考虑VSC-HVDC作用的LCC-HVDC系统短路比实用计算

准确量化LCC-HVDC（电网换相换流器型高压直流输电）及VSC-HVDC（电压源换流器型高压直流输电）多馈入系统的传输极限和电网强度是保障新型电力系统稳定运行的关键之一。通过改进传统LCCHVDC交直流系统的电网强度量化方法，提出了量化混合直流馈入系统电网强度的短路比指标，以此分析交直流系统的传输极限。首先，根据潮流方程建立混合直流馈入系统的准稳态模型；其次，通过分析雅克比矩阵奇异性与直流馈入系统功率传输极限的关系，得到用于评估混合直流馈入系统中LCC-HVDC传输极限的短路比指标，并分析指标临界值与VSC-HVDC运行方式的灵敏度关系；最后，通过PSCAD/EMTDC及MATLAB平台验证了短路比指标的有效性。分析结果表明：VSC-HVDC在受端定电压控制方式下具有更好的电压支撑能力，同时VSC-HVDC的运行方式对LCC-HVDC传输极限的影响较小，可通过所提指标进行定量分析。     

特高压直流分层接入受端系统电压稳定性分析

特高压直流分层接入方式下,受端交流系统相互耦合,其无功电压特性更为复杂。如何评价分层接入方式下受端系统的电压稳定问题亟待研究。首先提出了直流分层接入方式下的电压稳定因子指标,并基于交直流混联系统的等值模型及特性方程,推导了分层接入电压稳定因子的计算方法。最后,针对不同直流控制方式和不同网架结构时的电压稳定因子大小,分析了多种运行方式下受端系统的电压稳定性。结果表明,直流系统采用整流侧定电流或功率,逆变侧均定电压控制方式最有利于受端系统换流母线的电压稳定。     

基于电压灵敏度的交直流系统源网协调电压优化控制

随着特高压直流输电在远距离、大容量功率传输方面的广泛应用,当前电网发展成为交-直流深度耦合的复杂系统,给系统电压安全控制带来了严峻挑战。基于交直流系统的电压灵敏度,计及直流系统整流侧及逆变侧换流器控制量调制,提出了交直流系统源网协调的在线电压优化控制方法,构建了以综合控制代价及电压控制偏差最小为目标的线性约束二次优化模型,能够快速求解交直流系统源网控制量的控制参考值,进行在线电压幅值偏差校正。通过对直流系统整流侧、逆变侧换流器的控制量进行优化,直流系统可充分参与交直流电网电压稳定控制。交直流混联系统的仿真结果表明了所提优化控制方法能有效协调交直流系统控制量,保证电压运行在安全范围之内。     

基于三电平换流器的交直流混合配电系统研究

针对分布式可再生能源及直流负载低成本接入、高效运行需求,提出一种新型低成本交直流混合配电系统结构,通过送端及受端换流器实现交直流电压等级的构建,同时线路方面可利用原有的三相线路进行改造,无须新增扩建线路,大幅降低投入成本。分析了所提交直流混合配电系统结构优势特点,对送、受端换流器支撑电容组件进行了定量优化设计,提出了送端换流器双闭环控制策略及受端换流器功率解耦控制策略,并搭建了实验室系统样机,仿真及实验验证了所提系统结构及控制策略的有效性及正确性。     

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。     

交直流混合微电网储能DC/DC及接口换流器协调控制

针对交直流混合微电网,提出一种接口换流器与直流侧电网储能DC/DC换流器的协调控制策略。不管系统工作在何种状态,储能DC/DC换流器始终进行电压控制以实现直流侧电压的零偏差,而接口换流器通过检测交直流混合微电网状态调节自身工作方式,实现微电网系统在并网及孤网模式下的稳定运行和2种模式稳定、快速的切换。通过计算机软件仿真及物理实验的验证,可以证明这种控制策略可以实现交直流混合微电网直流侧电压在孤网状态下的零偏差,并且运行与模式切换的稳定性良好。     

LCC与VSC级联的特高压混合直流输电系统控制策略

受端为电网换相换流器(Line Commutated Converter, LCC)与电压源换流器(Voltage Source Converters, VSC)级联的特高压混合直流输电系统能够抑制受端LCC换相失败导致的功率传输中断,系统接线方式和控制方式变得灵活和多样化。针对受端交流系统故障穿越,提出了基于直流电压与受端交流电压的低压限流控制策略和LCC限压恢复策略。针对多换流器的稳定运行,提出了多换流器功率协调控制策略和VSC在线投退策略。针对直流线路故障穿越,提出了基于直流电压偏差控制的穿越策略。基于电磁暂态程序(PSCAD/EMTDC)搭建了LCC与VSC级联的特高压混合直流输电系统仿真模型。仿真结果验证了所述控制策略的有效性。     

海上多端直流输电系统协调控制研究

为了避免多端直流输电系统(multi-terminal DC,MTDC)对各换流站之间高速通信的要求,实现各换流站间的自主协调控制,基于电压源型换流器的电压?电流特性和故障时减少风功率注入的思想,提出了种应用于大规模海上风电场功率远距离外送的多端直流输电系统协调控制策略。在多端直流输电系统正常运行时,网侧换流器不仅可以控制直流电压的稳定,而且可灵活对电网进行风电功率传输。在多端直流输电系统故障运行时,风场侧换流器来保持直流电压的稳定和协调风场间各风机出力。后,搭建了Matlab/Simulink仿真模型,针对所提出控制策略的动态性能进行了仿真验证,结果表明所提控制策略能够保持直流电压在交直流故障等大扰动下相对稳定,维持系统正常运行。     

计及LCC-HVDC交直流系统静态电压稳定的综合短路比强度指标

针对过往电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCCHVDC)交直流系统的强度指标缺乏严密理论基础的问题,该文研究计及LCC-HVDC交直流系统静态电压稳定的强度指标定义方法。首先,定量分析单馈入LCC-HVDC系统不同控制方式对交直流系统静态电压稳定的影响。其次,提出一种能够衡量交直流系统电压稳定裕度的综合短路比(integrated short circuit ratio,ISCR)强度指标。该指标考虑了交直流系统的实际潮流信息,能够同时应用于交直流系统的规划、设计和运行阶段;兼顾了LCC-HVDC系统的直流功率–电压动态特性,能够研究控制方式差异性对其影响;同时,基于静态电压稳定极限定义的临界综合短路比(critical integrated short circuit ratio,CISCR)指标取值恒为1,因而能够刻画互联交流电网对直流系统的临界电压支撑强度。最后,考虑额定运行工况和负荷动态变化过程的算例分析结果,及不同强度指标的对比分析,均表明了采用ISCR和CISCR指标的有效性。     

海上风电–柔直并网系统自同步电压源控制与电网故障穿越

采用柔性直流输电技术送出是大规模海上风电的发展趋势。由于电流控制型的海上风电–柔直并网系统隔离了风电场的惯量,电压源控制方式成为应对新能源主导电力系统稳定运行的一种有效途径。现有海上风电–柔直并网系统的电压源控制研究多集中于控制实现与稳态特性方面,而针对该系统故障控制方面的研究十分匮乏。该文提出一种具备故障穿越能力的海上风电–柔直并网系统自同步电压源控制策略。在受端换流器中,通过子模块能量与同步发电机转子的类比及直流侧的解耦控制,兼顾了对直流母线电压的灵活控制和对电网频率的无锁相环自同步,并改善了通过直流母线电压向送端换流器传递电网频率时的抗扰性能。送端换流器从直流电压中提取电网频率并镜像到其交流侧,辅助海上风电场实现对电网的惯量响应。进一步地,设计受端换流器的电网故障穿越策略,在实现对输出电流限幅的同时,确保了受端换流器的功角稳定。最后,在PSCAD/EMTDC软件中通过仿真验证所提控制方法的有效性。     

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。     

减小交直流电网无功交换的无功控制策略研究

为了解决直流工程小功率运行时过剩的无功功率给交流电网的稳态调压带来的困难,一般的做法是通过增设站内感性低压电抗器或静止无功补偿器吸收过剩无功,或者是通过调节交直流系统的运行方式来改变换流器消耗的无功,以实现交直流电网无功交换的平衡。在对不同技术路线的直流控制保护系统采用的换流器辅助无功控制策略(换流器无功控制与低负荷无功优化功能)进行详细的分析研究基础上,采用实验方法推导出换流器的无功消耗与点火角/熄弧角、直流电流之间的相互关系,表明提高最小关断角可吸收过剩无功,有效解决直流系统小功率运行时的交流电网电压升高的问题。同时针对直流工程广泛采用的低压电抗器或弱交流系统采用的静止无功补偿器参与换流站无功控制策略与无功平衡的配合进行了深入的探讨研究。实验证明所提出的方法能有效解决直流小功率运行的无功过剩问题,同时简化换流站无功配置,可在直流工程中加以借鉴运用,具有较好的适用性。     

直流闭锁后系统暂态稳定紧急协同控制策略研究

交流故障引发的电网换相换流器型高压直流输电在短时间内多次换相失败将导致直流闭锁,严重威胁故障后系统的安全稳定运行。提出了考虑直流闭锁过程的多直流功率支援和送端切机的紧急协同控制策略,以保障故障后系统的暂态稳定。首先,基于相轨迹首摆过程中斜率变化特性,定义了紧急控制投入判据,并推导出所需控制量与控制投入时刻、系统惯性等参数的解析表达式。其次,建立了可提供控制量与直流参与功率支援条数和送端切机台数的数学关系,并基于故障后稳定平衡点变化特性,确定了直流参与功率支援顺序以及送端切机顺序。最后,搭建了改进的IEEE 68节点交直流混联系统机电-电磁混合仿真模型,验证了所提策略的正确性和有效性。     

综合灵敏度和静态电压稳定裕度的直流受端交流系统电压薄弱区域评估方法

提出综合无功-电压灵敏度与静态电压稳定裕度的直流受端交流系统电压薄弱区域评估方法,并在灵敏度及静态电压稳定计算中计及了负荷静态电压特性。以计及负荷静态电压特性的交直流电力系统潮流方程为基础,计算交流节点电压相对于直流落点无功功率的灵敏度;基于连续潮流法,计算计及负荷静态电压特性的直流受端交流系统静态电压稳定裕度,综合这2个指标识别电压薄弱区域。并进一步地比较了不同ZIP负荷占比、不同直流控制方式对直流落点近区交流系统电压薄弱区域评估的影响。     

交直流互联下的大型受端电网静态电压稳定性研究框架与应用

随着负荷快速增长和电网建设受限制,交直流互联运行系统的受端电网面临电压不稳定的风险越来越大。根据静态电压稳定性分析成熟方法及工具,进一步发展交直流互联下大型受端电网静态电压稳定性研究框架,并应用于西电东送受端电网———广州电网,求出大型复杂电网静态电压稳定约束下的负荷裕度和电压裕度,并利用模态分析法判断电网薄弱节点,对电网的安全稳定运行提供有用的建议,同时也为其他交直流系统受端电网开展相关研究提供可选择的分析方法和计算工具。     

华东大受端电网安全稳定分析研究思路

含多馈人直流输电系统和特高压交流联网的华东电网,其运行复杂性和难度使电网安全稳定面临风险.提出了从交直流系统动态交互作用的影响、大受端电网电压稳定、大受端电网频率稳定、直流功率调制对受端系统稳定性的影响分析,以及特高压交流线路投产初期华东受端系统的无功电压运行分析等5个方面开展华东大受端电网安全稳定研究的基本思路,指出研究的关键,对保障大受端电网安全稳定运行具有深远的意义.     

适用于柔性高压直流输电网的直流电压下垂控制策略

基于带死区的直流电压下垂控制,提出一种适用于柔性直流输电网的新型直流电压下垂控制策略,可保障直流与交流系统交换功率的平衡。提出的新型直流电压下垂控制方法首先将各换流站分为4组,之后通过对各换流站组设定不同的电压裕度和死区来设定参与协调控制的不同优先等级,最后提出改进的"功率—电压"特性曲线来确保各换流站在暂态下具备良好的动态特性。仿真测试系统的交流部分为IEEE 39节点系统,直流部分为一个5端直流电网系统,其中换流器类型为401电平模块化多电平换流器。通过对该交直流混合系统的测试,文中提出的新型直流电压下垂控制方法可以在故障发生后有效地使系统过渡至新的稳态运行点。在暂态过程中,各换流站具备良好的动态特性。     

考虑换流器运行方式转换的AC/MTDC系统静态电压稳定分析

在AC/MTDC系统静态电压稳定分析中,为充分考虑直流换流器不同控制方式之间的转换,分析了多端并联直流输电系统各种控制模式,提出了不同控制方式之间转换的整套策略.在考虑发电机功率限制以及直流参数越限导致控制方式转变的基础上用连续潮流法分析电压稳定.该方法用加入3端直流输电线路的新英格兰10机39节点算例系统进行测试,结果表明,本方法能够很好地处理电压稳定计算中由于运行条件的改变而导致的换流器运行方式转变.     

基于虚拟同步发电机的MMC受端换流器控制策略

模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的电力电子拓扑结构决定了其零惯性的特性,对系统惯性无支撑作用,系统发生直流传输功率波动和交流系统发生短时功率失衡都可能导致与火电机组相连的交流电网频率产生较大偏差。针对上述问题,提出了一种基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的MMC受端换流器控制策略。该控制策略在MMC功率外环控制中加入一阶惯性环节,为系统提供惯性参数和阻尼参数,使换流器在运行外特性上与同步发电机相类似。通过建立VSG数学模型,对惯性参数和阻尼参数的动态响应进行分析。基于Opal-RT实时仿真,搭建五端MMC-MTDC系统验证所提出的控制策略的正确性与有效性。仿真结果充分表明,当交直流系统功率发生波动时,该控制策略能够在不依靠复杂通信系统的条件下,有效地抑制交流电网频率波动,VSG控制策略能有效为系统提供惯性和阻尼,提高交流系统频率稳定。