适用于复杂拓扑结构混合直流电网的实用机电暂态建模仿真方法

为提升混合直流输电系统模型的适应性和计算效率,提出一种基于电流源思想的混合直流输电系统机电暂态建模方法。由电网换流器(line commutated converter, LCC)、电压源换流器的准稳态模型推导其电流源模型,并通过差分化直流支路的微分方程,形成直流电网的通用化电流源模型。采用多速率混合积分算法分别求解交直流系统,并结合步长回退、积分方法切换等,解决LCC电流反向、开关闭合与开断等特殊情形下的数值问题。在国内通用的机电暂态仿真程序中实现了上述模型,并以白鹤滩-江苏混合直流输电工程为例,与电磁暂态仿真工具进行了对比测试。仿真结果验证了该方法的有效性和准确性。该方法较好地平衡了仿真精度和计算速度的矛盾,为提升大规模交直流混联电网的仿真能力提供了有力工具。     

直流电网潮流分析与控制研究综述EI北大核心CSCD

近年来,基于电压源型换流器的直流电网技术发展迅速,成为相关领域的研究热点。潮流问题是电力系统分析中最基本的问题,对直流电网潮流分析与控制技术的研究也是直流电网研究中最重要的基础。首先归纳总结了直流电网的潮流计算和最优潮流计算的方法,并对2者的收敛性和计算效率进行了讨论;在此基础上,针对直流电网潮流控制自由度不足的问题,从系统级控制和直流潮流控制器2个方面,概述了对直流电网潮流进行控制的方法,并对控制效果和经济性做出了评述;最后,对直流电网潮流分析与控制技术的发展趋势和关键问题进行了总结与展望。     

双馈式风力发电机的机电暂态建模EI北大核心CSCD

建立可用于大型电力系统暂态稳定分析的双馈式风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)机电暂态模型。详细分析转子侧变流器和撬棒电阻(crowbar)可能的工作模式,提出计及crowbar的转子侧变流器和控制器机电暂态建模方法;根据机电暂态仿真和设备参数的特征,研究网侧变流器和控制器的简化建模方法;建立直流电压动态和卸荷电路(chopper)数学模型。基于大量型式实验数据,研究国产DFIG在低电压穿越过程中crowbar、chopper的控制逻辑和有功、无功功率特殊控制策略。以华锐1.5 MW DFIG机组为例,用电力系统分析综合程序包软件仿真分析3种不同工况下的运行特性。仿真结果与现场实测曲线一致,证明所建模型准确、可靠,可用于分析大规模DFIG风电场接入对电力系统暂态稳定性的影响。     

伪双极LCC-VSC型混合高压直流输电系统 向无源网络供电的研究

电网换相换流器高压直流输电系统(Line Commutated Converter based High Voltage Direct Current,LCC-HVDC)在功率传输特性、线路故障时的自防护能力、过负荷能力等方面均优于交流输电,但却无法向弱交流系统和无源网络供电。电压源换流器高压直流输电系统(Voltage Source Converter based HVDC,VSC-HVDC)可实现向无源网络供电的目的,但由于电力电子技术的局限性,VSC-HVDC系统投资成本过高。结合两者的优势,提出了一种新型混合高压直流输电系统(Hybrid High Voltage Direct Current,H-HVDC)。该系统的整流侧为两个6脉动LCC接一交流网络,逆变侧为三相二电平VSC接无源网络。在此基础上,对该H-HVDC的稳态数学模型、启动特性、稳态特性与暂态特性、单极闭锁进行了研究。仿真结果表明,该H-HVDC系统能实现向无源网络供电,且具有较高的稳定性,为混合直流的进一步发展提供了理论基础。     

一种实用的电压源型换流器及直流电网机电暂态建模方法

提出一种在大规模机电暂态仿真中建立电压源型换流器和直流电网模型的实用方法。阐述建立该模型的原则、各部分实现方法以及主要功能,并通过如下步骤实现所提方法。VSC换流器模型与机电暂态网络分别采用不同积分步长的模型接口;无源孤岛的频率控制方法;换相阻抗支路d、q轴电流解耦计算;考虑电磁特性的直流网络积分处理方法以及保证调节快速平稳的措施。给出完整的VSC换流器和直流电网解算流程。最后通过与PSCAD中搭建的MMC-HVDC电磁暂态模型对比等算例证明了所提方法的有效性。     

大规模交直流电力系统电磁暂态仿真高效建模方法EI北大核心CSCD

为克服机电暂态仿真无法描述交直流混合电力系统非基波或不对称特性的局限性,急需高效的大规模电力系统电磁暂态建模方法。针对实际高压直流输电换流站主接线方式,文章首先简化了阀组模型并说明了对应简化模型的输电线路模型,大大减少了模拟换流站而利用的计算资源;其后介绍了适用于基于文本转换的电磁暂态快速建模技术的模型定义方法,该模型充分利用了矩阵计算,易于初始化且提高了计算速度。以一个两区四机系统验证了采用所提简化直流模型的精确性与自定义模型的有效性,以南方电网主网等值系统为例说明了大电网电磁暂态建模的步骤,并提出了提高机电暂态仿真精度的建议。     

LCC-VSC混合直流输电线路的组合型单端故障定位方法

电网换相换流器—电压源换流器(LCC-VSC)混合直流输电线路中的故障行波传播特性有别于常规直流和柔性直流的输电线路。文中针对混合直流输电线路分析了行波折反射过程及两端边界反射角的频变特性,确定了单端法故障定位装置的合理安装侧,提出了一种组合型单端故障定位新原理。首先,利用定位精度略低的固有频率法进行故障位置初测,以此粗略计算故障点第1次反射波的大致到达时刻。然后,再利用故障点反射波与对端母线反射波的波到达时刻的对称性质在行波传播时序图中匹配找到这2种反射波的精准波到达时刻。最后,根据初始行波、故障点第1次反射波和对端母线第1次反射波到达时刻实现故障定位。仿真实验表明,固有频率法的引入有效避免了由于无法准确区分故障点第1次反射波与对端母线第1次反射波所带来的定位误差,所提方法在LCC-VSC混合直流输电系统中能实现较准确的故障定位。     

LCC-VSC两端混合直流输电系统基本控制策略的仿真研究

本文基于LCC(line commutated converter)-VSC(voltage source converter)混合直流输电系统还未工程化应用的现状,为研究LCC-VSC混合直流输电系统的基本控制策略,通过RTDS建立由LCC和VSC组成的两端混合直流输电系统仿真模型,并与实际的控制主机进行接口。在LCC-VSC功率输送模式下,对提出的混合直流输电系统起动、停运控制策略进行仿真验证。研究结果为以后的工程化应用提供了参考和借鉴价值。     

含风电的混合直流输电并网系统暂态特性分析

为了提高直流输电并网系统的暂态稳定运行特性,文中基于送端采用双馈风电机组(DFIG),建立LCC-二极管-MMC混合直流输电并网系统,研究该系统的并网暂态运行特性,其整流侧采用电网换相换流器(line commutated converter,LCC),逆变侧采用模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)。为解决MMC无法清除直流故障的问题,在逆变侧的直流出口处加装大功率二极管以阻断故障电流通路。在MATLAB/Simulink平台搭建LCC-二极管-MMC风电并网仿真模型,通过设置直流及并网点接地故障,仿真分析LCC及MMC的各种优越性。研究结果表明:该系统不存在逆变侧换相失败的问题且发生直流故障时系统中大功率二极管能够阻断故障电流通路,在故障期间逆变侧直流电压也无突增现象且有功功率波动极小,从而增强了系统的暂态稳定特性。     

电网换相换流器和电压源换流器串联组成的混合直流换流器控制和保护研究

基于电网换相换流器和电压源换流器串联的混合直流换流器在克服交流故障时的换相失败和直流故障时的重启动具有优势。分析了该混合直流换流器运行方式、控制策略、电压源换流器保护原理、抵御换相失败原理和直流线路重启过程,认为由该混合直流换流器组成的高压直流输电系统,可克服传统直流和柔性直流输电的主要缺点。当逆变侧的交流系统发生故障时,电压源换流器可提供电压支撑来抑制直流电流增加,缓解电网换相换流器换相失败效应。当直流线路发生故障时,逆变侧电网换相换流器可阻断电压源换流器产生的故障电流,具备直流线路故障重启能力。另外,电压源换流器还为电网换相换流器提供无功功率,从而减少换流站无功设备配置。     

基于VSC-MTDC的平均值建模与控制策略EI北大核心CSCD

针对基于电压源型变流器(voltage source converter,VSC)的多端直流输电(multi-terminal HVDC transmission,MTDC)系统的电磁暂态仿真中,每一个VSC均包含多个电力电子器件,同时采用脉宽调制技术,势必增加VSC-MTDC仿真系统的数学计算量的问题,提出了一种VSC平均值模型替代VSC详细模型,以简化仿真系统。基于VSC平均值模型的简化方法,即:忽略变流器输出电压中的所有高次谐波,以受控电压源替代变流器输出,以虚拟受控电流源表征交/直流接口关系。最后,通过搭建三端VSC-MTDC输电仿真系统,对比了所提出的平均值模型与详细模型在各个工况下的系统响应,仿真结果表明,VSC平均值模型与详细模型在不同工况下,两者的系统动态响应基本一致,采用平均值模型系统仿真速度更快,仿真效率更高。     

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。     

电力系统机电暂态和电磁暂态数字混合仿真

简要介绍了混合仿真的基本原理,对国内外研究状况进行综述,从工程应用角度对混合仿真涉及的关键技术进行分析和评价,并就混合仿真软件开发过程中需注意的若干事项进行讨论。最后指出,基于成熟的机电暂态和电磁暂态软件开发离线混合仿真程序具有广阔的前景和工程应用价值。     

直流电网中多断路器协调配合方法EI北大核心CSCD

柔性直流电网在可再生能源并网和区域电网互联领域有重要应用前景,但是故障电流峰值随着系统端数和容量提高不断增长,进而直流断路器成本也进一步抬高。传统方法仅使用单一的故障线路上断路器清除故障,文中基于直流电网的空间互联结构,提出多断路器配合清除故障方案。由于多支相邻断路器投入分担故障能量,降低了对故障线路断路器的需求。进一步地,提出辅助限制线路震荡的断路器限流控制方法。基于张北直流电网提出多断路器配合的主保护、后备保护和重合闸方案。仿真结果表明,断路器主保护耗能减少18.8%~25.2%,系统恢复时间减少36%~44.8%。     

大规模电力系统仿真用新能源场站模型结构及建模方法研究(二):机电暂态模型EI北大核心CSCD

机电暂态仿真是大规模电力系统仿真分析的主要工具,合理的场站分群等值是研究大规模新能源电力系统安全稳定分析的基础。该文首先分析新能源场站在大扰动下的动态特性,并将其划分为3个时段,对比分析目前新能源场站单机倍乘模型的不适应性。然后,分别从新能源场站的功率分布和电压分布特性分析大扰动的3个时段过程中对等值建模误差的影响。基于功率和电压分布特性的误差分析,提出新能源场站等值模型结构,并给出等值原则及模型参数聚合方法。最后,通过实际新能源场站仿真和大电网算例,验证所提模型的有效性和适应性。     

VSC-HVDC机电暂态仿真建模及仿真

以VSC-HVDC在dq旋转坐标系下的基频数学模型为基础,总结了VSC-HVDC的机电暂态数学方程。之后基于PSS/E自定义模型功能实现了VSC-HVDC机电暂态模型,并将该模型和PSCAD中VSC-HVDC电磁暂态精确模型进行了对比,仿真结果表明两者的稳态潮流十分接近,动态特性具有很好的一致性,从而验证了VSC-HVDC机电暂态模型的有效性和准确性。最后基于该模型对VSC-HVDC在实际大规模多直流馈入系统中的应用进行了研究,结果表明VSC-HVDC从根本上解决了传统直流输电的换相失败问题。     

考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算EI北大核心CSCD

鉴于电压源换流器(voltage source converter,VSC)的控制策略会对含VSC交直流混合电网潮流产生直接影响,该文构建考虑多种VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算模型。该模型通过构造等效电路建立换流站内VSC控制参数与交流电网输出功率的直接联系,以实现完整VSC电路模型下潮流方程的统一;并通过引入VSC自适应下垂控制系数作为潮流计算变量,以弥补现有方法无法适用于VSC自适应下垂控制策略电网的不足;此外,该模型将VSC调制度作为求解变量,并考虑调制度的约束问题,有效限制了调制度越限情形,还可实现调制度不同设定值下的潮流计算。基于上述模型,采用统一迭代法最终实现考虑各种VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算,并通过算例验证模型的有效性与计算方法的快速收敛性。     

多直流附加暂态稳定控制策略及其适应性研究EI北大核心CSCD

为了利用高压直流(HVDC)输电系统功率调制能力提高多直流互联系统的稳定性,提出了一种全新的、可以适用于各种拓扑模型的多直流系统数学描述方法,在此基础上,基于快速耗散系统暂态能量的原则,提出了一个多直流附加暂态稳定控制策略,并在一个四区域三直流系统中详细分析了该控制策略在不同暂态稳定模式下的适应性。分析结果表明:当故障位置、拓扑结构或运行方式等变化引起系统稳定模式改变时,该多直流附加暂态稳定控制策略投入后均能明显提高系统的暂态稳定水平,对不同稳定模式具有良好的适应性。     

电力系统机电暂态和电磁暂态数字混合仿真研究

机电暂态与电磁暂态混合仿真避免了机电暂态仿真对电力电子器件及其控制保护模型只能粗略模拟的不足,克服了电磁暂态仿真规模过小和仿真效率低的缺点,是解决交直流大电网仿真计算难题的重要技术方案。混合仿真的重点是机电暂态和电磁暂态的接口设计,在对比两类仿真差异性的基础上,就接口位置的选择、等值电路的形成和接口交互时序等方面内容进行了总结评述。指出当前接口技术基本框架已经成型,研究难点在于等值电路类型及其参数的快速求取,最后对混合仿真的发展做了简要展望。