基于小干扰动态模型的LCC-HVDC系统控制器参数优化方法

为了改善电网换相换流器高压直流(line commutated converter-high voltage direct current, LCC-HVDC)输电系统的动态响应性能,提出了一种基于小干扰动态模型与传递函数模型的控制器参数优化方法,采用粒子群优化算法对全系统的控制器参数同时进行优化。首先,建立了计及锁相环输出相位与交流母线电压实际相位差异的双端LCC-HVDC输电系统的小干扰动态模型,仿真结果验证了该小干扰动态模型的准确性;然后,基于根轨迹法,获取了致使系统小干扰失稳的控制器参数临界值;最后将小干扰动态模型转换为传递函数模型,应用粒子群优化算法,以时间乘绝对误差积分指标为目标函数,对所有控制器参数进行了优化。仿真结果表明优化后系统动态响应性能有所改善。     

分网接入方式下LCC-HVDC系统运动方程模型及交互振荡模式的阻尼特征(二)：交互振荡模式研究

为研究分网接入方式下电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)系统的交互振荡模式及阻尼特征,基于系统的状态空间模型及系列文章(一)建立的运动方程模型,提取了表征逆变侧电气与控制环节强耦合特性的多个弱阻尼交互振荡模式,研究了不同短路比工况下交互振荡模式的变化特征。在此基础上,通过复转矩系数法量化评估了整流侧/逆变侧内部自稳性路径及双极交互作用致稳性路径对主导交互振荡模式阻尼特性的贡献度。结果表明：1）不同短路比工况下交互振荡模式的阻尼比会进行重新分配;2）当逆变侧正负极短路比相差较大时,双极交互作用较弱,正负极系统的稳定性由2个交互振荡模式各自主导,且稳定性特征有所差异;3）当逆变侧正负极短路比相近时,双极间动态交互加强,交互振荡模式会同时主导参与系统两极的稳定性,正负极稳定性特征相似。     

分网接入方式下LCC-HVDC系统运动方程模型及交互振荡模式的阻尼特征(一)：扰动传递路径分解

与常规直流相比,永富直流逆变站存在功率全送和功率分送运行方式,而其处于分网接入方式时电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage directcurrent,LCC-HVDC)系统的交互振荡模式及特征尚不明确。针对这一特殊运行方式,采用模块化建模的思路建立可以反映系统电气/控制回路间交互耦合路径的运动方程模型。在此基础上,依据系统整流侧-逆变侧、正极-负极间的交互耦合路径分解得到影响系统主导模式稳定性的3条扰动传递路径,即整流侧内部自稳性路径、逆变侧内部自稳性路径、双极交互作用致稳性路径。最后,设置不同工况下的案例,量化评估不同作用路径提供的阻尼大小,并通过仿真验证运动方程模型及扰动传递路径分析结果的正确性,为后续研究分网接入方式下LCC-HVDC系统交互振荡模式的阻尼特征提供模型基础。     

混合型MMC接入弱交流电网稳定性分析及控制参数优化

针对桥臂由半桥子模块和全桥子模块级联构成的混合型模块化多电平换流器(MMC),首先研究了混合型MMC输电系统小信号建模方法。以一个两端系统为例,基于根轨迹分析,分析了不同控制模式的混合型MMC接入弱交流电网时小干扰稳定性约束下的最大有功功率,并基于参与因子及模式分析得到了不稳定模态的典型参与变量和振荡频率,且进行电磁暂态仿真验证。基于控制参数灵敏度及动态特性影响分析,得到有利于增强小干扰稳定性和提升最大有功传输能力的控制参数优化策略。研究表明:弱电网接入下,混合型MMC逆变运行时失稳主要与q轴控制相关,需减小内环比例控制系数和降低前馈交流电流、电压滤波截止频率;整流运行时失稳主要与d轴控制相关,需增大外环比例控制系数。     

混合级联特高压直流输电系统旁通对过负荷保护优化

为解决混合级联特高压直流输电系统中存在的旁通对过负荷保护误动问题,本文分析研究故障后的电流回路和保护误动机理,提出采用换流器高、低压侧实测电流的保护判据.针对站间通信中断下执行极闭锁时逆变站旁通对过负荷保护动作的情况,提出逆变站电网换相换流器(LCC)合旁通开关(BPS)的策略,并研究相应的保护定值整定方法.实时数字仿...     

抑制风电场经LCC-HVDC并网系统交流过电压的无功功率分散协同控制方法

针对风电场经基于电网换相换流器的高压直流（LCC-HVDC）并网系统换相失败导致的送端交流过电压问题,提出了无功功率分散协同控制方法。首先,研究了换相失败期间送端交流系统公共连接点（PCC）处电压和盈余无功功率特性。然后,从PCC处电压和无功特性出发,基于无功-电压耦合关系及交流侧潮流方程,分别确定了基于本地功率电压特征的LCC整流站触发角及风电场站无功功率参考值,通过分散控制LCC和风电场实现协同抑制PCC处过电压的目的。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了风电场经LCC-HVDC并网系统模型并进行了仿真研究,结果表明所提出的分散协同控制方法可以有效抑制换相失败后恢复期间的交流过电压水平。     

3种混合直流输电系统的交流故障特性对比

综合电网换相换流器(LCC)和模块化多电平换流器(MMC)的优点,并针对我国西电东送的实际场景,对如下3种目前比较有应用价值的混合直流输电系统方案进行研究：方案1的送端采用LCC,受端采用半桥子模块型MMC串联二极管阀;方案2的送端采用LCC,受端采用全桥子模块与半桥子模块构成的子模块混合型MMC;方案3的送端采用LCC,受端采用LCC和半桥子模块型MMC构成的串联混合型换流器。首先,分别介绍了3种混合直流输电系统的拓扑结构、数学模型及控制方式;然后,在PSCAD/EMTDC中搭建了3种混合直流输电系统,对3种混合直流系统在送端交流系统故障和受端交流系统故障情景下的响应特性进行对比分析;最后,基于仿真结果总结了每种拓扑结构的优劣势。仿真结果表明,在送端交流系统故障的情景下,方案1可能会出现功率中断;在受端交流系统故障的情景下,方案1的故障响应特性要优于其他2种方案。     

基于D分割法的LCC-HVDC系统控制器参数整定方法

高压直流输电系统的控制器参数对系统稳定性及动态响应性能具有重要影响。提出了一种基于D分割法的基于电网换相换流器的高压直流输电（LCC-HVDC）系统控制器参数整定方法。首先,基于某实际工程的运行参数建立了单极全压运行方式下的LCC-HVDC系统等值小干扰动态模型;然后,基于该模型的拉普拉斯变换获得系统定电流控制及定电压控制回路的传递函数;继而,采用D分割法分别对定电流控制器及定电压控制器的比例-积分参数进行整定,获得了同时满足增益裕度、相位裕度及带宽限制要求的控制器参数整定域,并将不同功率传输水平下的参数整定域进行叠加,获得了多工况通用控制器参数域。仿真结果验证了小干扰动态模型的准确性及所提控制器参数整定方法的有效性。     

与弱交流系统相连接的HVDC系统临界换相电压降及逆变站的运行范围

分析了与弱交流系统相连的直流输电系统的运行特性及电压稳定性,采用临界换相电压降指标和逆变器的运行范围变化研究逆变器换相失败的机理,并比较了各种无功补偿方式对HVDC输电系统的影响,得出在与弱交流系统相连接的直流输电系统中使用静止同步补偿器可提高系统的临界换相电压降,有效减小故障过程中换相失败发生的概率,扩大逆变器的运行范围,提高弱交流系统电压稳定性的结论,并通过对国际大电网会议(CIGRE)标准高压直流输电测试系统的仿真验证了该结论。     

混合直流系统中直流侧故障暂态电流的解析表达与故障特性的研究

由基于线性换流器高压直流输电系统(LCC-HVDC)和基于电压源换流器高压直流输电系统(VSC-HVDC)共同构成的混合直流输电系统,其故障特性与传统直流输电系统不同。针对此问题,对混合直流输电系统中直流侧故障暂态电流特性进行了研究。首先建立了送端电网采用LCC型换流站、受端电网采用VSC型换流站的两端混合直流输电系统,利用拉普拉斯变换定理推导了直流侧故障时的等效电路,解析了LCC侧和VSC侧直流故障电流简易表达式。其次,在简易表达式的基础上,充分考虑送端LCC侧换流站的触发角动态变化过程和受端VSC侧换流站交流电流的馈入,进一步解析了两侧精确的故障电流表达式。然后,从故障电流幅值、谐波等方面对比分析了三种高压直流系统中直流侧故障电流的变化特征。最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提故障电流解析表达式的正确性。     

串联混合型直流输电系统的小信号模型及其稳定性研究

针对高压端采用电网换相换流器(linecommutated converter,LCC)、低压端采用模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)串联构成的串联混合型直流输电系统,该文建立了其状态空间及小信号模型。推导LCC与MMC在交、直流侧的数学模型,换流站间及换流站与交直流系统间的接口模型,建立包含LCC、考虑详细内部动态特性的MMC、直流输电线路、交流系统的串联混合型直流输电系统状态空间模型及对应的小信号模型,并与电磁暂态仿真模型的动态响应特性进行对比,验证所提建模方法的准确性。研究了受端交流系统强度对串联混合型直流输电系统小信号稳定性的影响,结果表明高压端LCC和低压端MMC之间的耦合作用在一定程度上降低了弱交流系统下串联混合系统的稳定裕度。     

一种适用于风电场送出的混合型高压直流输电系统拓扑

混合型高压直流输电系统两端分别由传统电网换相换流器(LCC)和电压源换流器(VSC)构成,是一种新型拓扑,可以合理结合二者的优点,具有广泛的应用前景。其运行特性、控制策略和故障特性等方面不同于LCC高压直流输电系统和VSC高压直流输电系统,有必要对其进行研究分析。文中研究了整流侧采用VSC、逆变侧采用LCC的混合型高压直流输电系统,设计了不同的控制策略,在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC下进行了正常和故障情况下的仿真,对比采用不同控制策略时对系统换相失败的影响和故障恢复特性,选择了适用于此类系统的最优控制策略。     

落点弱交流系统的直流输电系统运行特性及改善措施

从直流接入弱交流系统的稳定机理入手,基于最大直流功率曲线法,在交直流系统简化模型的基础上,研究交流系统强弱与直流最大功率曲线的关系.对永富直流落点弱交流系统实际工程的运行特性进行了研究,提出通过加强富宁换流站近区交流电网、换流站出线加装串联补偿装置或换流站加装动态无功补偿配置等措施改善永富直流的运行条件和恢复特性,保证交直流系统的稳定和可靠运行.仿真结果验证了所提措施的有效性.     

利用虚拟电阻提高接入弱交流电网的 MMC小信号稳定性控制方法

模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)换流阀具有自关断能力,适用于向弱交流电网供电。该文对已有功率同步控制方法进行改进,通过在电压调制波处增加虚拟电阻控制,等效增大系统与弱交流电网之间的电阻,从而增强系统的稳定性。该方法实现简单,同时虚拟电阻并不消耗能量,不会降低换流器的传输效率。文中建立了受端弱交流电网MMC系统小信号数学模型,通过对多输入多输出系统开环传递函数矩阵进行分析,得到虚拟电阻对系统稳定运行特性的影响;同时对虚拟电阻的作用机理进行研究,分析得出虚拟电阻对系统运行极限的影响。最后,在PSCAD/EMTDC 中搭建了101电平受端弱交流电网 MMC系统仿真模型,仿真结果验证了虚拟电阻控制的有效性,同时体现了虚拟电阻对系统运行极限的影响。     

混合双极高压直流输电系统的特性研究

为了充分发挥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)和电压源换流器高压直流输电系统(voltagesource converter based HVDC,VSC-HVDC)的优势,针对一种新型的混合双极高压直流输电系统(hybrid bipolar basedhigh voltage direct current,HB-HVDC)进行了研究,该系统的正极是传统的12脉动LCC-HVDC系统,而负极是VSC-HVDC系统。建立了由LCC正极和VSC负极组成的混合双极高压直流输电系统的模型,推导了其在稳态时的数学模型,并设计了正负极之间的协调控制策略。在PSCAD/EMTDC环境下对HB-HVDC系统的稳态和暂态运行特性进行了研究分析。最后对HB-HVDC系统和闭锁负极VSC-HVDC后LCC-HVDC系统的运行特性进行了对比研究。结果表明:HB-HVDC系统可以更好地调节交流母线电压,减少LCC极换相失败的可能性,并且具有快速的故障恢复能力;同时也证明所设计的协调控制策略可以有效地改善HB-HVDC系统的稳态和动态特性。     

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。     

高压直流输电工程交流母线分裂运行跳闸逻辑分析及优化

分析了贵广I回、II回及糯扎渡直流工程的交流母线分裂运行的判断逻辑,说明了交流母线分裂运行的跳闸逻辑不断优化的过程,指出了当前交流母线分裂运行跳闸逻辑仍存在的问题。针对交流母线分裂运行后各运行换流器和交流滤波器的不同连接情况,提出了优化后具有较强可操作性的跳闸策略,避免了不必要的换流器跳闸,对高压直流输电系统设计、电网运行和防止事故扩大具有重要的参考意义。     

D-PMSG经LCC-HVDC送出系统的次同步振荡特性分析

当直驱风机(direct-drive permanent magnet synchronous generator, D-PMSG)位于电网换相换流器高压直流输电(line-commutated-converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)整流站近区时,系统的次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)特性尚不清晰,相关研究有待开展。针对上述问题,基于D-PMSG经LCC-HVDC送出系统,利用模块化分块建模法建立小信号模型,用特征值与参与因子研究了系统SSO模式中D-PMSG与LCC-HVDC的参与情况,并用特征值分析了系统参数对SSO阻尼的影响。研究结果表明：存在D-PMSG与LCC-HVDC共同参与的SSO模式,且LCC-HVDC接入为系统SSO提供负阻尼;当D-PMSG输电线路阻抗、GSC控制器外环积分系数增大时,SSO模式阻尼减小;当GSC控制器外环比例系数、D-PMSG直流侧电容、D-PMSG的风速、LCC-HVDC定电流控制器的比例系数增大时,SSO模式阻尼增大。基于PSCAD/E...     

风电汇集系统无功盈余导致暂态过电压问题的研究综述

近年来,风电高速发展,“风资源丰富地区建设多个风电场—经110/220kV线路将多风电场汇集—经超/特高压交/直流输电系统集中送出”是近年来风电送出系统发展的主要模式。目前中国西北/东北/华北等地的风电汇集地区配套火电机组少,无功–电压灵敏度高,发生典型交/直流故障后,存在暂态过电压问题,可能导致风机大面积脱网,影响系统安全,制约风电消纳。该文从四方面对风电汇集地区暂态过电压问题研究现状进行综述:1)暂态过电压产生机理;2)暂态过电压的相关标准与潜在危害;3)暂态过电压问题的特点与分析方法;4)暂态过电压应对措施,并提出后续研究建议和展望。     

混合直流输电系统直流故障处理策略比较分析

基于电网换相换流器(line commutated converter,LCC)以及模块化多电平换流器(modular multilevel converter,M M C))的混合型高压直流输电技术是实现远距离大容量输电的有效技术手段。为了快速清除直流短路故障,主要有2种实现方法:一是逆变侧换流器采用具有直流故障自清除能力的子模块,如全桥型子模块及箝位双子模块;二是在逆变侧直流出口加装大功率二极管以切断故障后的电流流通通路。该文通过研究不同直流故障处理策略的物理机理及控制流程,对其可行性及适用性进行深入研究。通过在PSCAD/EMTDC中搭建典型模型,考察直流故障下的系统响应特性,对不同处理策略下的系统暂态特性进行综合比较。最后,对基于全桥型子模块的不闭锁穿越式直流故障处理策略进行了仿真验证,仿真结果表明此种策略不适用于真双极直流系统,无法实现直流短路故障的有效清除。