多换流器并联特高压直流系统控制策略及仿真

并联高压直流输电系统是多端直流系统的一种特殊方式,并联扩建方案经济性好、运行灵活方便。利用实时数字仿真器(RTDS)建立了±800kV双换流器并联、10GW双极直流输电仿真模型。直流控制保护模型采用所开发的直流输电控制保护样机,与RTDS构成实时闭环仿真试验环境。控制策略采用电流裕度控制,整流侧两个换流器均定电流,逆变侧一个换流器定电压,另一个换流器定电流。控制系统架构按双极/极控制层,换流器层控制进行设置。换流器层控制实现两个换流器的触发控制,双极/极控制层产生电流和电压参考值指令,经分配后,发送至换流器层控制。利用该仿真系统对双换流器并联的直流输电系统启停、稳态运行工况、换流器在线投退、功率分配策略等进行仿真研究,结果表明所提出的控制策略和开发的控制保护样机可以满足双换流器并联的高压直流输电要求。     

高压直流输电线路入口端谐波阻抗特性研究

空充变压器时直流线路沿线的50 Hz谐波分量分布与直流线路入口端谐波阻抗有关。针对直流线路入口端谐波阻抗特性展开详细研究。分析了不同直流运行方式下的直流线路入口端谐波阻抗,定性对比其大小关系。研究了直流线路入口端谐波阻抗的解析等值模型,并基于实际直流系统仿真模型,分别通过解析等值法和测试信号法对不同运行方式下的直流线路入口端谐波阻抗进行计算,验证该解析等值模型的准确性。进一步地,根据计算结果分析直流运行方式对直流线路入口端谐波阻抗大小的影响,所得结论与前文定性分析一致。改变换流器模型中换流变套管杂散电容的大小,研究杂散电容对直流线路入口端谐波阻抗的影响,实现了解析等值模型的简化。     

高压直流换流站内融冰装置的交流滤波系统设计

直流融冰装置是冰期保证电网安全稳定运行必不可少的设备。本文重点针对高压直流输电系统换流站内融冰装置设计的特殊场景,研究了融冰装置对融冰交流母线电能质量、直流换流站交流母线电能质量、换流站交流滤波器设备的影响,提出了换流站内融冰装置的交流滤波系统的设计原则和方法,并通过设计实例和仿真验证了所提出方法的有效性。本文提出的方法能够有效降低融冰装置对直流换流站的电能质量和设备的影响,保证高压直流输电系统和融冰装置的安全稳定运行。     

考虑换流器内部故障的LCC-HVDC动态平均化建模方法

随着多个高压直流输电工程陆续投入运行,中国输电网呈现交直流混联的特征,其稳态与暂态特性区别于传统的交流互联电网。常规高压直流线路采用晶闸管换流器作为交流系统与直流系统的接口,换流器内部发生故障往往给系统的运行带来安全风险。研究高压直流换流器内部故障对电网运行的影响,需要建立准确高效的直流换流器暂态模型。基于分立开关的直流换流器详细模型在仿真过程中需处理大量开关动作事件,计算效率无法满足大规模交直流混联电力系统在线分析的需求。提出一种考虑内部故障的高压直流输电系统动态平均化模型,能够准确模拟由于直流换流器内部故障引起的暂态响应,且具有较高的计算效率,并以CIGRE标准直流输电系统为例验证了所提出模型的准确性与高效性。     

混合级联直流输电系统主动谐波补偿控制

为提升混合级联直流输电系统接入点的电能质量,减少工程占地与造价,提出了一种基于模块化多电平换流器的主动谐波补偿方法.首先,介绍了混合级联直流输电系统的拓扑结构和谐波特征,其中高压阀组采用电网换相换流器,低压阀组则采用模块化多电平换流器.然后,介绍了系统的谐波等值电路与主动谐波补偿控制策略,通过模块化多电平换流器对电网换相换流器的谐波进行补偿,并分析了主动谐波补偿对模块化多电平换流器稳态运行的影响.最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建了混合级联直流输电系统的仿真模型,验证了主动谐波补偿控制策略在系统稳态运行、功率变化和计及延时工况下的有效性.     

基于EMTDC的HVDC极控制的建模与仿真

为了配合高压直流输电系统在我国的发展,介绍了高压直流输电极控制系统的基本结构和工作原理,运用PSCAD/EMTDC仿真软件对极控系统中的最主要功能,如定电流控制、定电压控制、定熄弧角控制以及限幅环节进行了数字建模,并应用于Cigre的HVDC标准测试系统,对4种工况进行仿真计算,仿真结果表明该极控系统具有良好的跟踪设定参考值变化的能力;当交、直流系统发生故障时,控制系统调节快速,能迅速抑制故障,并使故障恢复后直流输电系统能平稳过渡到稳定工况,说明所建仿真模型的正确性。     

基于EMTP/ATP的HVDC整流器建模及仿真

基于EMTP/ATP程序研究高压直流输电(HVDC)换流器的暂态特性,需要建立控制及电气元件的详细模型,同时,在进行仿真研究时,尤其是当HVDC换流器与弱交流系统相联时,需特别注意电磁暂态过程本身所具有的复杂特性。基于EMTP程序,并考虑到HVDC联于弱交流系统时的情况,建立了详细的HVDC整流器仿真模型,包括门极触发单元(GFU)、电流控制器、阀缓冲电路等,同时,为缩短仿真初始化时间,还在电流控制器中引入了延迟阶跃信号DS。最后,基于CIGRE标准模型对所建立的HVDC整流器EMTP仿真模型进行了测试,仿真结果表明,系统对于正常的电流调节及突发故障均表现出良好的动态性能。     

中俄背靠背换流站直流系统与静止无功补偿器的协调运行

为解决中俄联网背靠背换流站中国侧交流系统较弱的问题,在换流站中国侧安装了配合直流系统运行及提高交流系统暂态稳定性的静止无功补偿器(static var compensator,SVC)。从抑制换流母线暂态电压波动、提高交流滤波器/电容器分组容量及提高换流站中国侧交直流系统稳定性的角度考虑,通过仿真确定了换流站装设SVC的容量。同时结合SVC的特性及直流系统的性能要求,分析了直流系统和SVC在不同运行方式下的运行特性,提出了SVC的控制目标及SVC配合直流系统运行的协调控制原则。     

并联型多端直流输电系统运行方式研究

LCC通过反转电压极性实现整流和逆变的转换,可能导致并联型多端直流输电系统功率短时中断。为此,提出一种基于LCC的并联型三端直流输电系统接线方案,分析可能存在的运行方式及转换方法,提出极性转换、电压控制站投退的控制顺序和故障极紧急停运策略。基于PSCAD/EMTDC平台建立三端直流输电系统仿真模型,仿真极性转换、电压控制站投退和故障极紧急退出实验。仿真结果表明该多端系统换流站功率反转不影响其余换流站功率稳定运行,并且能够安全隔离故障设备,快速恢复健全系统稳定运行。     

HVDC换流器的阻抗频率特性

高压直流(HVDC)换流器阻抗频率特性的确定对避免系统发生谐振具有重要意义.文中提出了基于开关函数理论的HVDC换流器直流等值阻抗和交流等值阻抗计算方法.该方法计及了换流器换相过程的影响,计算换流器的直流等值阻抗时考虑了交流系统的影响,计算换流器交流等值阻抗时考虑了直流系统乃至对侧交流系统的影响.CIGRE first benchmark模型被用于验证该方法.PSCAD/EMTDC仿真和该方法计算得到的阻抗频率特性相吻合.仿真结果证明,直流系统对交流系统的谐振频率有着不可忽略的影响,这种谐振有可能导致直流输电系统的不稳定运行,而该方法可以准确、方便地计算出谐振频率.     

灵宝背靠背直流输电工程中的RTDS试验模型

为评估对灵宝背靠背直流联网工程直流系统控制保护技术的掌握情况并保证工程进度按计划顺利实施,在现场调试前对二次系统设备依设计规范在实验室进行了闭环仿现场运行试验。采用北京网联公司(BDCC)实时数字仿真器(RTDS)建立了仿现场一次试验回路模型,同时根据直流输电基本调节原理建立了使试验模型仿真运行所必须的RTDS软件内部换流器控制模型,以校核模型运行的仿真度。在内部模型的控制下RTDS试验回路模型的结构参数被调整到其所有运行状态变量均与设计值相符合,证明了试验模型仿现场运行的有效性。经过校核的RTDS试验回路已成功地应用于灵宝工程整套二次设备的功能验证。     

考虑缓冲回路的HVDC系统状态空间模型与求解算法

为了提高基于状态空间法的高压直流输电系统仿真计算精度,提出了一种考虑缓冲回路的HVDC系统仿真计算方法。以晶闸管的阀电流和缓冲电流作为状态变量对晶闸管进行建模,将换流变压器不同工况下的电压变换关系通过关联矩阵表示为统一的形式,建立换流器和换流变压器的状态空间模型,结合直流线路模型推导HVDC系统一次设备状态空间表达式。进一步,分析了控制系统的触发信号生成方法以及一次系统与控制系统的数据交互过程,实现了HVDC系统数学模型高精度求解。最后将Matlab实现的算法结果与PSCAD仿真结果进行对比,一次系统求解精度可达99.99%。     

直流核心设备“工厂化”检修体系建设研究

为保证直流换流站设备检修管理适配中国高压直流输电工程大规模投运的新形势,实现管理集约化、机构扁平化、运维一体化、检修专业化的发展目标,根据电网检修管理相关理论,从直流换流站检修管理现状出发,分析了直流换流站检修管理存在的问题,提出了构建直流核心设备检修体系集约化的管理模式,建立以“例行检修中心、状态检修中心、紧急抢修中心、系统仿真平台、可靠性分析平台以及备品备件仓储中心”建设管理为核心内容的直流核心设备工厂化检修管理机制。与现有直流设备检修管理模式相比,工厂化检修管理模式,能够实现人力、技术、装备资源的统筹协调,进一步提高检修管理效率和劳动生产率,保障直流输电系统长期可靠稳定运行。研究结果对直流输电系统设备检修管理建设有重要参考意义。     

特高压直流碳化硅晶闸管阀损耗探讨

碳化硅是发展最为成熟的新型宽禁带半导体材料,且碳化硅功率器件近期已开始代替常规的硅基器件。以典型的±800 kV,额定电流为5 kA的高压直流输电工程为实例,建立了换流阀基本组件的电气模型,用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了换流器仿真电路,研究碳化硅晶闸管在高压直流换流阀中的应用。对基于碳化硅晶闸管和普通硅晶闸管的直流换流阀电气特性和损耗进行仿真结果比较。计算结果表明:用碳化硅晶闸管来代替传统的硅晶闸管,可以在不同的触发角和工况下大幅减少系统的功率损耗。最后估算了在直流工程中使用碳化硅晶闸管阀带来的经济效益。     

轻型高压直流输电系统的仿真与故障分析

轻型高压直流输电（high voltage direct current light,HVDC Light）是一种基于电压源换流器（voltage sourced converters,VSC）和脉冲宽度调制技术的新型直流输电形式,其运行控制简单,输出波形好,解决了传统高压直流输电换相困难,两端必须采用有源电源等问题。分析了HVDC Light系统的结构及基本原理,针对定直流电压和定有功功率的控制方式,构建了HVDC Light系统的MATLAB仿真模型;分析了系统的功率和直流电压的稳态特性,并针对几种常见的交流侧物理量扰动和三相短路故障进行了仿真分析。结果表明,受到扰动后的系统能够在0.3 s左右恢复稳态。仿真结果证明了HVDC Light系统的可行性和仿真模型的正确性,为HVDC Light系统的实际应用提供了参考。     

大规模交直流电力系统仿真计算的相关问题

针对大规模交直流电力系统仿真计算中涉及到的几个相关问题进行了讨论。指出用于大规模交直流电力系统仿真计算的最有效的工具是带有用户自定义功能的交直流电力系统数字仿真程序，传统的动模试验和最新出现的实时数字仿真器并不适合于对大规模交直流电力系统进行系统研究。通过考察直流输电换流器准稳态模型导出的条件，阐明了直流输电换流器的准稳态模型在交流系统不对称故障期间是不适用的。论证了影响逆变器换相失败的因素有多个，重点研究了触发越前角、换流站交流母线电压跌落，直流电流增大以及换流变压器短路阻抗等因素对换相失败的影响。通过实例论证了交流系统故障时直流输电系统的动态响应特性，必须在仿真过程中通过对直流输电系统及其控制器的行为进行精确的仿真计算才能得出，凭经验事先估计直流输电系统在交流系统故障时的响应特性是不科学和不可靠的。     

基于LCC-VSC多端混合直流输电系统的启停控制策略及动模试验

为了研究验证基于电网换相换流器-电压源换流器(line commutated converter-voltage source converter,LCCVSC)多端混合直流输电系统的启停控制策略,搭建了完整双极的LCC-VSC三端混合直流输电动模平台,在LCC(整流)-VSC(逆变)、VSC(整流)-LCC(逆变)以及VSC(整流或逆变)接入常规LCC直流输电系统等混合直流输电运行模式下,对系统的启动和停止等关键控制策略以及一端投退对多端混合直流输电网络的影响进行了实验研究,并根据实验结果对混合直流系统的主要控制功能和特点进行了分析。实验结果表明所提出的控制策略能够实现混合直流输电系统的平稳启停和在线投退。     

直流闭锁暂态过电压对风电外送影响及其抑制措施

高压直流输电系统直流闭锁引起的送端交流母线暂态过电压可能影响送端风火打捆交流系统风电机组的稳定运行。针对该问题,首先分析了直流闭锁引起暂态过电压的主要原因及其对风电机组造成的影响,然后阐述了直流闭锁动态过电压及保护动作过程,并利用由PSCAD中自带示例Cigre_Benchmark改进的双极高压直流输电系统模型仿真分析了直流闭锁的触发方式及其引起暂态过电压的过程机理。通过改进触发直流闭锁的紧急停机策略,减缓直流闭锁的触发过程,改变保护措施的触发顺序,并与安全控制系统配合来抑制送端并网母线的暂态过电压,以此来保证风电机组的稳定运行。基于PSCAD/EMTDC搭建了风火打捆高压直流模型,最后通过算例仿真证明了所提方法的有效性。该方法对于风火打捆高压直流输电系统的电压稳定性研究具有一定的参考价值。     

高压直流输电开路试验机理分析及解析计算

高压直流开路试验(Open Line Test, OLT)是检测换流阀、直流场设备、直流输电线路绝缘是否正常的重要手段。基于电力电子理论和电路理论,采用高压直流工程中换流阀实际运行参数及其触发控制方式,对高压直流开路试验建立可定量计算的等效电路。分别对带和不带直流线路开路试验的试验原理及开路电压建立过程进行解析分析和定量计算,解释了两种工况下开路电压建立的原理与物理本质。采用等效电路定量计算不同工况下开路试验电压,计算结果相比于传统公式误差显著降低。在PSCAD/EMTDC中利用CIGRE高压直流标准测试模型,对计算结果进行了仿真验证。     

天广±500 kV高压直流输电系统建模及仿真

根据天广直流输电系统工程的实际参数,使用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件建立了包括交流系统、换流变圧器、整流/逆变器、交/直流滤波器、平波电抗器及直流输电线路的模型,并在PSCAD的CIGRE HVDC标准高压直流输电系统控制系统的基础上加以修改,搭建出天广双极双12脉动高压直流输电系统模型。仿真结果表明：该模型能够较准确地模拟天广直流输电系统,为研究双极高压直流输电线路故障提供了有效的工具。