自适应电压下垂的MT-HVDC附加频率控制策略

正在柔性高压直流输电系统中,PI双环解耦电流控制的电压源型换流器(Voltage Source Converter,VSC)难以为AC区域提供频率支持,传统电压下垂控制导致直流电压在系统发生扰动后出现较大偏移。设计一种基于自适应下垂控制器的依赖通信链路的频率附加控制策略,在AC区域发生扰动后实现频率支持。     

渝鄂背靠背柔直和龙政直流的附加频率协调控制

针对渝鄂背靠背柔性直流和龙政直流互联的输电系统,提出了柔性直流和常规直流的附加频率协调控制策略。该策略通过柔直逆变站和常规直流整流站的频率-有功功率附加频率控制器的合理投退,改善柔直送受端电网的频率稳定性;设计了柔直逆变站的频率-无功功率附加频率控制器,进一步改善系统频率暂态特性。针对常规直流整流站在调频过程中无功功率波动和交流滤波器频繁投切问题,设计了柔直逆变站的电压-无功功率附加无功功率控制器,减小常规直流交流滤波器的投切数量,改善调频过程中电网的电压稳定性。最后,在MATLAB/Simulink中搭建实际电网等值模型,通过仿真验证了附加频率协调控制策略的有效性和适应性。     

柔性多端高压直流输电系统双环附加频率控制研究

传统PI双环解耦电流控制的电压源型转换器难以为孤立交流区域提供频率支持,因此需要增加频率控制环节.通过在VSC控制器的有功控制环中增加有功-频率下垂控制,在无功环中增加无功-频率微分控制,设计一种基于本地信号、无需远程通信的双环附加频率控制策略.该控制策略主要通过共享风电场功率裕度实现对AC区域的频率支持,同时通过无功...     

考虑直流电压稳定的VSC-MTDC附加频率自适应下垂控制策略EI北大核心CSCD

传统附加频率下垂控制方法直接将交流侧频率偏差和直流侧有功功率参考值进行线性耦合,由于有功功率参考值与频率偏差的系数,即频率下垂系数是固定值,在频率调节过程中不仅容易引起较大的电压变化而且导致直流电压越限从而威胁直流设备的安全以及系统的稳定性。首先利用虚拟惯性技术,将电网频率和多端柔性直流(voltagesource converter multi-terminal DC,VSC-MTDC)输电系统中直流侧有功功率进行耦合,提出了考虑直流电压稳定的VSCMTDC附加频率自适应下垂控制策略。该方法可使频率下垂系数根据换流站容量和电压下垂系数的变化自动调节,从而适度调节有功功率参考值增量大小,减少直流电压在调节过程中的超调量,提高电压质量和互联系统的稳定性。然后分析了所提控制策略的稳定性,并通过求解输电系统根轨迹的方法获得了控制器参数的稳定范围。仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

适用于背靠背柔性直流输电的双环附加频率控制

通过背靠背柔性直流输电(BTB-VSC-HVDC)实现异步互联的2个交流系统之间缺乏相互支援的能力,使得各交流系统的频率响应特性下降。为了应对该问题,在理论分析柔性直流输电系统实施附加频率控制(SFC)的可行性的基础上,提出了一种适用于BTB-VSC-HVDC系统的双环SFC策略,使未受扰动端系统参与受扰动端系统的频率响应,实现两端交流系统的相互频率支撑。所提双环SFC策略中,通过在定有功功率控制环上增加频率-有功附加控制为受扰动系统提供频率支撑,改善频率响应的稳态特性;通过在定无功功率控制环上增加频率-无功附加控制以提供虚拟惯量支撑,改善频率响应的暂态特性。分别在含BTB-VSC-HVDC的4机2区域系统和含有渝鄂BTB-VSC-HVDC的实际电网等值简化模型中进行仿真研究,仿真结果验证了所提双环SFC策略能有效地改善受扰动系统频率响应过程的暂态与稳态特性。     

多端柔性直流输电系统动态附加频率控制策略

附加频率控制利用基于电压源型换流器的多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统直流电压变化传递故障交流系统频率变动,促使非故障交流系统所连电压源型换流器(VSC)消纳不平衡功率参与频率调节。然而固定下垂系数灵活性不足,在不平衡功率分配时忽略VSC实时运行状态与交流网络稳定性,无法保证系统参与频率调整的同时安全稳定运行。通过研究频率变动造成的功率不平衡量分配和直流电压下垂系数的定量关系,提出一种计及系统运行状态的VSC-MTDC动态附加频率控制策略,将VSC功率裕度和交流网络频率变化量引入下垂系数,动态调整不平衡功率的分配比例。仿真结果证明,应用动态附加频率控制进行频率调节后,频率偏差较小的交流网络在所连VSC功率裕度较大时能承担更多不平衡功率,而频率偏差较大的交流网络所连换流站不平衡功率配比下降,VSC-MTDC系统安全稳定运行水平得到显著改善。     

考虑直流电压稳定的VSC-MTDC附加频率自适应下垂控制策略

传统附加频率下垂控制方法直接将交流侧频率偏差和直流侧有功功率参考值进行线性耦合,由于有功功率参考值与频率偏差的系数,即频率下垂系数是固定值,在频率调节过程中不仅容易引起较大的电压变化而且导致直流电压越限从而威胁直流设备的安全以及系统的稳定性。首先利用虚拟惯性技术,将电网频率和多端柔性直流(voltagesource converter multi-terminal DC,VSC-MTDC)输电系统中直流侧有功功率进行耦合,提出了考虑直流电压稳定的VSCMTDC附加频率自适应下垂控制策略。该方法可使频率下垂系数根据换流站容量和电压下垂系数的变化自动调节,从而适度调节有功功率参考值增量大小,减少直流电压在调节过程中的超调量,提高电压质量和互联系统的稳定性。然后分析了所提控制策略的稳定性,并通过求解输电系统根轨迹的方法获得了控制器参数的稳定范围。仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

考虑解耦功率优化分配的多端混合直流互联系统频率响应控制策略

基于多端直流输电将多个异步交流电网联接形成的直流互联系统受到广泛关注，异步互联系统频率响应控制是实现异步电网之间运行储备共享、发挥多端直流功率支援能力的重要手段。分析了基于经典下垂控制的频率响应控制模型结构及其频率电压互耦合特性。从控制结构、参数自适应变化、系统协调方法和功率优化分配等角度提出一种考虑解耦功率优化分配的多端混合直流互联系统频率响应控制策略，采用全局频率控制方案，并进一步建立功率优化分配模型来提高频率控制的经济性和低碳性。最后，仿真验证了在强、弱交流系统负载突变和换流站因故障退出运行等情况下直流互联系统的响应特性，所提策略能够消除耦合影响，换流站出力分配更为合理且能大幅提高弱交流系统的频率稳定性，能够为多端直流互联系统频率控制的进一步研究提供参考。     

风电场交直流并网系统的储能和柔性直流联合调步控制策略

考虑在风电场交直流混合并网系统中风电场的功率差额可以沿交流线路传递给主网,风电场和主网都存在频率稳定问题,提出储能与柔性直流附加控制参与系统频率调节,优化风电场和主网频率特性。在风电场侧柔性直流换流站中加入基于风电场频率变化的柔性直流频率附加控制,以改善风电场频率特性;将储能系统通过换流器并联在风电场和主网间直流线路上,弥补风电场侧直流附加控制对主网的频率恶化作用,并改善主网频率特性;建立了储能与柔性直流附加控制共同作用下的风电场交直流混合并网系统频率模型。算例分析表明,通过储能与柔性直流附加控制的配合,能有效减少风电场功率平衡被破坏时风电场和主网的频率波动幅度。     

面向风电场并网的VSC-MTDC频率控制策略研究

文中建立了基于VSC-MTDC的风电场并网三端系统,充分利用直流响应可控性强,速度快的优点,根据柔性直流输电对有功功率和无功功率独立、快速控制的特点,提出了用VSC-HVDC与发电机调速器协调控制的方法,通过对给定有功功率控制器附加频率控制来提高交流系统频率稳定性。理论分析和仿真结果表明该控制策略能提高多端柔性直流输电系统的频率调整能力,当系统受到扰动时,能有效的改善系统频率稳定性。     

柔性直流输电系统的黑启动控制能力研究

柔性直流输电系统中的可关断器件具有自关断能力,能够对开通、关断时刻进行控制,可以与无源系统连接进行换流。本文针对VSC在无源逆变方式下不需要外加换相电压的快速恢复控制能力,研究了柔性直流输电系统的黑启动控制能力。设计了黑启动过程中VSC-HVDC送端换流站控制策略采用定直流电压/定无功功率控制,受端换流站控制策略采用定交流电压/定频率控制,研究了电源并网时控制策略协调优化对黑启动的作用。以Kunder四机两区域系统为例,对整个黑启动过程在PSCAD/EMDTC中进行了仿真,研究表明本文采用的控制策略具有良好的电压、频率特性,完成了黑启动的实现。     

交流系统故障时柔性直流系统的控制策略

对VSC-HVDC联结2个交流有源网络时的运行特性进行分析,建立了VSC-HVDC系统的模型,在此基础上根据系统所要完成的功能确定对两个VSC的控制策略,对控制系统中的具体环节进行了设计。通过交流故障实验波形分析了VSC在系统故障时提供无功功率并稳定电压的作用。     

双极双阀组柔性直流系统的无功优化控制

为实现在交流电压允许范围内根据需要设置无功功率目标值,同时为了实现无功功率控制和交流电压控制无缝切换,在对基本无功控制进行分析后,提出一种无功控制优化策略。通过带辅助交流电压的无功功率控制,即根据实时交流电压修正无功功率目标值,无功功率控制模式下使用积分前馈跟踪的交流电压控制,以及双极状态切换时使用功率突变抑制等方法,实现控制方式切换时输出功率平滑,保证系统电压稳定运行。在电磁暂态仿真软件(PSCAD/EMTDC)中建立两端双极双阀组±800 kV柔性直流输电系统,进行无功功率控制以及控制方式的切换,仿真结果验证了上述方法的合理性和有效性。     

适合风电接入的VSC-MTDC系统协调控制策略

对于具有小集中、大分散特点的内陆风电,交流并网存在电能质量下降、经济性差等诸多问题,两端柔直并网也无法满足要求。使用多端柔直是未来风电并网的发展方向,文中提出一种适合风电接入的多端柔直系统协调控制策略。该策略综合考虑直流电压改变的方向、电压改变的大小以及换流站功率裕度等因素,自适应实时调节下垂系数,优化换流站之间功率分配,避免不当下垂系数造成的系统损耗增加、部分换流站功率过载。引入附加频率控制与自适应下垂控制协调,可充分利用系统调频容量,改善系统频率稳定性。控制器参数易于整定,结构简单。在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件中搭建了嵌入多端柔直系统的四机两区域模型,验证了所提策略的有效性和可行性。     

Heuristic Optimization of Supplementary Controller for VSC-HVDC/AC Interconnected Grids Considering PLL

This paper presents a new approach to enhance the dynamic responses of AGC in power systems by means of heuristic optimization of VSC-HVDC supplementary controllers. The upcoming power electronics-based VSC-HVDC transmission systems offer new features that would be advantageous for improving the frequency control and thus for enhancing the stability of the transmission grids. In this paper, the parameters of the proposed control modulation are tuned using Genetic Algorithm and Simulated Annealing methods. The performance of the proposed intelligent based tuning approach is assessed through MATLAB simulations for an AC/DC interconnected system. For the sake of detailed analysis, the effects of PLL and frequency measurements are also included in the VSC-HVDC system modeling. Furthermore, to show merits of the proposed strategy, a comparison between AC and DC transmissions is presented.     

风电场VSC-HVDC并网不平衡运行改善控制策略

风电场柔性高压直流输电(VSC-HVDC)系统交流不平衡运行时,并网输出功率存在二倍电网频率波动,并网电压、电流波形畸变,恶化风电场并网的电能质量。为改善风电柔性高压直流输电系统在交流不平衡状况下的并网性能,针对双馈风电场侧交流不平衡运行状况提出了一种改善控制策略。该改善控制策略在计及相关平波电抗器、变压器等值阻抗影响的基础上,建立了风电场VSC-HVDC系统不平衡运行数学模型,并提出基于正负序双dq解耦轴系下的正负序控制给定电流策略。最后,通过Matlab/Simulink仿真平台对比仿真引入改善控制策略前后的系统运行性能,对比结果表明所提改善控制策略可以有效抑制风电场并网功率波动,改善系统并网电压、电流波形。     

张北数据港柔性变电站DC/AC变流器关键控制策略

柔性直流输电是实现新能源并网和直流电网的极具潜力的输电方式。文中在张北数据港设计构造了一台柔性直流输电系统用DC/AC变流器。所设计的变流器采用多变流器并联+z型接地变压器结构。为抑制离网下由于负荷特性而造成的输出电压不平衡与输出电压畸变问题,分别提出了变流器输出电压不平衡控制策略与输出电压谐波抑制策略,以保证设备的供电质量。为保证设备的不间断供电并提高设备的供电可靠性,提出一种主动限流控制策略,在设备离网供电模式下电力系统发生短路故障时进行主动限流。最后,搭建了2.5 MW DC/AC变流器进行实验研究。实验结果验证了所提控制策略的有效性。目前,该装置已应用于张北数据港柔性变电站。     

A novel control strategy based on a look-up table for optimal operation of MTDC systems in post-contingency conditions

Multi terminal VSC-HVDC systems are a promising solution to the problem of connecting offshore wind farms to AC grids. Optimal power sharing and appropriate control of DC-link voltages are essential and must be maintained during the operation of VSC-MTDC systems, particularly in post-contingency conditions. The traditional droop control methods cannot satisfy these requirements, and accordingly, this paper proposes a novel centralized control strategy based on a look-up table to ensure optimal power sharing and minimum DC voltage deviation immediately during post-contingency conditions by considering converter limits. It also reduces destructive effects (e.g., frequency deviation) on onshore AC grids and guarantees the stable operation of the entire MTDC system. The proposed look-up table is an array of data that relates operating conditions to optimal droop coefficients and is determined according to N-1 contingency analysis and a linearized system model. Stability constraints and contingencies such as wind power changes, converter outage, and DC line disconnection are considered in its formation procedure. Simulations performed on a 4-terminal VSC-MTDC system in the MATLAB-Simulink environment validate the effectiveness and superiority of the proposed control strategy.     

基于VSG技术的VSC-HVDC输电系统受端换流器控制策略

针对传统换流器控制策略下柔性直流（voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC）输电系统难以有效参与交流系统频率的动态调节以及交直流系统间功率传输不平衡等问题,在对虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG）运行机制特性进行研究的基础上,提出了一种基于VSG技术的VSC-HVDC输电系统受端换流器控制策略。首先,基于VSC-HVDC输电系统拓扑模型,分析了换流站虚拟同步化的可行性;其次,将具有有功模糊PI下垂控制的VSG技术引入到高压直流输电系统,通过调整下垂系数,使柔性直流输电系统逆变器在稳态运行及暂态故障下可以保障系统有功功率平衡传输,使其具有协调控制交流系统频率和直流系统电压的能力;最后,在Matlab/Simulink中构建了一个三端系统用于仿真验证。结果表明：VSC-HVDC输电系统在采用VSG控制策略后,可以改善交流电网的惯性水平,使频率变化得到衰减,其调压控制功能也能在稳态和暂态下提供较好的功率支撑作用,有效提高了交直流系统的稳定性和可靠性。     

带频率-电压死区的VSC-HVDC系统一次调频控制策略

为使基于电压源型换流器的柔性直流(VSC-HVDC)互联系统中的新能源端整体参与交流电网的频率调整,提出一种带频率-电压死区的换流站端有功控制策略。该控制策略利用频率-电压死区限值,通过VSC-HVDC输出功率的实时控制,在系统侧交流电网发生频率变化时,风机转子的动能储备短时内增加或减少有功输出,使风机转速下降或增高,通过增加或减少风机转子中的动能储备来缓解交流系统端的不平衡有功功率,通过VSCHVDC互联系统作出频率响应参与调频。最后,利用PSCAD/EMTDC对该控制策略进行仿真验证,结果表明所提策略提高了含新能源接入的两端VSC-HVDC互联系统的频率稳定性。