柔性直流接入对弱受端电网恢复特性的影响及优化措施

随着柔性直流输电系统电压等级和输电容量不断提升,采用电压源型换流器的柔性直流输电技术在我国得到了大量应用,同时其对电网的影响也进一步增强。文中基于PSD-BPA机电暂态仿真软件中新开发的计及故障穿越策略的柔性直流控制系统,比较了不同直流接入方案下弱受端电网受扰恢复特性的差异。在此基础上,分析了柔性直流控制方式、直流传输功率大小以及故障穿越控制策略等因素对换流站动态有功和无功功率特性的影响。最后针对西藏弱受端电网电压稳定问题提出了优化方案,仿真结果表明优化柔性直流故障穿越控制关键参数可以改善弱受端电网故障后的恢复性能。     

柔性直流接入对弱受端电网恢复特性的影响及优化措施

随着柔性直流输电系统电压等级和输电容量不断提升,采用电压源型换流器的柔性直流输电技术在我国得到了大量应用,同时其对电网的影响也进一步增强。文中基于PSD-BPA机电暂态仿真软件中新开发的计及故障穿越策略的柔性直流控制系统,比较了不同直流接入方案下弱受端电网受扰恢复特性的差异。在此基础上,分析了柔性直流控制方式、直流传输功率大小以及故障穿越控制策略等因素对换流站动态有功和无功功率特性的影响。最后针对西藏弱受端电网电压稳定问题提出了优化方案,仿真结果表明优化柔性直流故障穿越控制关键参数可以改善弱受端电网故障后的恢复性能。     

子模块可控放电集中式直流耗能装置及其控制

柔性直流输电技术具有线路损耗低、可以独立控制有功与无功等技术优势,是离岸远海大规模海上风电实现并网的优选方式。采用柔性直流输电技术并网需要解决岸上交流侧发生故障时的穿越问题,目前常用的解决方案为配置直流耗能装置。在对比现有典型直流耗能装置拓扑的基础上,提出一种基于子模块可控放电拓扑的集中式直流耗能装置;采用分组阶梯投切策略降低直流耗能装置动作期间的直流电压尖峰,基于阶梯关断过程提出子模块电容精准可控放电策略,实现了故障穿越期间子模块电容电压的准确控制,电磁暂态仿真与RTDS实验结果表明所提出的直流耗能装置拓扑及控制策略能够支撑系统平稳实现故障穿越。     

基于柔性直流技术的风电场并网系统电压稳定研究

以霍林河地区某孤立系统为研究对象,以降低系统电压波动和提高系统电压稳定性为目的,提出风电场采用柔性直流方式接入系统。柔性直流输电方式基于具有自换向特性的电压源换流器,并采用脉宽调制技术,实现了有功无功的解耦,从而可进行独立连续的调节。首先对采用不同输电方式和不同风电并网容量的系统进行稳态潮流仿真,负荷节点电压维持在稳定范围内;之后对系统中常规机组故障、负荷故障和线路故障进行暂态仿真,故障后电压波动在允许范围内,并迅速趋于平稳,无需稳定措施。仿真结果表明,风电场可以采用柔性直流输电方式接入系统,系统电压稳定性较常规交流方式有很大提高。     

柔性直流与常规直流协调的紧急功率支援策略研究

柔性直流(VSC-HVDC)具有响应速度快、有功无功解耦、可向交流系统提供无功支撑等运行特性。将柔性直流纳入电网紧急控制系统,可在提升交直流电网暂态稳定性基础上降低常规切机切负荷控制的代价。基于扩展等面积法则(EEAC),研究直流紧急功率支援提高故障后系统暂态安全稳定性的机理;通过对不同类型直流功率调制的对比研究,指出柔性直流与常规直流(LCC-HVDC)的紧急功率支援在改善故障后系统功角恢复方面存在差异,紧急控制应考虑不同类型直流的控制优先级;提出为保障故障后电网暂态稳定所需直流紧急支援功率计算方法,并结合不同故障情况下直流功率支援的优先级制定相应的紧急协调控制策略。     

利用调相机提升送端双馈风机高电压穿越能力的协调控制

提出了一种利用同步调相机提升送端双馈风电场高电压穿越能力的无功协调控制策略,以避免风电场大规模脱网。大容量同步调相机由于其动态无功支撑和短时过载能力强,现已广泛应用于直流输电系统中,然而由于同步调相机的响应时间有限,其故障时无功出力会出现滞后。在分析了双馈风机和调相机的无功出力特性后,提出了一种无功协调控制策略。在部署同步调相机的同时,通过在故障暂态期间控制风电场参与无功调节,可以优化电网电压骤升期间的无功补偿。并在故障后稳态期间控制风电场退出无功调节,使得故障恢复后风电场能更快进入正常运行。在系统发生直流闭锁、小无功扰动或连续换相失败等故障下的仿真结果表明,协调控制方法可以在故障期间有效降低风机峰值端电压,加快系统电压恢复。     

VSC-MTDC联网风电场的交流故障穿越控制

研究了用于风电场并网的柔性多端直流输电系统(VSC-MTDC)交流故障穿越协调控制策略。考虑到实际风电机组的故障保护阈值,提出将升频法/降压法和直流卸荷电路相结合的故障穿越协调控制策略,同时故障期间受端站控制方式由有功电流控制优先切换到无功电流控制优先,根据电网电压跌落深度,按一定比例向电网提供无功功率,以帮助电网电压故障后迅速恢复。基于MATLAB/Simulink搭建了风电场经三端柔性直流输电并网系统模型,验证了所提控制策略的有效性。     

基于电压滞环的柔性直流改进低电压穿越控制策略研究

柔性直流在受端弱交流系统故障期间可保持并网运行,还可以输出一定的无功功率支撑系统电压;但在系统电压恢复瞬间,所输出的无功功率并不能立刻恢复,导致交流系统暂态过电压。针对此问题,首先介绍了柔性直流dq旋转坐标系下的有功功率、无功功率解耦控制策略;其次,分析了柔性直流接入的弱交流系统故障期间的低电压穿越控制策略,并提出基于电压滞环的改进低电压穿越控制策略,该策略不仅可以在故障期间输出一定的无功功率支撑系统电压,还可以在故障恢复瞬间使无功功率恢复到零,减小对交流系统的冲击;最后在PSCAD/EMTDC中搭建了柔性直流的仿真模型,验证所提控制策略的有效性。     

基于功率指令切换的双级式构网型光伏故障穿越控制策略

在新型电力系统构建中,构网型光伏将发挥巨大作用。但受限于电力电子器件过流能力,目前针对构网型光伏的故障穿越控制策略还需进一步完善。综合考虑逆变器稳态和暂态过流抑制,提出了一种基于功率指令切换和虚拟阻抗的双级式构网型光伏发电故障穿越控制策略,该策略计及光伏直流侧动态响应,能够实现满足电流限幅约束的前提下向并网电压提供无功支撑,同时保持故障期间构网型光伏对系统惯性的支撑特性,提升大扰动下光伏换流器暂态功角稳定性。仿真结果表明,在电网发生严重电压跌落的情况下,所提控制策略可在保持逆变器直流侧电压稳定的同时实现故障穿越功能。     

大容量柔性直流输电系统接入对电网暂态稳定性影响分析

结合厦门柔性直流输电科技示范工程,分析大容量柔性直流输电系统接入对电网暂态稳定性影响机理,利用PSD-BPA暂态稳定仿真程序对大容量柔性直流输电系统接入电网后暂态稳定进行仿真分析。结果表明:柔性直流输电系统接入对交流电网单一故障暂态稳定影响不明显;柔性直流输送功率大小及短路比对暂态过程电压有影响。随着柔性直流输电系统向交流电网输送功率增大,电压稳定水平将提高,短路比越小,效果越明显。针对交直流混联电网安全稳定问题,提出相应的措施建议。     

直流近区系统故障下的暂态电压特性分析及支撑策略研究

针对直流近区域交流系统故障与特高压直流交互作用下的暂态电压机理尚不明确的问题,在深入分析交直流系统无功功率交互作用的基础上,明确了影响暂态电压的主导因素。考虑故障持续时间及故障严重程度,建立了换流母线暂态电压计算表达式,揭示了不同故障严重程度及短路比下整流器无功功率消耗对暂态电压的影响机理。基于此,推导建立了直流电流指令值计算表达式,并提出了整流器控制优化策略,实现了直流系统对暂态电压的主动支撑。最后,基于PSCAD与CIGRE HVDC的仿真结果验证了理论分析的正确性与暂态电压支撑策略的有效性。     

机组协同-分布卸荷的风电场-柔直并网系统故障穿越方法

为降低风电场-柔性直流并网系统在交流主网发生低电压故障时的穿越成本,提出一种直流耗能装置与风电机组卸荷电路协同作用的电网故障穿越策略,在电网故障时送端换流器配合风电场快速降低直流功率输出.由于直流耗能装置仅在故障发生的前期、风电场输出功率下降前起到限制直流电压升高的作用,该策略能够显著降低直流耗能装置的体积.在此基础上,该策略将直流耗能装置中的耗能电阻分散置入到受端模块化多电平换流器中,进一步降低了卸荷成本.最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中,构建了风电场-柔性直流并网系统的仿真算例,对所提出的故障穿越方法的正确性和有效性进行了验证.     

海上风电场与柔性直流输电系统的新型协调控制策略

提出了一种适用于采用双馈机型的海上风电场与柔直输电系统的新型协调控制策略。接入风电场的送端换流站采用基于锁相环的定功率控制,根据风电场的有功参考值控制其有功功率输入,并且在送端换流站的有功功率控制外环中加入有功功率与直流电压平方的下垂特性来加强直流电压暂态稳定性;双馈风电机组采用同步控制,调节海上风电场交流电网的电压幅值和角度。相对于经典协调控制策略,该控制策略可以加强柔直输电系统的直流电压稳定性,对通信延时不敏感,通信成本较低。该控制策略还实现了送端交流电网故障下系统的故障穿越。文中以风电场接入基于多电平的两端柔直输电系统作为仿真研究对象,通过仿真分析验证了该协调控制策略的有效性和优越性。     

风电经柔性直流电网外送系统的交流故障诊断与穿越控制策略

在风电柔性直流电网中,交流故障的快速定位和穿越是需要解决的主要问题之一。该文首先分析直流电网下不同位置及不同性质交流故障的暂态特性,提出一种新型的暂态能量转移指标——潮流转移熵。基于潮流转移熵对不同交流故障的敏感性,提出异地交流故障检测与定位方法,设计无需远距离通讯的源侧暂态能量耗散策略。进而提出故障性质判定方法,并针对永久性交流故障设计风电场和耗能电阻的协调配合控制策略。最后通过PSCAD仿真验证提出的故障诊断和穿越方法的有效性,在该方法下,系统能够在任何受端发生瞬时性或永久性交流故障均实现不间断运行。     

高压直流定无功功率交流故障恢复方法

高压直流系统无功功率动态特性与直流控制强相关,对受端交流系统故障电压恢复特性具有显著影响。为此,研究了直流控制与无功功率动态特性的相互作用关系及其对故障恢复的影响。首先,分析受端交流系统故障时直流系统固有的无功功率动态特性,在此基础上,研究直流电流指令值、交流母线电压与无功功率交换量之间的动态相关性,提出低压限流功能的替代方案。接着,针对交流母线电压的不同故障水平,进一步研究了交流系统与换流站在不同交流电压水平下的无功功率交换能力。最后,仿真验证了在对称故障下所提替代方案能够提升交流故障支撑能力,改善系统的故障恢复性能,降低系统恢复过程中发生换相失败的概率。     

T型三电平VSC-HVDC系统模型预测灵活功率控制策略

建立了基于T型三电平基于电压源型换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)系统功率模型,并据此提出了基于两步预测的有限控制集模型预测直接功率控制策略,其可实现功率指令值的精确跟踪、直流侧电容电压平衡和降低平均开关频率3个控制目标。但该控制策略在电网电压不对称时会产生谐波电流,为了解决该问题,通常增加功率补偿策略。然而当采用传统的功率补偿策略时,只有3种可选的控制目标:抑制负序电流、抑制有功波动和抑制无功波动。上述3种控制目标难以在各种类型的交流故障下同时满足换流器自身的限制条件和电网对换流器故障穿越的要求。为此,提出了灵活功率控制方法,其可在各控制目标之间实现折中控制,控制方式灵活。搭建了T型三电平VSC-HVDC系统仿真模型,仿真结果验证了所提策略的正确性。     

LCC-MMC型混合直流送端交流系统故障时直流电流的暂态过程解析

电网换相换流器和模块化多电平换流器(LCC-MMC)型混合直流输电解决了传统直流受端的换相失败问题,目前葛洲坝—上海直流系统正在进行受端柔性直流化改造的方案论证,而焦点在于送端交流系统故障引起直流电流快速下降的故障穿越问题。为此,首先根据送端交流系统故障时的系统等值电路得到其拉氏运算电路,基于回路电流法通过拉氏反变换求得直流电流的暂态过程,并分析了暂态电流的衰减分量及振荡分量。在PSCAD/EMTDC仿真平台上建立了葛洲坝—上海直流的电磁暂态仿真模型,仿真结果验证了分析的正确性。进一步地,忽略暂态电流的振荡分量,得到了直流电流及其过零时间的近似解析表达式。最后,利用解析表达式分析了交流电压跌落程度、平波电抗器和控制策略对直流电流过零时间的影响。所提方法可为LCC-MMC型混合直流输电的送端交流系统保护定值整定及平波电抗器参数的选取提供依据。     

受端混联型多端直流输电系统逆变侧交流故障特性分析及协调控制策略

受端混联型多端直流输电系统具有很好的工程应用前景,但受端不同换流站在交流故障时的耦合特性复杂,其控制策略应能适应各站交流故障穿越的需求。首先研究了受端混联系统逆变侧并联模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)侧交流故障时的电流不平衡、过压过流机理,以及电网换相换流器(line commutated converter, LCC)侧交流故障时的功率返送机理。然后,基于故障特性提出了一种简单的协调控制策略,即通过在MMC从站配置基于有功不平衡量的电压补偿来实现并联站间电流平衡,通过设计合适的LCC定电流整定控制来解决严重过压问题。最后基于白鹤滩—江苏多端直流输电工程实际参数的电磁暂态仿真结果,验证了对故障机理分析的正确性和所提控制策略的有效性。协调控制策略不仅能有效解决MMC功率和电流不平衡问题、减小过压过流和避免功率返送,还能改善系统恢复性能,提升系统安全稳定性。     

一种抑制多馈入直流系统后续换相失败的低压限流单元参数优化策略

多馈入直流输电系统受端换流站电气距离近,直流系统与交流系统之间、直流系统与直流系统之间相互作用也更为复杂。当交流系统较弱时,故障恢复期间提供的无功支撑不足,容易引起多回直流系统发生后续换相失败。配置无功补偿装置,优化控制环节参数等措施均有利于改善直流系统的故障恢复特性。基于此,提出一种抑制多馈入直流系统后续换相失败的低压限流单元参数优化策略,利用静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)输出的无功大小来衡量直流系统恢复程度,并将STATCOM输出的无功功率和直流电压相结合作为输入信号,随故障发展过程自适应调整低压限流单元输入输出特性,降低系统发生后续换相失败的概率。在PSCAD/EMTDC中搭建含STATCOM的双馈入直流输电系统模型,仿真结果验证了所提策略的有效性。     

基于最优变目标的HVDC与SVC非线性综合协调控制

直流功率调制能有效地提高交直流系统的稳定性,但同时直流换流站也要消耗大量的无功,影响交流系统的电压稳定。为此,提出了基于最优变目标的HVDC与SVC综合控制策略,通过直流功率调制改善系统稳定性的同时,利用SVC来对直流逆变侧进行无功补偿,使逆变侧电压更具稳定性。首先建立了交直流混合系统中HVDC与SVC的综合控制模型,在此基础上,推导出基于最优变目标的控制理论的HVDC与SVC非线性综合控制策略。仿真结果表明,以该控制策略设计的控制器能有效地提高系统阻尼,改善逆变侧交流母线电压特性。