱交流系统下STATCOM对LCC-HVDC小干扰稳定裕度的影响研究

当电网换相换流器高压直流输电(linecommutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)逆变侧交流母线处含有静止同步补偿器(staticsynchronous compensator,STATCOM)时,LCC-HVDC与STATCOM均需要各自的锁相环(phase-locked-loop,PLL)为其控制系统提供基准。该文考虑LCC与STATCOM锁相环各自动态建立含STATCOM的LCC-HVDC系统的小干扰模型,采用经典特征根分析方法,通过对比LCC-HVDC系统与含STATCOM的LCC-HVDC系统二者之间的锁相环与控制系统参数可行域的差异,研究STATCOM对LCC-HVDC小干扰稳定裕度的影响。最后,通过理论计算,对比有无STATCOM投入时LCC-HVDC系统在不同SCR与不同PLL参数下的最大传输有功功率(maximumavailablepower,MAP)及临界短路比(critical short circuit ratio,CSCR)的变化规律。研究结果表明,当LCC-HVDC连接较弱系统时,控制系统之间的耦合作用对LCC锁相环的稳定可行域产生负面影响,可能引发由于LCC锁相环增益过大而导致的整个混合系统的小干扰失稳现象。     

基于开关函数的LCC-HVDC输电系统谐波计算方法

电网中电力电子设备的增加所产生的谐波及其危害逐渐显现,并得到越来越多的重视,而换流器作为直流输电系统主要的谐波源,进一步对其进行谐波分析显得尤为重要.本文以电网换相换流器型直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)系统为研究对...     

LCC-VSC直流互联变压器

多端直流输电和直流电网技术是解决新能源并网的有效技术手段之一,直流变压器是连接不同类型和不同电压等级直流输电系统、构建直流电网的关键设备。该文提出一种适用于连接基于电网换相换流器(line commutated converter,LCC)的高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)系统和基于电压源换流器(voltage source converter,VSC)的高压直流输电系统的直流互联变压器。当LCC-HVDC工作在常态潮流工况下,提出的直流互联变压器与已有的文献相比,交流环流小,效率高。当LCC-HVDC工作在反转潮流工况下,直流互联变压器能够跟踪改变LCC侧电压极性。详细分析直流互联变压器在不同工况下的工作原理、调制方式和控制策略,并搭建基于Matlab/Simulink的仿真模型,验证理论分析的正确性。     

考虑VSC-HVDC作用的LCC-HVDC系统短路比实用计算

准确量化LCC-HVDC（电网换相换流器型高压直流输电）及VSC-HVDC（电压源换流器型高压直流输电）多馈入系统的传输极限和电网强度是保障新型电力系统稳定运行的关键之一。通过改进传统LCCHVDC交直流系统的电网强度量化方法，提出了量化混合直流馈入系统电网强度的短路比指标，以此分析交直流系统的传输极限。首先，根据潮流方程建立混合直流馈入系统的准稳态模型；其次，通过分析雅克比矩阵奇异性与直流馈入系统功率传输极限的关系，得到用于评估混合直流馈入系统中LCC-HVDC传输极限的短路比指标，并分析指标临界值与VSC-HVDC运行方式的灵敏度关系；最后，通过PSCAD/EMTDC及MATLAB平台验证了短路比指标的有效性。分析结果表明：VSC-HVDC在受端定电压控制方式下具有更好的电压支撑能力，同时VSC-HVDC的运行方式对LCC-HVDC传输极限的影响较小，可通过所提指标进行定量分析。