含跟网型VSC的交流系统暂态稳定解析模型及协调控制

电压源换流器(VSC)型高压直流输电系统接入,可能引起交流系统暂态稳定特性发生变化。因此,针对含跟网型VSC的交流系统开展暂态稳定解析分析。建立了故障前、故障期间和故障后系统的暂态稳定解析模型,并提出了一种基于离散积分的系统故障临界清除时间解析计算方法。基于解析模型,分析了故障期间VSC注入电流相位和幅值、故障位置对交流系统暂态稳定的影响。提出了一种增强交流系统暂态稳定性的协调控制策略,其利用广域测量系统获取临界同步机群的转子角频率,实现VSC的有功、无功电流动态调制。基于PSCAD/EMTDC搭建的多机系统电磁暂态仿真模型,验证了理论分析的正确性、所提控制策略的有效性和鲁棒性。     

一种实用的电压源型换流器及直流电网机电暂态建模方法

提出一种在大规模机电暂态仿真中建立电压源型换流器和直流电网模型的实用方法。阐述建立该模型的原则、各部分实现方法以及主要功能,并通过如下步骤实现所提方法。VSC换流器模型与机电暂态网络分别采用不同积分步长的模型接口;无源孤岛的频率控制方法;换相阻抗支路d、q轴电流解耦计算;考虑电磁特性的直流网络积分处理方法以及保证调节快速平稳的措施。给出完整的VSC换流器和直流电网解算流程。最后通过与PSCAD中搭建的MMC-HVDC电磁暂态模型对比等算例证明了所提方法的有效性。     

MMC-HVDC接入对同步发电机阻尼转矩的影响机理分析

模块化多电平换流器型柔性直流输电(MMC-HVDC)接入可能引起同步发电机之间发生低频振荡失稳。为此,研究了采用功率同步控制和电流矢量控制的MMC-HVDC对同步发电机阻尼转矩的影响机理。首先,建立考虑模块化多电平换流器(MMC)影响的同步发电机改进Heffron-Philips动力学模型。随后,采用复转矩分析法,研究MMC通过网络动态耦合导致发电机出现负阻尼转矩的机理。进而,采用参数灵敏度分析,讨论和对比了两种典型控制策略下,导致同步发电机发生振荡失稳的MMC关键控制环节。最后,对采用功率同步控制的MMC提出了一种辅助控制策略,能够消除由其接入引起的同步发电机负阻尼转矩。基于PSCAD/EMTDC下搭建的多机系统电磁暂态仿真模型,验证了所提辅助控制策略的有效性和鲁棒性。     

含构网型MMC的受端电网暂态稳定解析分析方法

针对新型电力系统中,构网型非同步机电源和同步机电源之间可能发生的暂态失稳现象,提出了适用于含构网型模块化多电平换流器（MMC）的受端电网暂态稳定解析分析方法。在故障期间和故障清除后系统中分别采用电流源和电压源对构网型MMC进行建模,并据此模型提出了临界切除角和临界切除时间的解析计算方法。基于所提解析分析方法,研究了MMC故障期间注入电流幅值和相角、故障位置、同步机和MMC对负荷的供电占比等关键因素对系统暂态稳定的影响机理。基于PSCAD/EMTDC搭建的电磁暂态仿真模型验证了所提解析分析方法的有效性、准确性和鲁棒性。     

MMC-HVDC系统换流器桥臂短路故障暂态特性分析

桥臂短路故障是模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统中的严重故障。在换流器不闭锁和闭锁这2种情况下对桥臂短路故障的暂态特性进行分析:针对换流器不闭锁的情况,对两端换流器的桥臂电气量暂态特性进行较为全面的阐述,重点分析了桥臂短路电流的组成;针对换流器的闭锁情况,建立了桥臂短路电流通路的电路模型,推导了桥臂短路电流的解析表达式,分析了系统交直流侧电压电流的动态变化过程并给出了桥臂短路故障的保护配置方案。基于PSCAD/EMTDC搭建双端MMC-HVDC仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性和保护配置的有效性。对桥臂短路故障暂态特性进行分析可为MMCHVDC系统换流器保护区的保护配置方案提供参考。     

电网侧换流器无功功率控制改善双馈风电机组稳定性的研究

研究了改善双馈风电机组（DFIG）的并网风电场暂态稳定性的措施。目前现存的大部分双馈型变速风电机组并不具备故障穿越能力。在DIgSILENT/PowerFactory14.0中建立了具有暂态无功调节能力的变速风电机组电网侧换流器控制模型以及故障后桨距角控制模型,通过对并网风电场仿真分析验证了模型的有效性。仿真结果表明：当风电场电网侧发生短路故障情况下,双馈风电机组电网侧换流器能够产生一定的无功功率支持电网电压;桨距角控制能够降低风电机组的机械转矩,防止机组超速以及电压失稳。双馈风电机组的故障穿越能力得以实现。     

虚拟同步直驱风电场经MMC-HVDC并网的低频振荡特性分析

虚拟同步直驱风电场经功率同步环与模块化多电平换流器柔性直流(MMC-HVDC)输电互联,将存在低频振荡风险。考虑MMC-HVDC和直驱风机网侧换流器以及转子侧换流器内部的动态过程,首先建立虚拟同步直驱风电场经MMC-HVDC并网的小信号模型,并通过精细化电磁暂态仿真验证其准确性。随后,利用根轨迹方法,分析风电功率波动和交流系统强度变化对互联系统稳定性的影响,设计功率变化时虚拟同步直驱风电场的参数整定方法。结果表明,由于功率外环和MMC-HVDC送端整流站电压环作用,在风电场输出功率增大和交流系统强度降低的过程中,互联系统存在低频振荡现象。通过合理调整锁相环、虚拟同步机(VSG)有功环和MMC-HVDC送端整流站电压环的控制器参数、改变VSG阻尼项形式,可以抑制振荡并实现稳定运行。     

适用于交流保护整定的MMC-HVDC接入母线故障等效模型

模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电系统接入电网后将对交流系统短路电流产生影响,但目前交流保护整定计算通常忽略MMC-HVDC接入母线故障时模块化多电平换流器对短路电流的贡献。文中以交流保护整定计算为出发点,提出了MMC-HVDC系统简化分析原则。在分析MMC-HVDC系统控制特性的基础上,建立了适用于交流保护整定计算的MMC-HVDC等效模型,提出MMC-HVDC接入母线故障时可以将直流侧等效为一个正序电流源。研究了MMC-HVDC接入母线故障时不同故障点残压下MMC-HVDC直流侧响应特性,确定了等效电流源的幅值和相位,并进行了仿真验证。最后,提出了MMC-HVDC对交流保护整定计算影响的定量评估指标及其计算方法。     

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。     

电网阻抗比对跟网变换器同步稳定性的影响机理EI北大核心CSCD

随着基于电力电子变换器的电力装备在电力系统中渗透率的不断提高,并网变换器对系统的动态特性和稳定性的影响不断增强。电网阻抗同时影响跟网变换器的电流暂态和锁相环暂态,对跟网变换器的同步暂态响应以及变换器并网系统的同步稳定性有着复杂的影响。文章在考虑锁相环暂态和电流暂态的同时,研究电网阻抗比对跟网变换器同步稳定性的影响机理。首先建立考虑电网电阻和电流暂态的跟网变换器并网系统四阶同步稳定模型,接着提出故障瞬间锁相环频率偏差和电流变化量估计方法,分析电网阻抗比对频率暂态和电流暂态的影响规律。最后,通过Matlab/Simulink仿真,验证理论分析的正确性。     

构网型换流器控制技术研究

构网型控制换流器可以通过控制技术为电网提供惯量支撑，稳定电压与频率，提高电力系统稳定性。基于构网型换流器控制的基本原理，对比构网型控制策略与传统跟网型控制策略的区别，分析构网型换流器的主要控制技术，提出未来构网型换流器控制需要解决的关键技术及研究方向。     

连接风电系统的柔性直流电网MMC在线投入分析与验证

针对大规模海上风电的送出,组成柔性直流电网,能够极大地提高系统的可靠性,有效避免大规模停机,弃风问题。基于模块化多电平换流器的柔性直流输电（MMC-HVDC）系统组成柔性直流电网后,处于有源运行的换流器的投退不影响柔直电网的稳定运行,进而保证了海上风电的可靠送出。在线投入过程中,换流器和直流电网之间会产生一定的冲击电流,冲击电流的大小和投入策略有较大关系。提出了改进型换流器机电暂态模型,分析了换流器投入冲击电流的影响因素,研究和比较了转控制模式同步并入策略和先并入后转控制模式策略这2种换流器在线投入策略。最后,采用RTDS建立了±500 kV双极四端柔性直流输电系统模型,对2种投入策略进行了仿真和对比,结果表明,策略1具有控制简单可靠、受极母线开关特性影响小、冲击较小等特点,适用于海上风电经柔直电网送出工程应用。     

电网故障时模块化多电平换流器型高压直流输电系统的分析与控制

电网故障条件下模块化多电平换流器型高压直流输电系统的控制策略是目前亟需进行的一个研究课题。为此,基于Kirchhoff定律,给出了描述模块化多电平换流器(MMC)交流侧和直流侧动态特性的通用动态数学模型。该模型不仅适用于交流电网对称状态,而且适用于交流电网不对称故障状态,并考虑了换流变压器漏感的影响。根据对称分量法将换流器的通用动态数学模型分解为包含正序和负序分量的2个子系统,引入了换流器的正序和负序电流矢量解耦控制器以及外环功率控制器,可以实现在交流电网正常以及故障状态下对模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电系统的有效控制。设计了电网故障期间MMC输送功率的动态限幅控制,可以根据故障的种类和程度调节输送功率的限幅值,防止开关器件过载。指出了总直流电流在3个相单元之间的分配在交流系统对称状态下是基本均匀的,而在交流系统不对称故障状态下是不均匀的。仿真结果验证了所设计的电网故障时MMC-HVDC控制器的有效性和正确性。     

定电压与预测型定关断角控制对HVDC小干扰稳定性的影响

定电压控制和预测型定关断角控制是高压直流（HVDC）逆变站常规的控制方法,合理整定控制器参数可提高交直流系统的小干扰稳定性。文中首先基于开关函数法建立了基于电网换相换流器的高压直流（LCC-HVDC）系统的小干扰动态模型,将其动态响应与电磁暂态模型的动态响应进行对比,验证了小干扰动态模型的正确性。接着,采用特征值及其灵敏度方法分析了LCC-HVDC系统的振荡模式和阻尼特性,对比分析了逆变侧采用定电压控制和预测型定关断角控制时,换流站控制器参数以及交流系统短路比对系统稳定性影响的异同。最后,整定了能维持系统稳定运行的控制器参数稳定域,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了稳定域的正确性。     

无交流电容的构网型换流器电压电流比例控制及故障限流

通过引入电压电流比例关系,构建了适用于高压构网型换流器的无电容矢量电压控制,可与传统内环电流控制组成构网型换流器级联控制架构,保留正序电流限幅和负序电流抑制能力,防止换流器在电网故障时发生过流闭锁和损坏。与传统外环电压控制不同,该电压电流比例控制不依赖于交流侧并联容性滤波器的电气关系构建,适用于无交流电容的高压构网型换流器的外环电压控制。通过选取特定的交流电压频率指令值,构网型换流器可实现恒电压运行或虚拟同步机运行。时域仿真结果表明,所提高压构网型换流器控制在电网故障时可自动实现换流器的负序电流抑制和故障穿越功能,避免换流器过流闭锁及损坏,并在故障清除后恢复正常运行。     

基于暂态能量流的模块化多电平高压直流电网接地优化配置

对于采用架空线的基于模块化多电平换流器的高压直流(MMC-HVDC)电网,直流侧接地短路故障发生率高,严重危害电网安全.在各类影响因素中,接地方式对故障电流演化影响明显.该文从系统的宏观能量转移与耗散的角度提出了基于暂态能量流(TEF)分析的接地参数优化方法,对接地电阻、电抗参数及接地点位置等因素对MMC-HVDC电网...     

MMC-HVDC对交流线路电流相位差动保护的影响分析

基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)具有高度的可控性,其故障电流特性与传统的同步电源差别较大,可能影响电流相位差动保护的动作性能。推导了故障线路换流站侧和电网侧电流相量的表达式,对故障电流特性进行了深入分析;在此基础上,推导得了到单相接地故障和相间短路故障条件下故障线路两侧电流相角差的解析表达式;分析了故障类型、电压不平衡度、功率参考值等因素对故障线路电流相角差的影响,进而指出MMC-HVDC对电流相位差动保护动作性能的影响机理。在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

新能源发电经换流器并网系统的稳定性分析与控制综述

高比例经换流器连接的新能源发电深刻改变了电力系统的动态行为，受扰后振荡失稳风险的增加，严重威胁系统的安全稳定运行。针对换流器并网系统稳定性分析与相关控制领域进行综述。阐述了跟网型（grid-following，GFL）、构网型（grid-forming，GFM）换流器的基本原理及其适用于稳定性分析的自治系统与切换系统模型。归纳了现有小干扰与大干扰稳定性分析方法的核心思想和优劣势。从小干扰与大干扰角度梳理了现有换流器并网系统镇定控制及其适用场景。总结了换流器并网系统稳定性分析与控制中亟待解决的重点问题，展望了换流器并网系统稳定与控制的未来研究方向，为新能源并网系统的运行控制提供借鉴。     

大规模双馈型风电场并网的系统暂态稳定仿真

探讨了大规模双馈型风电场并网后对电力系统暂态稳定性的影响。在双馈型风力发电机组动态建模中,考虑了两质量块轴系模型,并采用一种综合考虑发电机组及换流器联合动态行为的简化模型。在换流器建模方面,网络侧换流器直流母线电压假定恒定不变,转子侧换流器实现有功和无功功率的解耦控制。通过仿真分析,研究比较了电网中同一点接入双馈型风电场和同步发电机组的系统暂态稳定特性,同时考虑了同步发电机组各种动态模型及负荷模型对系统稳定性的影响。最后得出一些初步有意义的结论。     

基于局部电压稳定指标的裕度灵敏度分析及应用

介绍了模块化多电平换流器型高压直流输电（MMC-HVDC）的基本结构、工作原理和技术特点,比较了MMC-HVDC相对于电压源换流器型高压直流输电（VSC-HVDC）的优势;对MMC-HVDC目前在国内外的研究进展和工程应用情况进行了回顾,分析了MMC-HVDC技术的不足之处和未来发展中可能的重点方向,包括主电路拓扑的相关问题研究、系统设计、故障保护、接地、谐波和损耗等,指出目前研究所采用的MMC-HVDC分析模型精度较低;因自身拓扑限制,目前成熟的VSC-HVDC控制方法无法直接用于MMC-HVDC;MMC-HVDC拥有较强的故障保护能力,当前研究着重于故障仿真分析,亟待探讨适合工程应用的保护策略;由于直流侧无需安装高压电容器组,MMC-HVDC接地实现困难;由于MMC-HVDC子模块数较多,采用较低的开关频率可得到较好的输出电压波形,使得系统损耗大幅降低;最后探讨了适合我国国情的MMC-HVDC工程实践。