基于ARM架构柔性直流控制保护系统的低链路延时优化设计

基于进阶精简指令集机器(ARM)架构多核处理器芯片设计了柔性直流控制保护系统新一代平台,提出适用于柔性直流输电的4层控制系统通用架构,给出新平台控制保护主机配置方案及功能配置原则。建立换流器高频阻抗简化模型,推导得到负阻尼频率与控制链路延时的数学关系。分析柔性直流控制系统的链路延时构成,提出一种链路复用的在线延时测试方法;基于多核架构与高速接口,研究控制系统的低延时优化方案。最后,在基于实际工程参数的实时仿真系统中,对ARM架构新平台开展了功能和性能测试,并验证了低延时优化方案的有效性。     

V/f控制下柔性直流换流器阻抗建模及中高频谐振特性分析

为研究交流侧电压控制,即V/f控制下柔性直流输电系统的中高频谐振问题,考虑正负序交流电压和电流内外环、电压前馈以及系统调制与控制链路延时等环节的作用,采用谐波线性化的方法建立了柔性直流换流器的交流侧正负序等效阻抗模型;分析了交流电压控制方式、电压前馈控制方式、控制系统参数、链路延时大小等因素对V/f控制下柔性直流换流器中高频阻抗特性的影响;通过对控制系统结构和参数进行优化,提出了柔性直流换流器中高频等效阻抗的改善措施,抑制换流器负阻尼。以66 kV交流汇集的海上风电柔性直流送出系统为例,分析了柔性直流换流器对系统中高频谐振特性的影响。最后,分别通过阻抗扫描和电磁暂态仿真验证了等效阻抗模型的正确性和阻抗改善措施的有效性。     

柔性直流接入电网后的高频谐振及其抑制策略

受控制链路延时的影响,基于MMC(模块化多电平换流器)的柔性直流输电系统接入电网后可能发生高频谐振现象。对此,在dq坐标下建立了包含控制系统在内的柔性直流系统高频阻抗模型和交流系统等效模型,分析了柔性直流系统高频谐振机理。在此基础上,提出基于准谐振控制的柔性直流输电系统高频谐振抑制策略,给出了准谐振控制器R的参数设计方法,最后通过电磁暂态仿真验证了所提控制策略的正确性、可行性。     

长控制链路延时特征下柔性直流输电系统动态性能改善方法

高压柔性直流输电系统因控保装置多、不同控保装置间通讯数据多等原因,控制链路延时远大于1个控制周期。控制链路延时的大幅度增加恶化了此类系统的动态响应特性,降低了高压柔性直流输电系统的交流故障穿越能力。提出了一种不影响幅频特性的相位校正方法,分析了该相位校正方法的适用性及应用限制。将上述相位校正方法应用到鲁西背靠背异步联网工程柔性直流单元的控制系统稳定性分析中,建立了系统在静止坐标系下的精确等效分析模型,分析比较了相位校正前后系统稳定裕度。结果表明,将相位校正方法应用在正序控制后,系统幅频特性不变,正序信号相频特性整体超前固定角度,负序相频特性则整体滞后相同角度。基于实际工程控保装置的实时仿真和工程验证表明,合理配置相位校正值可改善系统的交流故障穿越特性,提高故障穿越成功率。     

孤岛新能源场站接入柔性直流高频振荡机理及抑制策略

大规模新能源孤岛经柔性直流送出系统的高频振荡问题在近期工程中日渐突出。文中建立了考虑一次主电路设备内部动态过程、控制链路延时、序分量分离环节、内外环控制环节的不同频率耦合特性的柔性直流换流器阻抗数学模型，并对数学模型进行简化，确定孤岛新能源场站接入柔性直流换流器的高频振荡机理为控制链路延时与内环电流反馈、电压前馈环节共同形成了柔性直流系统高频负阻尼，进一步得到了影响柔性直流换流器高频阻抗特性的关键因素。针对关键影响因素设计了孤岛新能源场站接入柔性直流系统的高频振荡抑制方案。相应解决方案在PSCAD模型中得到验证，同时解决了中国张北、如东新能源经柔性直流送出工程现场的高频振荡问题。     

直流电子式电压互感器延时特性分析与现场测试

直流电子式电压互感器因受到分压器、远端模块参数改变及合并单元等数字链路因素影响会出现延时,现场准确测试标定该延时特性不易实现。首先,建立了直流电压互感器等效电路模型,分析了直流分压器、低通滤波器等被动元件对直流电子式电压互感器延时时间的影响。在此基础上,提出一种基于暂稳态信号的延时等效测试方法,并研制出直流电压互感器延时特性现场试验系统。通过标准暂稳态信号与被测直流电压互感器的反馈时差精确测量延时时间。最后,采用所提出的试验方案在某直流工程现场进行直流电压互感器延时测试,验证了该方法有效性。     

基于陷波控制的柔性直流输电系统高频振荡抑制策略

由于控制链路延时、电压前馈的影响,基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统可能发生高频振荡现象.首先在dp坐标下建立了包含链路延时、前馈在内的柔直系统高频阻抗模型和交流系统等效模型,分析了柔直系统高频振荡机理及影响因素.在此基础上,提出了基于陷波控制的柔性直流输电系统高频振荡抑制策略,给出了陷波控制器参数设计方法.最后...     

昆柳龙直流工程受端高频谐振评估及抑制

电压源型换流器易在高频谐波频段呈现负阻尼从而引起谐振现象,昆柳龙直流工程作为特高压多端混合直流输电工程,需对其柔性直流受端柳州、龙门换流站的高频谐波谐振风险进行评估分析.基于阻抗分析法分析柔性直流换流站控制链路延时、前馈滤波、控制器参数对柔性直流交流阻抗变化趋势的影响,分别考虑22种、34种交流线路工况,对受端柳州站和...     

控制链路延时对LCC-HVDC系统小信号稳定性的影响及机理分析

为研究电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)控制链路延时对系统小信号稳定性的影响,首先,建立考虑控制链路延时后的LCC系统小信号模型,包括状态空间模型和单输入单输出反馈控制模型。然后,基于所建立的模型,研究不同交流系统强度下控制链路延时变化时系统的根轨迹移动特征,获得主导模态的振荡频率,定量评估控制链路延时对系统幅值和相位裕度的影响。最后,研究控制链路延时对系统临界运行短路比和控制参数可行域的影响,揭示控制链路延时、交流系统强度及控制系统之间的相互制约关系及交互作用机理。理论分析和仿真验证结果表明,随着控制链路延时的增加,为保证LCC系统稳定传输额定功率,交流系统强度不能过低;链路延时在一定程度上降低了控制参数的可行域,尤其是在弱系统工况,当LCC控制链路延时较大时,需适当降低定直流电压控制器或锁相环(phase-locked-loop,PLL)的带宽来保证系统稳定。     

柔性直流换流阀光纤链路在线监测系统设计

柔性直流换流阀的核心控制系统由阀基控制设备和子模块控制器组成,它们之间通过光纤链路进行实时信息交互,实现柔性直流换流阀的控制与保护,一旦光纤链路发生通讯故障,对应的子模块必须旁路并退出运行,当冗余子模块数量不足时将导致系统跳闸,直接影响整个柔性直流系统运行的可靠性。在投运前或停电检修期间需要通过人工对光纤链路逐个检测、排查,不仅效率低,还容易因检测带来二次损坏。设计研发的光纤链路在线监测系统,可实时监测光纤链路的健康状态并提前预警,在检修时重点排查预警光纤链路,不仅提高检修效率更降低了因人工排查带来的二次损坏风险,同时避免了不健康的光纤链路继续恶化可能导致的子模块旁路或跳闸,从而保障柔性直流输电系统长期安全、稳定运行。     

环状柔直工程直流极闭锁判据及措施量计算方法

以往常规直流与柔性直流工程的结构均为端对端或多端辐射,对应的稳定控制系统采用换流变电气量和直流极非正常停运信号作为极闭锁的判据,但该方法不适合环状结构的柔性直流输电工程应用,无法可靠地识别换流器闭锁故障。文中根据张北柔直输电工程稳定控制系统研制经验,提出一种新的适用于稳定控制的直流极闭锁判据改进方法。该判据在直流轻载时将直流控制保护的特征信号作为主要判断对象,在直流极运行功率超过10%额定功率时则将直流控制保护的特征信号结合换流变电气量作为主要判断对象,改进后的判据同样适用于特高压直流输电工程与多端环网柔性直流输电工程。同时,文中提出张北柔直输电工程稳控措施量计算方法,为后续柔性直流输电工程、特高压直流输电工程应用提供了参考。理论分析及实时数字仿真系统(RTDS)实验验证了判据的可靠性。     

柔性直流阀控全链路试验方案及实时仿真

柔性直流阀控全链路试验是验证柔性直流阀控功能和性能的重要技术手段。本文提出的柔性直流阀控全链路试验方案主要包括阀控架构、全链路试验系统架构及其主要的模拟功能、试验项目设计等。首先分析了柔性直流阀控的架构和阀控架构的特点以及其各层级的连接关系;其次针对柔性直流阀控的特点提出了计及脉冲分配和功率模块控制的全链路试验系统;最后,在实时仿真平台上搭建了全链路试验系统,对实际工程应用的柔性直流阀控进行了全方位测试,并对典型试验结果进行了分析。试验结果表明,本文提出的全链路试验方案和系统能够满足柔性直流阀控功能和性能测试的需要。     

柔性直流与极端交流系统间的谐波谐振

柔性直流输电技术正逐步应用于电网500kV主网架中。电网对送电设备高可靠性的要求,使柔性直流与交流系统的交互影响受到更多的重视。分析了柔性直流接入极端交流系统的高频谐振、低频谐振两种典型振荡模式。分析了柔性直流与交流系统高频谐振机理,高频振荡对控制参数变化不敏感,与控制链路延时、前馈策略相关性高,提出了可行的高频谐振抑制策略。此外,给出了典型的低频振荡仿真案例,仿真验证了低频谐振与控制参数的敏感性。     

柔性直流输电用±500kV直流全光纤电流互感器研制及测试

柔性直流输电对直流互感器的延时时间及阶跃响应上升时间均有较高要求,针对即将建设的张北柔性直流输电工程的应用需求,研制了一种柔性直流输电用±500 kV直流全光纤电流互感器。直流全光纤电流互感器采用Faraday磁光效应原理,采用光纤作为传感介质。文中介绍了直流全光纤电流互感器的原理及构成,对全光纤电流互感器的线性双折射抑制技术、玻片温度自补偿技术及抗振技术等关键技术进行了深入分析,并给出了样机的主要性能测试情况。测试表明,文中研制的柔性直流输电用直流全光纤电流互感器测量精度为0.2级,延时时间25μs,阶跃响应上升时间40μs,主要技术指标(包括测量精度、延时时间、阶跃响应上升时间、温度稳定性、抗振性能及绝缘等)能够满足张北柔性直流输电工程的应用需求,直流全光纤电流互感器在柔性直流输电系统具有很好的应用前景。     

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。     

渝鄂柔性直流输电系统中高频振荡影响因素及抑制策略

针对柔性直流输电工程中出现的中高频振荡问题,现有解决方法是在电压前馈通道中增设滤波器以抑制高频振荡,但增加了中频振荡的风险。以渝鄂柔直工程南通道单元为研究对象,提出了一种通过调整控制链路延时以避免中、高频振荡的方法。首先,基于多谐波线性化原理建立了MMC换流站阻抗模型,详细分析控制链路延时、电网电压前馈策略对MMC换流站阻抗特性以及对系统稳定性的影响;然后,探讨通过调整控制链路延时以避免中高频振荡的可行性,并给出了控制链路延时的选择方法;最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了所提方法可实现渝侧、鄂侧系统中高频振荡抑制,同时对系统动态特性影响较小。     

基于小信号模型的柔性直流输电网络运行稳定性研究

小信号稳定性是动态系统在小扰动情况下保持稳定运行的能力。柔性直流输电网络作为交流系统、新能源及无源网络互联的枢纽,其小信号稳定性直接关系到区域电力系统的稳定运行。首先推导电压源型换流站、换流站控制系统、直流输电网络的小信号数学模型,通过仿真对比验证小信号模型的准确性,根据状态空间法,列出柔性直流输电网络的状态矩阵;然后通过李雅普诺夫稳定性判据及参与因子矩阵分析方法推导柔性直流输电网络的小信号稳定性判据;最后通过算例分析,证明此小信号稳定性分析法的适用性及准确性,并总结出PI参数优化规律,为柔性直流输电网络工程应用时控制器的设计以及稳定性优化提供研究基础。     

厦门柔性直流输电工程换流阀充电触发无源逆变试验研究

为了确保厦门柔性直流输电工程核心设备——换流阀的安全,有必要在换流阀带进线开关首次解锁前先确认换流阀触发相序的正确性。根据厦门柔性直流输电工程真双极的接线方式,提出了换流阀充电触发无源逆变试验方案。首先对换流阀进行不控充电,并将未试验极控制系统电压作为试验极控制系统锁相和控制用电压,然后断开试验极交流进线开关,为了防止阀子模块因低电压导致旁路过多,极控制系统在收到开关返回节点信号后自动解锁换流阀200 ms完成无源逆变。现场试验结果表明了该方案的可行性和有效性,证明了极控制保护系统、阀基控制系统和换流阀之间工作的正确性,确保了换流阀的安全,并依据试验结果提出了控制系统延时的确定方法及补偿方法。该方案的提出也为其他类似工程提供了有益的借鉴。     

渝鄂柔性直流输电系统中高频振荡影响因素及抑制策略

针对柔性直流输电工程中出现的中高频振荡问题,现有解决方法是在电压前馈通道中增设滤波器以抑制高频振荡,但增加了中频振荡的风险。以渝鄂柔直工程南通道单元为研究对象,提出了一种通过调整控制链路延时以避免中、高频振荡的方法。首先,基于多谐波线性化原理建立了MMC换流站阻抗模型,详细分析控制链路延时、电网电压前馈策略对MMC换流站阻抗特性以及对系统稳定性的影响;然后,探讨通过调整控制链路延时以避免中高频振荡的可行性,并给出了控制链路延时的选择方法;最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了所提方法可实现渝侧、鄂侧系统中高频振荡抑制,同时对系统动态特性影响较小。     

海上风电经柔性直流送出系统高频振荡分析及抑制策略

近年来,柔性直流输电已经是风电深远海开发的有效方案,随着大量用于远海风电并网的柔性直流输电系统不断投运,高频振荡现象在实际工程中频繁出现。然而,现有研究大多聚焦于新能源交流并网系统或异步分区电网交互所产生的高频振荡现象,针对海上风电经柔性直流送出系统的高频振荡研究尚不充分。并且现有模块化多电平换流器(MMC)高频段阻抗模型通常忽略换流器中、低频段特性,使得投入高频振荡抑制策略对中、低频阻抗特性的影响无法被准确揭示。为此,本文首先考虑系统链路延时的影响,基于谐波状态空间建立MMC全频段阻抗模型。在此基础上,分析海上风电经柔性直流送出系统高频振荡机理,并设计控制参数优化策略。最后,基于Matlab/Simulink搭建海上风电经柔性直流送出系统电磁暂态仿真模型,并验证本文所建阻抗模型的精确性以及高频振荡抑制策略的有效性。