多馈入直流功率调制换相失败特性研究

多馈入高压直流输电系统中,直流功率调制可以起到多回输电通道间功率支援和阻尼振荡的作用,但功率调制过程中,幅度与上升时间控制不当会引起逆变站换相失败。给出了引起换相失败的直流功率调制临界指标,理论推导熄弧角、受端交流系统强度、系统的控制方式对该临界指标的影响,并仿真验证上述三个因素对直流功率调制的影响。基于多馈入高压直流输电系统,分析并验证直流功率调制造成的换相失败不会引发多馈入直流间同时换相失败。所作研究及成果为多馈入直流输电系统中直流功率调制和换相失败的研究提供参考。     

考虑平抑直流故障后功率波动的储能系统选址配置方法

多馈入直流系统在受端交流故障发生后,易导致多条直流同时换相失败造成系统功率的大量短缺,产生有功功率波动。为实现对多馈入直流输电系统受端交流故障后电网功率波动的有效抑制,从交直流交互作用强度及有功功率关键节点、线路的角度出发,提出一种平抑换相失败后交流系统有功功率波动的储能系统选址布点方法。首先依据多馈入交互作用因子确定候选区域,然后由多馈入有效短路比确定候选站点,最后以全网有功功率波动率确定储能系统具体选址位置。基于修改的IEEE-39节点系统,在PSCAD中搭建仿真模型,通过仿真验证,提出的储能系统选址方法能够有效减少受端交流故障导致直流换相失败带来的功率波动,提高交流系统的稳定性。     

An LCC-HVDC Adaptive Emergency Power Support Strategy Based on Unbalanced Power On-Line Estimation

基于区域内功率不平衡量估计的直流自适应紧急功率支援策略

李从善¹,郭健,和萍¹,陶玉昆¹,杨存祥¹,Youyi Wang²

(1.郑州轻工业大学 电气信息工程学院,郑州,450002;

2. 南洋理工大学 电气与电子工程学院,新加坡 639798)

摘要：直流紧急功率支援是在交直流互联系统故障情况下,减少切机或切负荷数量的重要措施,也是实现智能输电的要求。本文通过建立系统扰动下区域内不平衡功率的扩张状态观测器,并对观测器参数进行设置,实现不平衡功率的实时准确估计。对直流紧急功率支援限制因素进行分析,进而对紧急功率支援量进行优化,形成最终功率支援量,然后,基于功率支援阶梯递增原则,最终实现功率支援的目标。对于多落点直流输电系统,基于功率支援因子选取用于功率提升的最优直流。在PSCAD中搭建三馈入直流输电系统,对所提方法进行了仿真分析,结果表明了该方法的有效性。

关键词：紧急功率支援,不平衡功率,扩张装填观测器,阶梯递增原则,多馈入直流输电系统。

     

多直流落点系统分时多目标控制

针对多直流落点系统直流闭锁故障,提出分时多目标控制策略。该策略在监测机组滑差过零前,以最大限度减少发电机过剩动能为目标,同时提升多条直流有功功率;滑差过零后,以分配断面功率损失和提高系统阻尼为目标,通过同时降低多条直流有功提升量来平衡送受端系统功率,采用基于敏感点挖掘的的直流阻尼控制来提升后续摆阻尼。仿真结果表明,该策略显著提高“三华”电网直流闭锁故障后系统的暂态稳定性和动态稳定性。     

考虑同步调相机无功特性的多馈入直流同时换相失败风险评估方法

针对加装同步调相机后多馈入直流输电系统同时换相失败问题,提出一种考虑同步调相机无功电压特性的风险评估方法。分析同步调相机、直流系统和静态无功补偿装置的无功电压特性,并推导出多馈入交互因子(multi-infeed interaction factor, MIIF)计算公式。根据换相失败本质定义换相失败评估因子(commutation failure estimate factor, CFEF),并基于CFEF提出含同步调相机的多馈入直流系统同时换相失败风险评估方法。以山东电网为例进行验证,结果表明所提方法能够准确、有效评估多馈入直流输电系统同时换相失败,并且在直流输电系统前期规划、保证交直流系统安全稳定运行等方面具有重要价值。     

电解铝负荷响应下的源网荷协同频率二次控制

针对新能源大量接入背景下电力系统频率调节能力紧张、旋转备用不足的问题,提出一种“源网荷”协同的二次调频策略。通过柔性直流输电(voltage source converter-high voltage direct current, VSC-HVDC)系统将拥有丰富可控资源的电解铝工业电网与传统电力系统互联,建立考虑VSC-HVDC功率支援的两端互联系统二次调频模型。基于互联系统频率控制模型构建分布式架构,在两端设计模型预测控制器,控制器在本区域内进行优化控制,定期进行信息交互,主动调节电解铝负荷功耗进行需求响应,减轻由功率支援引起的送端系统功率不平衡。最后以我国西部地区某工业电网的实际数据进行仿真验证了所提出策略的有效性。结果表明,在大扰动场景下,所提出的策略可以将受端系统频率恢复时间缩短约30%,同时在调控过程中,送端系统频率偏差始终保持在0.05 Hz以内,且电解铝负荷与VSC-HVDC系统参数始终处于安全范围内。     

计及送端电网频率稳定的直流联络线极限承载能力评估

异步互联电网的发展为清洁能源跨区消纳和资源优化配置提供了有利条件,而与之带来的频率稳定问题也日益凸显,成为送端电网安全运行的一大挑战.为此,提出一种计及送端电网频率稳定的直流联络线极限承载能力评估模型.模型中构建大容量直流闭锁下的送端电网惯性、备用与频率稳定相关约束,并计及事故后一次调频与直流紧急功率支援、稳控切机的协...     

特高压混合三端直流输电系统定功率MMC交流故障穿越策略

送端采用电网换相换流器(LCC),受端采用模块化多电平换流器(MMC)的特高压混合直流输电系统是直流输电技术重要的发展方向之一。在该系统中,各换流站每极均由高、低两个阀组直流侧串联而成。当其受端MMC发生网侧故障时,现有穿越策略或将引起定有功功率MMC阀间均压环节失效,从而导致子模块电容过压的问题。针对该现象,首先梳理了系统在故障工况下面临的主要问题和矛盾;接着,重点针对阀间均压环节失效的内部机理进行了研究,并提出了一种基于有功功率限幅值的站间协调穿越策略,此外,为使其能够较好地适用于不对称故障,采用了一种零序电压注入的方法,以平衡不对称故障下相单元间的桥臂电流直流分量;最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了相关模型,通过仿真对比,验证了本文策略能够兼顾不同受端站的桥臂过流和子模块过压风险,实现交流故障的可靠穿越,并尽可能地提升了故障期间的功率传输能力。     

柔性直流与风电协同的受端系统频率调控方法

针对柔性直流输电联网的受端岛屿电力系统频率稳定性问题,提出了受端系统风电与柔性直流输电系统协同的频率调控方法.在分析双馈风电机组(DFIG)和柔性直流输电系统(VSC-HVDC)有功功率调控性能的基础上,设计了 DFIG和VSC-HVDC参与受端系统惯性响应与一次、二次调频的总体方案;通过风电场附加频率控制,利用超速减...     

基于临界熄弧角的多馈入直流系统换相失败判断方法

从换相失败的基本原理出发,通过对换流阀工作特性的分析和电磁暂态仿真证明基于临界故障阻抗边界的概念,提出了一种以最小熄弧角为判据快速判断直流系统换相失败的方法。基于节点阻抗矩阵,利用节点电压交互作用因子,计算系统中各节点发生三相短路接地时逆变站熄弧角,以临界熄弧角为判据判断直流系统是否发生换相失败。本文最后利用PSS/E仿真软件,在两馈入直流输电系统中验证了所提出的基于临界熄弧角的多馈入直流系统换相失败判断方法的有效性和准确性。     

考虑电网支撑能力约束的煤电退役与调相机配置协调策略

为了尽可能减少煤电机组退役和大规模非同步电源馈入对受端电网安全稳定运行的影响,本文在兼顾电网支撑能力约束的基础上提出了煤电退役与调相机配置协调策略。首先,构建了煤电机组对直流落点的无功支撑系数指标,并综合考虑机组役龄、污染物排放量、煤耗率等常规因素确定受端电网煤电机组的退役优先级顺序。进而,基于预想故障下系统的最大频率变化率和极值频率偏差约束得到煤电机组可退役的最大容量,形成相应的煤电机组退役策略。然后,提出了基于二分法的同步调相机配置策略,该策略可以对投建调相机的容量和选址进行决策,通过在煤电退役路径中协调配置调相机,确保受端电网的电压支撑能力满足要求。最后,在受端电网配置调相机后,对煤电机组可退役的最大容量进行同步更新,并对煤电机组退役策略进行相应的调整,实现煤电机组退役和调相机配置的相互协调。基于改进的IEEE 39节点系统和河南电网规划系统开展了仿真分析,根据多馈入短路比和预想故障下的暂态仿真结果可知,在煤电机组退役容量相同的情况下,与传统的煤电机组退役策略相比,本文所提策略确定的煤电机组退役顺序可以有效降低机组退役对受端电网静态电压稳定性的影响,并且可以降低大扰动故障下对受端电网暂态电压稳定性的影响。     

交直流系统换流母线电压相互影响特性分析

为了探讨交直流并联系统和多馈入系统换流母线电压间的相互影响关系以及相互作用因子的解析式,以增量形式的潮流方程为基础,通过分析异步电动机的阻抗特性、换流站的外特性方程以及各节点注入功率的变化量,给出了各节点电压间相互影响关系式及相互作用因子的求解方法。明确了异步电动机的等效阻抗是机端电压幅值的函数;节点电压间的相互影响关系与系统结构、扰动前运行状态以及直流系统控制方式有关;节点电压变化量之间的比值近似为一常数。最后通过具体的算例分析,说明了换流母线电压相互影响关系式的有效性和准确性。     

基于混合直流的受端电网黑启动方法及协调恢复策略

作为直流输电的新方向,混合直流结合了传统以及柔性直流系统的优点,可在电网黑启动中发挥重要作用。为明确混合直流参与黑启动的技术条件与控制方法,针对两端电网换相换流器–模块化多电平换流器（line commutated converter–modular multilevel converter,LCC–MMC）混合直流输电系统,提出了受端电网大停电情况下基于混合直流的黑启动方法及受端电网协调恢复策略。根据黑启动不同恢复阶段特征,首先,明确了在起始阶段受端系统全黑情况下混合直流的启动方法,包括送端LCC换流器和MMC受端换流器的启动及控制方法。然后,针对黑启动初期的弱交流系统阶段,采用可增强系统稳定性的混合直流虚拟同步协调恢复策略;在系统达到一定强度后,提出了相应的控制策略及不同控制方式间的平滑切换方法。最后,在PSCAD/EMDTC软件中进行了仿真验证,结果表明：黑启动初期LCC采用耗能电阻启动能有效满足最小启动电流限制;MMC经限流电阻启动后采用无源网络控制可实现无源端交流电压的建立,并维持系统电压和频率在稳定范围内;在非黑启动电源机组和负荷并网后,交流系统强度改变,所提的3阶段控制切换策略能够有效实现各阶段平滑过渡,且在弱交流系统阶段采用虚拟同步控制可保证弱交流系统阶段的系统稳定性,3阶段控制策略与两阶段恢复策略相比具有显著的优势,从而验证了所提黑启动方法和协调恢复策略的有效性。     

DC/DC电源模块可靠性的研究

对当前较广泛应用的DC/DC电源模块这一多芯片组件(MCM)的可靠性进行了研究.通过对模块使用可靠性的统计,利用ANSYS软件对模块表面温度分布的模拟得出影响其可靠性的关键器件为垂直双扩散金属-氧化物-半导体场效应晶体管(VDMOS)和肖特基势垒二极管(SBD).使用以器件参数退化为基础的恒定电应力、序进温度应力加速寿命试验方法分别获得VDMOS和SBD的失效敏感参数为VDMOS的跨导gm和SBD的反向漏电流IR;VDMOS和SBD的平均寿命分别为1.47×107h和4.3×107h.分析表明,这2种器件参数的退化均与器件的Na+沾污和Si-SiO2界面的退化有关,同时SBD的参数退化还与Al-Si界面的退化有关.     

三重交错并联DC/DC变换器设计

DC/DC变换器是复合电源电动汽车的重要组成部分之一,为了提高DC/DC变换器的功率密度,DC/DC变换器正在向高频化发展,研究在单相DC/DC变换器的基础上,设计了一种三重交错并联DC/DC变换器,可以提高系统的开关频率、降低纹波电压,从而减小滤波器的体积、提高功率密度.最后通过Simulink进仿真分析,结果表明:三重交错并联DC/DC变换器的纹波电压明显小于单相DC/DC变换器,有利于功率密度的提高.     

基于DC/DC变换技术的可连续调压功率开关电源

介绍一种用DC／DC变换器构成的功率开关稳压电源。该电源在输出大电流条件下,能做到输出直流电压大范围连续可调,同时保持良好的PWM稳压调节运行,具有高调节精度的稳压效果。     

大规模光伏电站经柔性直流并网系统故障穿越策略

大规模光伏经柔性直流并网系统采用直流架空线路是未来新能源并网的趋势之一。然而,架空线直流短路故障发生概率较大,极易导致光伏电站脱网或换流站电力电子器件损坏。本文首先根据柔性直流输电系统、光伏电站特性,建立了相应的数学模型及仿真系统模型;其次,针对大容量光伏经双极模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的高压直流功率传输系统发生直流架空线路单极短路接地故障工况,分析其故障特性;最后,提出综合考虑直流断路器(direct current circuit breaker,DCCB),换流站控制方式,光伏电站功率出力控制的直流故障穿越的协调控制策略。即故障发生时利用非故障极换流站继续进行功率传输,根据换流站额定功率与光伏电站输出功率计算得到不平衡功率,充分利用光伏阵列自身功率输出特性,优化光伏电站内的直流线路电压,实现控制光伏电站输出功率减载;对直流架空线路在瞬时故障情况下的故障穿越问题,提出了光伏电站减载以及换流站功率前馈增量控制,从而维持系统功率平衡,提高系统的并网稳定性;基于PSCAD/EMTDC的建模仿真,通过故障穿越措施前后的系统参数对比,表明所提方法能够有效的维持光伏电站与柔性直流系统运行特性,平稳实现故障穿越。     

基于系统SOC理论的直流运行方式及控制参数分析

为了研究直流输电对交直流系统自组织临界性（SOC）的影响,提出包含系统完整动态特性的连锁故障动态仿真模型,计及了紧急控制保护装置及直流系统的概率动作特性.应用该模型对2010年华东电网实际系统进行连锁故障蒙特卡洛仿真,在不同的直流运行方式及控制参数下,计算系统的停电功率-停电概率幂律曲线,分析直流运行方式及控制参数对系统自组织临界性的影响.结果表明,在某些情况下选取合适的直流运行方式及控制参数可以有效防范连锁故障及大停电的发生.     

基于输入输出反馈线性化三态Boost DC／DC变换器的新型控制策略

针对 Viswanathan K为消除普通BOOST DC／DC变换器的非最小相位特性而提出的三态Boost DC／DC变换器,为进一步提高这种电路拓扑的性能,在建立了变换器状态空间平均模型的基础上,针对其多变量、非线性特点,采用输入输出线性化将其转化为一个完全可控的线性系统,在此基础上应用现有成熟的线性控制策略进行了控制系统的设计,并且采用MATLAB进行仿真验证,结果表明:这种非线性控制策略可以确保输出电压在大范围内恒定可调,且即使存在大范围扰动(输入电压和负载变化均较大)的情况下,系统也可以确保稳定性和良好的动态性能.