基于模块化多电平换流器的高压直流电网机电暂态仿真模型

提出了基于模块化多电平换流器的高压直流电网机电暂态仿真模型。阐述了模块化多电平换流器交流侧等效模型及其控制系统模型,介绍了基于能量等效原则的换流器直流侧等效电容的计算方法。建立了基于隐式梯形积分的直流网络计算模型,能够处理含有中间连接点的任意结构的直流网络。提出了包括直流侧故障在内的4种形式的故障处理方法。在四端直流电网系统中,通过与电磁暂态模型的对比,验证了所提模型及故障处理方法的仿真准确性。     

两电平VSC与MMC通用型平均值仿真模型

提出了两电平电压源型换流器(VSC)与模块化多电平换流器(MMC)的通用型平均值仿真模型。首先总结了两电平VSC与MMC的工作原理,进而理论推导了两者的平均值模型,通过分析两电平VSC与MMC在直流故障下的响应,提出了一种能仿真两电平VSC和MMC直流故障响应的通用建模方法。随后在PSCAD/EMTDC下搭建了一个两电平VSC与21电平MMC的详细电磁暂态仿真模型与平均值模型,对比验证了详细模型与平均值模型在稳态运行、直流故障以及交流故障下的响应。结果表明,所提出的平均值模型能在稳态运行、直流故障以及交流故障下得到与详细模型高度吻合的仿真结果。所提出的平均值模型能极大地提高仿真速度,且提速效果随电平数以及系统规模的增大而愈加明显。所提出的建模方法适用于研究含多个VSC和MMC的较大规模电力系统电磁暂态特性。     

柔性直流电网的快速电磁暂态仿真

柔性直流电网含多个模块化多电平换流器与直流断路器,需要快速准确的换流器与直流断路器仿真模型。为提高模块化多电平换流器的仿真速度,利用电容能量均分的思想简化子模块均压策略,并准确保留桥臂闭锁与不闭锁时的外特性,提出了一种能量均分模型。针对级联全桥型直流断路器,给出一种断路器支路子模块串等值电路简化方法,提出了一种快速仿真模型。在PSCAD/EMTDC中搭建模型并进行了电磁暂态仿真,验证了所提出模型的准确性与快速性。     

FBMMC直流故障穿越机理及故障清除策略

针对模块化多电平换流器型直流输电(MMC-HVDC)直流故障的快速清除,对全桥型模块化多电平换流器(FBMMC)直流故障机理及故障清除控制策略进行了研究。研究了全桥子模块的导通模式与运行特性;分析了闭锁前后直流侧双极短路故障机理、故障电流阻断原理和故障清除控制策略。在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型,对全桥子模块的运行特性、直流故障机理、故障清除及快速恢复策略进行了仿真分析,结果验证了所提策略在直流故障穿越方面的有效性。     

一种适用于架空线柔性直流输电的增强型四电平子模块拓扑

架空线柔性直流输电技术在高压直流断路器尚未达到大规模商业化应用阶段,采用具有直流故障自清除能力的换流器拓扑具有重要的工程意义。基于改进型子模块的模块化多电平直流输电技术,提出了一种具有直流故障自清除能力的增强型四电平子模块(enhanced four level sub-module,EFLSM),可以独立控制每个电容的投切状态,任意输出3电平到0电平之间的4种电平,与现有的全桥子模块以及箝位双子模块相比,子模块在保证直流故障自清除能力的基础上,每个电容所平摊的半导体器件数有所下降,换流器损耗已接近传统的半桥子模块型模块化多电平换流器的水平。最后,应用电力系统计算机辅助设计和电磁暂态模拟程序软件(power system computer aided design and electric magnetic transient in DC system,PSCAD/EMTDC)搭建时域仿真模型进行仿真计算,验证所提拓扑的有效性。     

PLL-GFC型MMC-HVDC暂态同步稳定性研究

PLL-GFC（基于锁相环的构网型换流器）具备频率与电压调节能力，然而目前对其接入高压交流电网后的暂态同步稳定性缺乏深入了解。为此，对PLL-GFC型MMC-HVDC（模块化多电平换流器型高压直流输电）暂态同步稳定机理展开研究。首先，介绍PLL-GFC型MMC-HVDC控制策略并分析其功率响应特性。然后，建立MMC-HVDC并网系统暂态同步稳定模型，采用相图曲线方法分析电网故障后换流器失稳机理以及电网电流动态变化对其暂态同步稳定性的影响。研究发现稳定平衡点的存在是换流器并网系统故障后暂态稳定的关键因素，由此提出通过动态调节有功电流指令值来提升暂态同步稳定性的增强措施。最后，通过PSCAD/EMTDC搭建电磁暂态仿真模型，验证了失稳机理分析的正确性与增强措施的有效性。     

模块化多电平换流器的简化模型研究

模块化多电平换流器是适用于高压直流输电的新型多电平换流器拓扑。在仿真试验中发现,随着模块化多电平换流器(MMC)级联模块数的增加,换流器中含有的电力电子器件也大幅增加,显著增加了电磁暂态仿真的计算量,提高了对计算机的硬件需求。通过分析MMC的均压控制过程,提出了一种基于数学方程的简化模型,仿真结果验证了该简化模型能够有效地减少仿真计算量,并拥有与详细模型近乎一致的动态和稳态响应,为研究级联模块数较多的MMC系统提供了一种有效的仿真试验方法。     

基于改进MOPSO的MMC控制参数多机联合优化

在模块化多电平换流器中,控制系统性能对控制器参数依赖性很强。选择合适的控制参数需要大量的调试,严重影响了系统控制器的设计效率。首先分析了模块化多电平换流器控制策略,对控制系统进行了模块化划分。为了适应模块化多电平换流器控制参数优化,加入状态评估来动态适应运动参数,以改进多目标粒子群算法。将优化算法与电磁暂态仿真程序结合,利用电磁暂态仿真软件计算适应值。实现了Matlab优化程序调用PSCAD,仿真结果验证了该方法在模块化多电平换流器控制参数优化中的有效性。     

MMC-MTDC系统的电磁-机电暂态建模与实时仿真分析

提出了基于希尔伯特变换的移频建模方法,并建立了基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电(MMC-MTDC)系统的电磁-机电暂态移频相量模型,进一步地在实时仿真器上实现了电磁-机电暂态分区并行计算。相较于传统电磁-机电暂态联合仿真方法,该建模方法与仿真平台的电磁-机电暂态仿真适用性强,接口简单实用。分别建立了模块化多电平换流器单端系统、±200 kV五端柔性直流输电系统接入IEEE 39节点交流系统的移频相量模型,并且完成了电磁-机电暂态分区并行实时仿真测试。通过对多种暂态现象的模拟及其与电磁暂态模型结果的对比,验证了所提电磁-机电暂态移频相量建模与实时仿真的准确性、有效性和灵活性。     

适用于对称故障仿真的特高压柔性直流换流站动态相量建模

随着多项特高压柔性直流工程投运,建立高效而准确的模型用以研究特高压柔性直流换流站运行特性很有必要。为此提出了基于模块化多电平换流器的特高压柔性直流换流站的动态相量解析模型,该模型能准确描述稳态及发生对称故障时特高压柔性直流换流站的动态特性。首先通过研究高低端换流器交直流侧的相互作用关系,重新建立了多换流器与交直流系统的接口模型。然后结合考虑内部谐波特性的换流器模型,建立了特高压柔性直流换流站的动态相量解析模型。通过对已建立动态相量模型中交流侧状态空间方程的修正,进一步扩展了其在交流系统发生对称故障下的适用性。最后基于PSCAD/EMTDC中的电磁暂态仿真模型,验证了所建模型在稳态和故障下的正确性和高效性。     

基于改进时域法的多端MMC-HVDC故障电流计算

为解决基于模块化多电平换流器 (modular multilevel converter,MMC) 的柔性直流输电 (high voltage direct current,HVDC) 故障电流解析计算精度不足的问题,提出一种计及远端站影响的多端MMC-HVDC故障电流改进时域求解法。首先,在分析故障后子模块电容放电路径的基础上,推导换流站等效电容值等系统参数,建立MMC-HVDC系统故障后网络等效模型。其次,将直流电网各换流站解耦,以故障后各支路电流近似解为初值,逐次修正计及远端站影响的多端MMC-HVDC线路等效电阻及等效电感,得到多端MMC-HVDC系统中各支路的故障电流值。最后,基于RT-LAB仿真平台搭建四端柔性直流电网模型,对故障电流计算值与详细电磁暂态仿真结果进行对比。结果表明,所提故障电流求解方法能够准确、有效地计算出多端MMC-HVDC短路故障后各支路电流值,最大误差小于5%。     

STATCOM改善风电场暂态电压稳定性的研究

提出了恒速异步风电机组和静止同步补偿器的数学模型,使用Matlab中的动态仿真工具Simulink建立了静止同步补偿器的控制模型,以包含风电场的单机无穷大电力系统为例进行了仿真计算,验证了静止同步补偿器对风电场暂态电压稳定性的贡献。研究结果表明：风电场发生三相短路的大扰动故障时,静止同步补偿器能够有效帮助恒速异步风电机组在故障后恢复机端电压,从而改善风电场的暂态电压稳定性,确保风电机组连续运行。     

永磁同步发电机电磁暂态等效建模方法及稳定性分析

嵌套同时快速求解(nested fast and simultaneous solution, NFSS)算法通过消去电路节点可以显著提高仿真速度。然而,商业仿真软件提供的永磁同步发电机(permanent magnet synchronous generator, PMSG)模型无法获取等效电路,限制了该算法在海上风电中的应用。针对上述问题,提出了PMSG电磁暂态(electro-magnetic transient, EMT)等效建模方法,并分析了建模方法的稳定性。首先,将PMSG数学模型离散化,得到用三相受控电流源表示的等效电路及接口方法,给出PMSG的控制模式和等效模型求解流程。并结合实际PMSG参数取值,分析了等效建模方法的稳定性。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了PMSG详细模型和等效模型进行仿真精度对比及稳定性验证,结果表明,所提模型及稳定性分析具有较好的正确性,为NFSS算法在海上风电中的应用提供了模型基础,也为发电机参数的选取提供了约束条件。     

基于WAMS的电力系统受扰轨迹预测

基于相量测量单元（PMU）上传的实时功角数据,应用曲线拟合理论,提出了一种电力系统事故后功角轨迹快速预测的新方法。该方法从一个简单电力系统调速控制模型出发,推导出了功角与时间关系的数学模型,即功角随时间呈正弦衰减变化。由此提出了利用三角函数曲线拟合技术,对功角受扰轨迹进行预测。对IEEE 9节点系统与华北电网进行了仿真计算,结果验证了该方法的有效性。此外,与多项式曲线拟合法的对比分析表明,该方法优于传统的多项式曲线拟合法,具有更好的预测效果。     

长距离输电线路中间带并联电抗器的双端非同步故障定位算法

针对线路中间带并联电抗器的长距离输电线路提出了基于双端工频量的非同步故障定位算法。对于等值阻抗固定的并联电抗器,采用故障前的双端相量估计并联电抗器的实际等值阻抗,从而基于故障后正序网络得到故障点位置。对于可控并联电抗器或故障前数据无法获取的情况,还提出了一种与并联电抗器模型无关的故障定位算法,根据不同故障类型的故障边界条件,利用故障点电压电流相位特性构造定位函数,分析表明该函数在相应定位区间具有单调变化特性,因而各定位区间不存在伪根,求解快速。所提算法均基于分布参数模型,双端数据不同步角采用故障前或故障后测量相量进行补偿。基于PSCAD/EMTDC和MATLAB的仿真结果表明,所提方法计算简单、精度高,对不同步角、故障类型、过渡电阻、故障位置均有较好的适用性。     

基于SoC系统的模块化多电平换流器全电磁暂态实时仿真

随着基于模块化多电平换流器(MMC)拓扑的柔性直流工程技术广泛使用,相应的电磁暂态(EMT)实时仿真技术变得尤为关键.为了实现基于MMC的柔性直流输电系统的实时仿真,提出一种适用于现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate arrays,FPGA)的MMC实时片上系统(SoC)仿真模型及其计算...     

多区域单机等效法分析和控制故障后区间振荡

针对故障后系统的区间振荡,提出改进的单机等效法分析不同区域间的相互作用,并制定相应的控制措施。根据故障后各发电机功角的振荡轨迹,将系统划分为若干个主导振荡区域和非主导振荡区域,并将多区域系统进一步等效为单机无穷大母线(one machine infinite bus,OMIB)系统。定义并计算不同区域间的相对动能及OMIB系统动能,用于分析不同区域间的非线性相互作用。采用傅里叶频谱分析和Prony分析辨识OMIB系统参数,得到故障后系统的主导振荡模式及相应的阻尼比。基于上述分析,提出调整故障前各区域发电机出力的方法以减少区间的相对动能,抑制互联区域振荡。算法用于分析和控制IEEE5区域16机标准测试系统的故障后区间振荡。仿真结果表明,算法不但能准确辨识故障后的主导振荡模式,且能分析多种区间模式的非线性相互作用;控制措施显著地提升了系统阻尼,抑制了故障后系统的区间低频振荡。     

改进伴随系统法求解电力系统主导不稳定平衡点

伴随系统法是用于电力系统暂态稳定分析的一种新方法。根据该方法,故障后电力系统的主导不稳定平衡点可以通过求解相关伴随梯度系统的渐近稳定平衡点得到。文中对上述方法做了进一步改进。对于故障清除后的电力系统所对应的非线性自治系统模型,可以构造一族与之相关的梯度系统,这些梯度系统共享一个势能函数和相同的平衡点。通过在状态空间中不同的点处选择势能下降快的系统进行积分,并考虑到误差控制,可以更快地找到稳定边界上的主导不稳定平衡点。IEEE 10机39节点系统的仿真结果证实改进方法有较明显的效果。     

基于PMU和混合支持向量机网络的电力系统暂态稳定性分析

提出了一种基于粗糙集理论的混合网络模型,结合简单的计算将同步相量测量单元(PMU)获得的故障后短时间窗内各发电机的功角信息作为输入,首先利用粗糙集和自组织特征映射(SOFM)网络分别对原始输入进行特征提取和预分类,然后对那些不能直接利用SOFM网络进行稳定性判断的样本采用提取后的特征量并利用支持向量机(SVM)优良的统计特性进一步寻找其各自的最优分类面,以确保对所有样本进行正确分类。结合新英格兰10机系统的计算结果从预测精度和训练时间两方面对多种SVM模型进行了比较,结果表明了利用文中所提模型进行电力系统暂态稳定性分析的有效性,该模型可以提高训练效率以及分类的准确性。     

Multi-port equivalencing of external systems for simulation ofswitching transients

A multi-port external system equivalent model to simulate switching transients is developed based on direct time domain techniques, as opposed to the currently available models based on frequency domain methods. The model comprises discrete-time filters, which are built using the external system's response at each of the M ports to a multisine excitation signal and solving a system identification problem. At each port, the filters obtained are converted into an equivalent Norton circuit consisting of M current sources (in parallel). A unique feature of the model is that it explicitly incorporates the travel time delay between the ports. The complete M-port model, having M decoupled equivalent Norton circuits, is easily integrated into the discrete-time representation of the study subsystem. The proposed model is validated by simulating the line energization and post-fault transients in a study subsystem connected at two ports to an external system