一种适用于MMC-HVDC联接弱受端交流电网的附加频率–电压阻尼控制方法

提出一种新型附加频率–电压阻尼控制(supplementary frequency-voltage damping control,SFVDC),可以有效改善联接弱受端交流系统的模块化多电平换流器直流输电(modular multilevel converter based HVDC,MMC-HVDC)的小干扰稳定性。该控制方法基于锁相环的输出角频率和引入的阻尼系数,产生交流电压的附加阻尼分量,用以抑制由于交流系统强度低而导致的系统小干扰失稳现象。首先建立了包含SFVDC在内的MMC系统的详细小干扰模型,并与PSCAD/EMTDC中的电磁暂态仿真结果进行对比,验证了模型的正确性。然后采用特征根分析法研究了阻尼系数对MMC系统小干扰稳定性的影响及其在不同短路比下的可行范围。最后,针对交流系统频率变化,研究了SFVDC控制下MMC系统的动态特性。结果表明,SFVDC控制可以有效抑制MMC联接弱系统时出现的小干扰不稳定现象,明显改善了系统的稳定性。     

风电接入VSC-HVDC系统的附加频率控制

为了使风电场系统和电网系统能相互提供惯性支撑和进行频率响应,提出了一种换流站级的附加频率控制策略。该附加控制策略在风电场侧换流站(WFVSC)的定频率控制和电网侧换流站(GSVSC)的定直流电压控制中分别引入了频率-直流电压(f-Udc)下垂特性,人为的耦合两侧交流电网系统频率的关系,在不需要通信的条件下,实现了在事故期间可以灵活相互支援的目的,从而缓解了事故端系统调频的负担。最后在仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建了风电场并网直流外送的模型,仿真结果表明所提附加频率控制策略增强了系统的惯性支撑水平和频率控制储量。     

弱交流电网条件下VSC-HVDC改进矢量控制方法

当电压源换流器型直流输电(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)联接弱交流电网输送功率接近交流电网静态稳定极限时,经典矢量控制方法无法保证换流器稳定运行。文中分析VSC联接于弱交流电网时的潮流特性,研究经典矢量控制外环在弱交流电网条件下的特性,通过基于小信号模型的极点分析研究导致换流器无法稳定运行的原因,基于VSC联接于弱交流电网时的失稳机理提出一种改进矢量控制方法,在矢量控制外环增加前馈支路,增加暂态无功响应速度,提高弱交流电网条件下VSC在输送功率接近交流电网静态稳定极限时的稳定性。最后,基于小信号建模的极点分析和时域仿真结果验证改进矢量控制方法的有效性。     

基于VSC-HVDC的统一附加阻尼最优控制方法

相比于传统发电机的电力系统稳定器（PSS）,柔性直流输电（VSC-HVDC）系统可以有效控制区域间的低频振荡。考虑到VSC-HVDC系统有功无功均能对交流系统进行独立控制,提出了基于有功无功双环控制的统一低频振荡控制器,并基于VSC的有功功率和无功功率控制分别设计附加控制回路来增加控制器的控制效果。首先采用最小二乘旋转不变（TLS-ESPRIT）辨识方法获得系统小信号模型和振荡特性,然后基于辨识出的模型,利用基于最优控制理论对控制器进行设计,并将最终所设计控制器分别附加于有功控制回路与无功控制回路。PSCAD的仿真结果表明,相比于常规的有功附加控制器,所提统一控制方法能达到更好的控制效果,并能保证鲁棒性。     

基于频率同步控制的VSC-HVDC在弱交流系统下的动态特性研究

该文研究适用于电压源型换流器高压直流输电(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)连接弱交流系统的频率同步控制方法(frequency based synchronization control,FSC)对系统运行特性的影响。建立采用FSC控制的VSC-HVDC连接弱受端交流系统时的小信号模型,并将其与PSCAD/EMTDC中的电磁暂态仿真结果进行对比,验证了小信号模型的正确性。然后,基于小信号模型分析FSC控制中功率阻尼系数和功率同步系数对VSC系统小信号稳定性的影响。最后,针对交流系统频率变化、负荷阶跃和三相短路故障3种暂态运行工况,研究FSC控制下VSC系统的动态特性。结果表明,FSC控制不仅可提高VSC连接弱交流系统时的小信号稳定性,而且使系统具有良好的频率跟踪响应和过电流限制能力。     

用于VSC-HVDC互联系统的附加频率控制策略

为使柔性直流输电(VSC-HVDC)系统两侧交流系统在发生事故时具有相互支援的能力,文中提出一种附加频率控制策略。该策略在定有功功率控制器中引入了频率—有功功率和直流电压—有功功率斜率特性,在定直流电压控制器中引入频率—直流电压斜率特性,不需要站间通信就可以实现两端交流系统通过VSC-HVDC参与彼此的频率调整,减轻事故端系统的调频负担,提高故障期间直流系统的安全稳定性。最后,通过仿真软件PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果表明所提策略充分利用了VSC-HVDC互联系统的频率调整能力,提高了VSC-HVDC互联系统的频率稳定性。     

VSC-HVDC多通道附加阻尼控制抑制次同步振荡

提出在基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)中采用多通道变参数的次同步附加阻尼控制(SSDC)来抑制次同步振荡的方法.在PSCAD/EMTDC中搭建了并联VSC-HVDC的IEEE次同步谐振第一标准测试系统,通过测试信号法得到在不同工况下发电机电磁转矩对调制功率的相位滞后特性,据此选择合理参数设计多通道变参...     

引入故障恢复信号的VSC-HVDC附加阻尼控制研究

基于电压源型换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)具有快速、灵活的有功功率和无功功率控制能力。VSCHVDC附加阻尼控制能有效地抑制交流系统的低频振荡。讨论了附加阻尼控制器的限幅环节对控制效果的影响,然后提出了引入故障恢复信号的附加阻尼控制。故障恢复信号为指数规律衰减信号,将其与附加阻尼控制器输出信号叠加,作为直流功率调制的参考信号,以减小直流功率调制前期的直流功率幅值。并在直流电压波动的允许范围内,使直流功率调制过程趋于理想的自由衰减振荡,比无故障恢复信号的附加阻尼控制衰减更快,从而显著减小限幅环节的影响。还给出了直流电压波动随直流功率波动变化的关系曲线。仿真结果验证了所提附加阻尼控制方法的有效性。     

联接含惯量交流系统的VSC-HVDC系统特性分析

目前针对电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)系统控制特性的研究仅限于联接到等值交流系统的情形,建立VSC-HVDC系统联接到含惯量的交流系统的模型,研究弱系统条件下交流系统内部参数与VSC-HVDC系统的相互作用有重要意义。利用同步发电机(SG)模拟含惯量的交流系统,首先建立了连接到SG的VSC-HVDC系统的小信号模型,并验证了模型建立的正确性;利用参与因子法分析了特征根与状态变量的关联程度。采用特征根分析和仿真验证结合的方法,分别研究了线路阻抗、SG的惯性常数、阻尼系数的参数变化对系统特征根的影响规律;最后研究了VSC控制器参数对系统稳定性的影响作用。结果和结论证明,系统小信号稳定性随着系统线路阻抗角减小、短路比(SCR)的降低而降低;当惯性常数取值1.2 s时系统小信号稳定性先增强后减弱但不会失稳,当阻尼系数D在0~0.5范围内变化时,系统小信号稳定性先增强后减弱,VSC控制器参数对系统小信号稳定性影响也较大,在一定范围内调整SG惯性常数、阻尼系数和VSC控制器内外环参数值可以提高系统小信号稳定性。     

极弱受端交流系统下LCC-MMC型混合直流输电系统的附加频率-电压阻尼控制

针对换相换流器(LLC)-模块化多电平换流器(MMC)型混合直流输电系统在联接极弱受端交流系统时容易出现的系统小信号失稳现象,提出一种附加频率-电压阻尼控制(SFVDC)。该控制方法基于逆变站模块化多电平换流器锁相环的角频率偏差信息产生附加直流电压阻尼分量,引入外环定直流电压控制器中,用以抑制极弱受端交流系统时LCC-MMC型混合直流输电系统的小信号失稳现象,从而提升系统的小信号稳定性。结果表明,所提出的SFVDC方法能够有效地抑制极弱受端交流系统下容易出现的系统小信号失稳现象,降低了系统稳定运行对于受端交流系统强度的要求,同时能够保证系统在较大的功率扰动下也具有良好的动态响应特性,在受端交流系统故障情况下具有良好的故障恢复特性。     

VSC-HVDC附加频率极点配置控制器设计

为抑制柔性直流输电(voltage source converter-high voltage direct current,VSC-HVDC)低频振荡,提高柔性直流输电的输电能力,提出一种极点配置控制策略。利用改进的最小二乘旋转不变辨识算法,辨识出系统的开环传递函数。根据开环传递函数的根轨迹图,得到使其稳定的开环增益区间,进而得到较好增益下的闭环根轨迹极点,也就是期望极点。然后把得到的期望极点与配置的观测器极点结合起来,得到极点配置控制器。观测器减少工作量的同时,可以保证控制器较好的鲁棒性。为了显示控制器效果的优越性,利用经典根轨迹超前补偿设计法,设计出控制器与其进行对比。在PSCAD/EMTDC中的仿真结果表明,经典根轨迹法设计出的控制器效果不太明显,极点配置控制器可以较好地抑制VSC-HVDC在不同故障下的低频振荡,有较好的鲁棒性。     

联于弱交流系统的VSC-HVDC稳定运行区域研究

电压源换流器型直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)可用于联接弱交流系统,但其联于弱交流系统时的运行特性仍待深入研究。该文以VSC的交流侧稳态潮流方程为基础,归纳两种不同控制方式下VSC稳态运行时的交流侧安全稳定性约束条件,分析安全稳定判据随短路比(short-circuit ratio,SCR)的变化规律,解释VSC联于弱交流系统时无法安全稳定运行的现象,并给出求取临界短路比(critical short-circuit ratio,CSCR)的步骤流程。在此基础上,研究各种工况因素(交流等效电动势、交流等效系统阻抗、VSC运行方式等)不同时VSC的CSCR,并和PSCAD的仿真结果进行对比验证。最后,总结VSC的CSCR的主要制约因素,并给出各种运行方式下CSCR的典型范围。     

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。     

VSC-HVDC提高送端交流系统频率稳定性的研究

对于小系统或孤网来说,频率稳定的重要性有可能超过功角稳定和电压稳定。提出了利用VSC-HVDC对有功功率的快速调节特性来提高送端交流系统频率稳定的控制方法,并通过PSCAD/EMTDC软件进行了数字仿真与验证。     

PSS与VSC-HVDC附加阻尼控制器参数协调优化设计

将含参数约束的线性优化方法应用于交\直流混合系统的电力系统稳定器和基于电压源型换流器的高压直流输电系统附加阻尼控制器的参数协调优化中。该算法考虑了不同阻尼控制方式间的相互影响和作用,在迭代过程中通过修正优化可行域区间,使系统低频振荡模式对应的特征根最终移动到复平面上期望区域内。系统的特征值分析和时域仿真结果验证了上述方法的有效性和实用性。     

弱交流电网下含STATCOM的LCC-HVDC系统的附加阻尼协调控制方法

通过在电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)逆变侧交流母线装设静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM),来达到抑制换相失败的目的。然而研究发现,在弱交流系统工况下,STATCOM的控制系统(特别是交流电压控制外环)与LCC锁相环之间存在相互作用,会对后者的稳定可行域造成不利影响,进而可能引发整个混合系统的小干扰失稳现象。针对此现象,该文提出一种适用于弱交流系统下含STATCOM的LCC-HVDC系统的新型附加阻尼协调控制(supplementarydampingcoordination control,SDCC),该方法基于LCC锁相环输出频率信息,引入阻尼系数以附加分量形式反馈到STATCOM定交流电压控制器外环输入中。基于Matlab的特征根理论分析及基于PSCAD/EMTDC的详细电磁暂态仿真结果表明,提出的SDCC控制可以有效抑制含STATCOM的LCC-HVDC系统中LCC锁相环增益过大引起的系统小干扰失稳现象,从而提高系统的稳定裕度。     

基于线性变参数方法的VSC-HVDC变增益附加阻尼控制器设计

电压源型高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统的直流附加阻尼控制器能够提高交/直流并联输电系统的稳定性,增大系统区域间的阻尼,但VSC-HVDC的非线性特性,使附加阻尼控制器的性能受到影响。为解决这个问题,文中通过选取并联交流线路的有功功率作为变参数向量,应用线性变参数(linear parameter varying,LPV)方法,设计了VSC-HVDC的变增益附加阻尼控制器。仿真系统的特征值分析和时域仿真结果均表明：在系统运行方式大范围变化的情况下,文中所设计的LPV附加阻尼控制器能有效抑制交流系统区域间的低频振荡。     

提高暂态稳定性的VSC-HVDC功率附加滑模控制方法

利用直流功率快速可控的特点提高交流系统的暂态稳定性已成为交直流系统的重要研究方向.以多机交直流系统为研究对象,提出了一种提高暂态稳定性的柔性直流输电(VSC-HVDC)有功控制方法.借助VSC-HVDC接地导纳模型和对节点导纳矩阵的收缩,推导包含其整流站功率特性和拓扑信息的系统等值机械功率变化量的表达式,建立了分析整流...     

联接含惯量交流系统的VSC-HVDC系统特性分析EI北大核心CSCD

目前针对电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)系统控制特性的研究仅限于联接到等值交流系统的情形,建立VSC-HVDC系统联接到含惯量的交流系统的模型,研究弱系统条件下交流系统内部参数与VSC-HVDC系统的相互作用有重要意义。利用同步发电机(SG)模拟含惯量的交流系统,首先建立了连接到SG的VSC-HVDC系统的小信号模型,并验证了模型建立的正确性;利用参与因子法分析了特征根与状态变量的关联程度。采用特征根分析和仿真验证结合的方法,分别研究了线路阻抗、SG的惯性常数、阻尼系数的参数变化对系统特征根的影响规律;最后研究了VSC控制器参数对系统稳定性的影响作用。结果和结论证明,系统小信号稳定性随着系统线路阻抗角减小、短路比(SCR)的降低而降低;当惯性常数取值>1.2 s时系统小信号稳定性先增强后减弱但不会失稳,当阻尼系数D在0~0.5范围内变化时,系统小信号稳定性先增强后减弱,VSC控制器参数对系统小信号稳定性影响也较大,在一定范围内调整SG惯性常数、阻尼系数和VSC控制器内外环参数值可以提高系统小信号稳定性。