基于逆变侧定电压控制的HVDC系统稳态和暂态响应特性研究

为测试逆变侧采用定电压控制和定关断角控制对直流输电系统稳态和暂态性能的影响,在CIGRE高压直流标准测试模型原有控制系统中增加了定电压控制模块,即整流侧采用定电流控制,逆变侧采用定电压、定电流和定关断角控制相互配合的控制方式。在PSCAD/EMTDC仿真平台中对其整流侧和逆变侧三相短路故障下的控制器特性进行了稳态及暂态仿真分析,并与相应的CIGRE标准模型暂态响应特性进行了对比。结果表明逆变侧增加定电压控制方式能够提高直流输电系统在交流故障扰动下的性能,减少换相失败的发生几率。     

整流侧控制方式对特高压直流输电系统换相失败影响研究

特高压直流输电系统发生换相失败时,会引起直流电压和直流电流突变,严重影响直流系统的安全稳定运行。控制系统是特高压直流输电系统的核心部分,其控制方式对系统的输出响应有重要影响。分析特高压直流输电系统换相失败的原因,介绍整流侧的控制方式,建立了云广特高压直流输电系统仿真模型,研究云广特高压直流输电系统整流侧采用定电流控制方式和定功率控制方式对换相失败的影响。仿真结果表明：当逆变侧换流变压器变比K改变时,整流侧采用定电流控制与采用定功率控制相比,系统发生换相失败时的临界变比较大;当逆变侧交流母线发生三相对称接地故障、两相短路故障及单相接地故障时,整流侧采用定电流控制与定功率控制相比,系统不发生连续换相失败的临界电阻较小。整流侧采用定电流控制方式时,对换相失败的控制能力优于定功率控制方式。     

葛南直流输电改造工程控制系统静态特性的实验研究

通过仿真实验对葛洲坝-南桥直流输电改造工程的直流系统静态特性进行了校核,基于葛南直流输电系统的参数,描述了在实验室条件下校核直流输电系统静态特性的方法和原理.文中分别将整流侧和逆变侧的静态特性曲线按拐点分为几个部分,对直流系统的稳态运行点在静态特性曲线的不同部分之间移动的过程,即各种控制方式相互转换的过程和原理进行了描述,并针对实验中的三个具体问题,即定功率方式下的系统控制特性曲线、增加电流裕度补偿功能时的控制特性曲线和电流定值小于1pu时的逆变侧控制特性曲线进行了分析和说明.     

混合直流输电控制策略研究

为充分利用传统高压直流输电(LCC-HVDC)与柔性直流输电(VSC-HVDC)各自的优点,建立了整流侧采用LCC换流站,逆变侧采用VSC换流站的混合直流(hybrid HVDC)输电系统。对直流系统两侧换流站主控制器进行了设计,并针对该系统设计出双侧功率/频率调制的辅助控制器。最后对混合直流输电系统与交流输电线路并行输电和单独的混合直流输电系统进行了仿真与分析,通过仿真验证了当系统受到扰动时所加辅助控制器能提高系统的稳定性。     

混合双端直流输电系统向无源网络供电的研究

建立了一个向无源系统供电的混合双端直流输电系统仿真模型,其整流器采用基于相控整流的常规换流器,逆变器采用交流侧带串联电容的电压源换流器,并为所建立的直流输电系统的整流器和逆变器设计了相应的控制策略,整流侧采用定直流电压控制,逆变侧采用定直流电压和定交流电压的控制。与传统的直流输电系统相比较,该混合直流输电系统可以直接向无源系统供电,无需增加外部换相电源或同步调相机。最后,对所建立的混合双端直流输电系统的特性进行了仿真分析,证实了所建立的混合双端直流输电系统模型的正确性和所提出控制方法的有效性,同时也表明这种输电系统具有许多不同于传统直流输电系统的优良运行特性。     

柔性直流输电系统交流侧线路继电保护适应性研究

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电（MMC-HVDC）系统运行控制特性与常规直流输电（LCC-HVDC）差别较大,其对交流侧继电保护的影响也不同于LCC-HVDC。基于MMC换流站控制器的动态响应特性,推导了交流电网故障下MMC逆变站交流侧短路电流表达式,分析了逆变站输出短路电流幅值、相位特性与MMC控制方式之间的关系;在此基础上,提出了基于MMC控制方式的等效矢量分析方法,直观刻画了保护电气量之间的相位关系。通过推导故障电气量及保护动作方程,分析了逆变站在不同控制方式下纵联电流差动保护、距离保护和零序电流保护的动作特性,明确了MMC对交流侧继电保护的影响范围,所得结论为MMC-HVDC交流侧线路保护的配置及整定提供了参考依据,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了理论分析的有效性。     

±800kV特高压直流输电系统运行方式的仿真研究

±800kV特高压直流输电采用双12脉动换流器串联接线方式,结构非常复杂,换流器的基本运行方式和控制策略尚没有确定的方案。对其控制系统的结构,换流器的控制方式和配置,特别是双12脉动换流器之间如何协调控制等问题进行研究具有十分重要的意义。采用PSCAD/EMTDC仿真程序,以云广特高压直流工程为背景,建立±800kV特高压直流输电模型,对双极全压启动、单个12脉动阀组的投入和退出,以及逆变侧交流系统发生单相接地故障等情况进行了仿真。仿真结果表明,±800kV特高压直流输电具有良好的动态响应性能,能够满足长距离大容量输电的需求。传统±500kV直流输电工程的控制策略仍然可以用于特高压工程,整流侧采用定电流控制,逆变侧采用定熄弧角控制可以获得较好的稳态和暂态特性;提出的控制方式、控制策略以及单个阀组投入和退出逻辑对实际工程具有指导意义。     

±800 kV特高压直流输电系统运行方式的仿真研究

±800 kV特高压直流输电采用双12脉动换流器串联接线方式,结构非常复杂,换流器的基本运行方式和控制策略尚没有确定的方案.对其控制系统的结构,换流器的控制方式和配置,特别是双12脉动换流器之间如何协调控制等问题进行研究具有十分重要的意义.采用PSCAD/EMTDC仿真程序,以云广特高压直流工程为背景,建立±800 kV特高压直流输电模型,对双极全压启动、单个12脉动阀组的投入和退出,以及逆变侧交流系统发生单相接地故障等情况进行了仿真.仿真结果表明,±800 kV特高压直流输电具有良好的动态响应性能,能够满足长距离大容量输电的需求.传统±500 kV直流输电工程的控制策略仍然可以用于特高压工程,整流侧采用定电流控制,逆变侧采用定熄弧角控制可以获得较好的稳态和暂态特性;提出的控制方式、控制策略以及单个阀组投入和退出逻辑对实际工程具有指导意义.     

柔性直流输电系统的黑启动控制能力研究

柔性直流输电系统中的可关断器件具有自关断能力,能够对开通、关断时刻进行控制,可以与无源系统连接进行换流。本文针对VSC在无源逆变方式下不需要外加换相电压的快速恢复控制能力,研究了柔性直流输电系统的黑启动控制能力。设计了黑启动过程中VSC-HVDC送端换流站控制策略采用定直流电压/定无功功率控制,受端换流站控制策略采用定交流电压/定频率控制,研究了电源并网时控制策略协调优化对黑启动的作用。以Kunder四机两区域系统为例,对整个黑启动过程在PSCAD/EMDTC中进行了仿真,研究表明本文采用的控制策略具有良好的电压、频率特性,完成了黑启动的实现。     

无站间通信下的高压直流输电系统逆变侧频率控制方法

在常规直流输电系统中,频率控制器配置在整流侧,在站间通信中断时,逆变侧的频率无法送至整流侧,因而无法实现对逆变侧的频率控制。为此,提出了一种站间通信中断时的逆变侧频率控制方法,及一种适应该方法的直流系统启动策略和站间通信中断与恢复时定电流与定电压控制器的自动切换策略。应用该策略的实时数字仿真系统(RTDS)试验结果表明,所提策略兼具实用性和可实施性,对实现无站间通信下的高压直流输电系统逆变侧频率控制具有一定的参考价值。     

电压源换流器式高压直流输电的动态建模与暂态仿真

基于节点电流注入法建立了交直流统一基准值下的电压源换流器式高压直流输电(VSC-HVDC)的详细动态模型.该模型包括电压源换流器模型、直流系统内部动态模型以及控制系统三个部分,具有一般性.利用电力系统分析综合程序提供的用户自定义功能(PSASP/UD)对VSC-HVDC交、直流并联输电系统进行的暂态仿真分析验证了VSCHVDC动态模型的正确性.仿真结果还表明,VSC-HVDC的直流侧电容以及换流变压器漏抗的大小对抑制功角振荡无明显效果;两端VSC采用定交流电压控制方式时系统具有较好的电压稳定性,但在这种控制方式下,在系统受扰期间VSC的过载程度较两端定无功功率控制方式下更为严重.     

向无源网络供电的VSC-HVDC电压下陷问题研究

建立了基于同步旋转坐标系下向无源网络供电的VSC-HVDC暂态数学模型,研究了无源侧负荷发生变化时引起电压下陷的规律。为了减小下陷程度提高向无源网络供电的电能质量,在定交流电压控制的稳态模型基础上引入了微分-跟踪器(TD)和延时补偿环节,使无源侧负荷发生波动时负载电压波动处于理想范围之内。基于PSCAD/EMTDC的数字仿真对负荷变化时采用不同控制方式时的的电压工况进行了仿真验证,研究表明,改进之后的控制方式能够较好的解决电压下陷问题,证明了该方法的有效性。     

用于海上风电场并网的多模块变压器耦合型VSC-HVDC技术

给出了海上风电场并网系统结构,提出了一种新型的多模块变压器耦合型VSC-HVDC系统,各模块交流输入端通过多绕组变压器进行相互隔离,直流输出端由多个功率模块串联构成,通过灵活地增减模块数目,以获得不同的直流电压,各功率模块可以独立控制;建立了VSC-HVDC在两相同步旋转坐标系下的数学模型;研究了VSC-HVDC的基本...     

中海油文昌柔性直流输电系统现场试验

柔性直流输电的优点之一是可以向海上钻井平台这种无源网络供电。介绍了国内首套用于海上石油作业区的柔性直流输电系统——中海油文昌柔性直流输电系统的现场试验情况,包括了系统启动、孤立负荷供电、电动机负载并网和发电机并网等试验项目。结果表明,柔性直流输电系统能够平稳启动,在逆变侧产生稳定交流电压,可为孤立电阻和电动机负荷供电,并能够与平台上的发电机实现并网和退网运行。     

基于VSC-HVDC的风电分散并网下垂控制策略

海上风电的大规模开发使得柔性直流(VSC-HVDC)输电技术得到了越来越广泛的关注与应用。文中通过引入交流电压下垂控制,提出了基于VSC-HVDC的适应送端交流分散模式下的风电场多端并网的协调控制策略。在柔性直流输电传统控制策略的基础上,保留配电网侧逆变器的定直流电压控制,以保证系统功率平衡;而使风电场侧整流器采用交流电压下垂控制,以代替原有的恒功率控制,从而引入下垂控制的无需通信联系和合理动态分配等优势。仿真分析表明所提控制策略不仅能保证有功出力灵活自动跟踪系统额定值,而且还具有一定的负荷波动容忍度和交直流故障隔离功能,且在风电场采用送端交流分散模式同时向多端配电网供电时,能在风电机组切出系统的情况下快速实现潮流反转,以保证系统供电可靠性,并能自动按照额定比例在各配电网间合理分配动态功率,为风电分散并网的协调运行提供了有效的解决途径。     

双馈入直流输电系统中VSC-HVDC的控制策略

针对多馈入直流输电(multi-infeed direct current,MIDC)系统的稳定性问题,提出将基于电压源换流器的高压直流输电(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)引入到MIDC系统中,用以改善MIDC系统公共连接母线的电压特性。建立HVDC和VSC-HVDC双馈入系统的物理模型,导出相应的数学模型。并通过坐标变换得出VSC功率传输方程的直角坐标形式。采用多变量非线性控制的逆系统方法,设计VSC-HVDC系统的非线性控制器。PSCAD/EMTDC 环境下的仿真实验表明,所设计的VSC-HVDC非线性控制器不仅能有效改善VSC-HVDC的动态特性,而且在交流系统发生扰动时能有效稳定系统电压,减少HVDC逆变站发生换相失败的几率,提高HVDC系统的运行可靠性。     

柔直系统适时切换的故障穿越方法

为了实现柔性直流输电系统在网侧不对称故障时的故障穿越,同时保持稳态时的柔直阻抗稳定性,本文详细分析了柔直系统的正负序控制以及采用1/4周期延时的正、负序分解算法对柔直系统不同频率分量阻抗波动的影响,推导并建立了柔直系统的交流侧高频阻抗模型。在此基础上提出一种适时切换的故障穿越算法,利用负序电压的稳态量和突变量进行故障判断,稳态时内环采用全序电流控制,不进行正负序分解,从而降低了柔直系统阻抗的周期性波动,故障暂态时叠加负序电流控制,抑制负序故障电流,实现了故障时系统的持续运行。最后在PSCAD/EMTDC中,搭建柔直系统仿真平台进行仿真研究,验证了本文设计策略的有效性。     

基于柔性直流输电技术的风电场暂态稳定性

研究了风电场分别通过电压源型高压直流输电（VSC-HVDC）和交流输电（HVAC）2种方式并网的问题;基于dq同步旋转轴变换的VSC-HVDC的数学模型,设计了两端换流站的控制策略;在电力仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中建立了风电场的2种（AC、DC）并网接入方式模型,针对受端换流站交流母线短路故障工况进行了仿真验证,分析了风电场母线电压、输出功率、风力机转速以及风电场当地负荷的功率等电气量响应情况。结果表明：在故障扰动情况下,VSC-HVDC对提高风电场当地负荷用电可靠性、风电场母线电压、抑制风电机组输出功率波动以及避免风电机组转矩不平衡引起的发电机超速效果最佳,设计的控制方案有效可行。     

基于海上大型风电场VSC-HVDC系统电网侧控制器的设计

为了检测和分析风电场中风速等一系列可变因素对VSC-HVDC系统的影响,从而优化大型海上风电场结构,提出了一种新型的VSC-HVDC模型——无开关VSC-HVDC相量模型,可以通过调制量来反馈控制系统。在此基础上,结合各种策略的优缺点,选择一种有效地控制策略进行控制器的设计,以实现系统的控制。分析电网侧交流电流和直流电压的所需控制策略,优选出了dq电流控制和PI电压控制作为最佳控制策略,通过对内环外环控制器的参数计算和调节来达到设计要求。Matlab搭建出的模型仿真结果表明,建立的无开关VSC-HVDC相量模型控制策略的选用和控制器的参数设计具有适用性和合理性。     

混合双馈入高压直流系统最大传输功率控制方法

常规高压直流(LCC-HVDC)与柔性高压直流(VSC-HVDC)落点之间存在电气通路时就构成了混合双馈入高压直流系统。VSC-HVDC系统具有有功、无功功率独立可调的特点,通过调节VSC-HVDC系统输出的有功、无功功率,可以提高在同等受端电网强度下LCC-HVDC系统的功率输送能力。在建立混合双馈入高压直流系统的数学模型和仿真模型的基础上,通过给出求解混合双馈入高压直流系统临界稳定状态的数值解法,分析了混合双馈入高压直流系统在不同受端电网强度下的功率输送能力,总结出调节VSC-HVDC系统输出的有功、无功功率对LCC-HVDC系统功率输送能力的作用规律,并在此基础上根据系统状态参数随受端电网强度的变化规律提出了混合双馈入高压直流系统基于定虚拟点电压控制的最大传输功率控制方法,该控制模式能针对受端电网强度的变化自动调节系统的功率参考值,使得混合双馈入高压直流系统能始终运行在输送最大有功功率的工作状态。