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。     

基于不同建模的HVDC控制器参数优化方法

针对目前高压直流输电(HVDC)系统的比例-积分(PI)控制器参数优化方法中仅基于单一数学模型的局限性,提出了一种PI控制器参数的整定方法。通过建立高压直流输电逆变侧系统的传递函数模型,求出控制器参数的稳定边界,基于该稳定范围求取符合系统稳定裕度的区域;接着,建立了高压直流输电逆变侧系统的小干扰动态模型,验证了小干扰动态模型的正确性,求解得到符合系统渐进稳定的区域,并将2个区域进行叠加,得到既能满足系统稳定裕度要求,又能满足系统渐进稳定要求的PI控制器参数范围。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建电磁暂态模型进行仿真验证,结果表明该整定方法能兼顾系统的稳定裕度和渐进稳定性。     

混合双馈入直流输电系统的交互作用机理研究(二):小干扰稳定裕度分析

针对由电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)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)系统构成的混合双馈入直流输电系统,基于推导建立的等值单馈入直流输电模型,采用增益裕度(gain margin,GM)指标、相位裕度(phase margin,PM)指标和灵敏度函数最大峰值指标Ms,定量评估交流系统强度、LCC-HVDC子系统的定关断角和锁相环,以及VSC-HVDC子系统的外环功率控制器、内环电流控制器和锁相环对混合双馈入直流输电系统稳定裕度的影响规律;最后,通过PSCAD/EMTDC下的详细电磁暂态详细仿真,验证所建立单馈入直流输电模型的有效性及理论分析结果的正确性。     

基于小干扰动态模型的LCC-HVDC系统控制器参数优化方法

为了改善电网换相换流器高压直流(line commutated converter-high voltage direct current, LCC-HVDC)输电系统的动态响应性能,提出了一种基于小干扰动态模型与传递函数模型的控制器参数优化方法,采用粒子群优化算法对全系统的控制器参数同时进行优化。首先,建立了计及锁相环输出相位与交流母线电压实际相位差异的双端LCC-HVDC输电系统的小干扰动态模型,仿真结果验证了该小干扰动态模型的准确性;然后,基于根轨迹法,获取了致使系统小干扰失稳的控制器参数临界值;最后将小干扰动态模型转换为传递函数模型,应用粒子群优化算法,以时间乘绝对误差积分指标为目标函数,对所有控制器参数进行了优化。仿真结果表明优化后系统动态响应性能有所改善。     

综合时域和频域性能要求的高压直流控制参数整定方法

针对目前采用电网换相换流器的高压直流输电工程的比例-积分（proportional integral,PI）控制器参数整定方法中,均使用缺少理论依据的试凑法的局限性,提出了一种高压直流输电系统PI控制器参数整定方法。通过建立高压直流输电系统的线性化状态空间模型,进而得出含有PI控制器参数变量的系统线性化传递函数表达式;接着,利用所求表达式分别求出PI控制器参数对系统时域性能和频域性能的影响结果,得出仅考虑系统时域性能指标或频域性能指标的控制参数整定范围;然后,利用这两个结果得出系统“时域-频域性能指标对应关系”;最后,利用这一关系制定出了适用于高压直流输电系统控制参数整定的稳定裕度。     

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。     

基于开关函数的LCC-HVDC换流站动态模型及小干扰稳定性

研究了电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)的控制系统参数对其小干扰稳定性的影响。基于LCC-HVDC换流站的开关函数模型,建立了LCC系统换流站、交流系统以及控制系统的小干扰动态模型,并将其与PSCAD/EMTDC中的电磁暂态仿真结果进行对比,验证了小干扰模型的正确性。然后,采用特征值分析方法,研究了锁相环(phase-locked loop,PLL)增益系数和定关断角控制参数对LCC系统振荡模态、阻尼特性、参与因子和可行稳定运行区域的影响,该研究结果可以为LCC-HVDC换流站相关控制参数的选取提供依据。     

柔性直流输电系统的内模解耦控制研究

基于电压源型换流器的直流输电技术作为一种新型高压直流输电技术,具有很多技术优点和广阔的应用前景。在d-q同步旋转坐标系下,电压源换流器的直流输电系统数学模型有功电流和无功电流存在耦合,利用内模控制原理对电流内环进行解耦,实现了有功功率和无功功率的独立控制,设计了电流内环控制器,并且给出了控制器参数整定的依据指标。Matlab数字仿真结果表明,该方法可以较好地实现有功和无功的解耦控制,具有较好的动态品质和鲁棒性,验证了控制策略的正确性和有效性。     

考虑电压无功耦合特性的多馈入系统换相失败预防控制方法

基于晶闸管的高压直流输电(LCC-HVDC)以其在大容量远距离输电的优势得到了广泛应用,直流密集接入交流电网形成了复杂的多馈入直流输电系统.在多馈入直流输电系统中,不同LCC-HVDC间的无功电压耦合关系密切,单回LCC-HVDC换相失败后控制器响应会对相邻LCC-HVDC产生交互影响,可能造成继发性的换相失败.目前,...     

D-PMSG经LCC-HVDC送出系统的次同步振荡特性分析

当直驱风机(direct-drive permanent magnet synchronous generator, D-PMSG)位于电网换相换流器高压直流输电(line-commutated-converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)整流站近区时,系统的次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)特性尚不清晰,相关研究有待开展。针对上述问题,基于D-PMSG经LCC-HVDC送出系统,利用模块化分块建模法建立小信号模型,用特征值与参与因子研究了系统SSO模式中D-PMSG与LCC-HVDC的参与情况,并用特征值分析了系统参数对SSO阻尼的影响。研究结果表明：存在D-PMSG与LCC-HVDC共同参与的SSO模式,且LCC-HVDC接入为系统SSO提供负阻尼;当D-PMSG输电线路阻抗、GSC控制器外环积分系数增大时,SSO模式阻尼减小;当GSC控制器外环比例系数、D-PMSG直流侧电容、D-PMSG的风速、LCC-HVDC定电流控制器的比例系数增大时,SSO模式阻尼增大。基于PSCAD/E...     

混合双馈入直流系统中VSC-HVDC对LCC-HVDC换相失败抵御能力的影响

混合双馈入直流输电系统中VSC-HVDC能够改善LCC-HVDC的换相失败抵御能力。基于PSCAD/EMTDC搭建了混合双馈入直流输电系统的电磁暂态仿真模型,研究了当VSC配备2种典型无功控制器,即定无功功率控制器和定交流电压控制器情况下,LCC-HVDC的换相失败抵御能力。通过分析LCC交流母线接地故障情况下系统的运行特性,揭示了VSC-HVDC改善LCC-HVDC换相失败问题的机理。在此基础上,分析了VSC-HVDC对LCC-HVDC换相失败问题改善程度的主要影响因素,研究了VSC与LCC电气距离、VSC控制器调节速度变化时LCC-HVDC的换相特性和故障后直流功率恢复速度。结果表明:结论可以为相关工程的设计和分析提供理论指导。     

直流线路行波保护特征量动态特性与整定研究

现有的高压直流输电线路行波保护整定计算缺乏统一适用的方法,保护可靠性有待提高。采用基于EMTDC仿真计算的手段分析了直流线路行波保护各特征量(电压变化率、电压变化量以及电流变化量)在不同种类故障条件下以及非故障扰动条件下的动态响应特点及规律,进而研究了直流线路行波保护各判据所具有的基本功能及其相互间的逻辑关系。在此基础上提出了各判据进行整定计算所需边界条件的确定原则,从而形成了直流输电线路行波保护整定计算的基本方法。基于实际高压直流输电线路参数的行波保护整定算例验证了该整定计算方法具有良好的可靠性和灵敏性。     

考虑电压动态过程的含电网换相换流器的高压直流输电小信号建模方法

对含电网换相换流器的高压直流输电（line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC）系统进行小信号稳定性分析时,存在小信号模型精度低、分析结果无法为系统稳定运行提供参考的问题。因此,提出一种计及电压动态过程的小信号建模方法。对LCC-HVDC状态空间模型进行改进,修正了逆变侧换流站内部的角度关系与换相角表达式,在模型中引入考虑电压动态过程的状态方程,并基于此模型计算系统运行的控制参数稳定域。通过PSCAD电磁暂态仿真软件对模型进行验证,并与传统小信号模型作对比,结果表明建立的考虑电压动态过程的小信号模型精度高,小信号稳定性分析结果更准确。     

计及变压器铁芯饱和的LCC-HVDC输电系统谐波不稳定性评估与应用

基于端口理论构建了基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)输电系统的完整模型,综合考虑了直流两端换流器、平波电抗器、交直流滤波器以及换流变压器铁芯饱和的影响.利用该模型对不同的网络参数及运行工况进行谐波稳定性判别,并与PSCAD/EMTDC时域仿真平台上详细LCC-HVDC输电系统模型仿真结果对比,验证了所提模型的可行性与准确性.将所提模型应用于谐波不稳定性判别,不仅计算方法简单,而且能够较好地反映不同参数对谐波稳定性的影响,其对LCC-HVDC输电系统谐波不稳定影响因素分析可为LCC-HVDC输电系统的规划、运行提供参考.     

基于MPC的MMC-HVDC子模块均压控制策略

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)具有效率高、谐波小、模块化设计和易级联等优点,在高压大容量电能变换领域得到了广泛应用。为提高基于模块化多电平换流器的直流输电系统(MMC-HVDC)运行的动态响应速度,提出了一种基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)与改进的子模块均压控制策略相结合的方法,通过预测模型、反馈校正和滚动优化得到最优的电压控制量,克服了传统的内环电流控制器与外环控制器中PI参数整定困难和动态响应慢的问题。最后,在PSCAD-EMTDC软件平台搭建了21电平的MMC-HVDC系统仿真模型。仿真结果验证了控制策略的有效性和可行性。     

LCC-HVDC系统直流控制回路小干扰稳定性分析

文中针对整流侧采用定直流电流控制策略、逆变侧采用定直流电压控制策略的电网换相换流器高压直流输电系统,基于状态空间模型的Laplace变换建立了线性化直流控制回路的传递函数模型;采用增益裕度、相位裕度和灵敏度函数最大峰值指标,定量评估了直流控制回路带宽、逆变侧锁相环带宽和逆变侧交流电网强度对各直流控制回路小干扰稳定性的影响;揭示了不同系统参数下各直流控制回路稳定裕度的具体变化规律.仿真结果验证了线性化传递函数模型及理论分析结果的正确性.     

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。     

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。     

基于定功率与定电压控制的VSC-HVDC仿真分析

以定功率和定电压的方式来控制和实现高压直流输电系统的功率传输,根据高压直流输电的特性选择合适的控制方式。通过分析系统的数学模型,考虑影响系统稳定运行的因素,联系两者之间的相关性建立相应系统的微分方程,并搭建对应的仿真模型,设置一定时长的故障,验证定电流控制器对高压直流输电系统的正确性以及有效性。     

基于定等效直流输入电阻的低压限流控制器优化控制策略

低压限流控制器(VDCOL)是抑制基于电网换相换流器的高压直流输电(LCC-HVDC)系统后续换相失败的重要控制环节,通过分析LCC-HVDC系统换流器换相过程,提出一种基于等效直流输入电阻的VDCOL优化方案评价指标以及一种基于定等效直流输入电阻的VDCOL优化控制策略.基于CIGRE HVDC标准测试模型对故障期间...