Power modulation of Sidney HVDC scheme. I. RAS control concept,realization and field tests

The 200 MW back-to-back Sidney (Nebraska) Converter Station (SCS) provides an asynchronous tie between the east and west AC power networks. In order to maintain electromechanical stability of the east network under worst-case line outage conditions, a remedial action scheme (RAS) was integrated in the HVDC (high-voltage direct-current) control. Basic components of the SCS RAS are frequency-dependent power modulation combined with an effective voltage control in the western network. The authors present the conceptual development of the RAS, as well as details on the RAS control hardware and software. Studies and live system tests have demonstrated the ability of the relatively fast HVDC controls to change the power infeed from the DC station quickly. These rapid changes in power transfer properly coordinated with speed deviation of a nearby generation unit, help maintain, and in some cases improve, the electromechanical stability of the AC system     

直流输电系统控制参数对交直流连接母线电压幅值的影响

采用灵敏度分析方法对交直流输电系统稳态运行条件下的相互影响作了详细分析。分析了直流输电系统控制参数变化对直流输电系统输送的有功功率和需要的无功功率的影响,进而导致交直流连接节点电压的变化情况。采用解耦求解与联合求解2种方法讨论了不同控制方式下,直流输电系统控制参数对交直流连接母线电压幅值的影响。结合交直流输电系统的计算结果,总结了直流输电系统电压设定值、电流设定值、触发角(或熄弧角)设定值、功率设定值以及换流变压器变比对换流器有功功率和无功功率的影响,以及这些控制量对交直流连接母线电压幅值的影响。其影响的大小和方向取决于系统采用的控制方式以及系统网络参数。运用所提出的方法易从计算得到的灵敏度矩阵中分析交直流输电系统之间稳态运行条件下的相互影响。     

多端直流输电系统中的直流功率调制技术

与常规的双端直流输电系统相比,基于直流功率调制技术的多端直流输电系统能更灵活地向所连接的交流系统提供快速的紧急功率支持,改善交流系统的稳定性。文章对其中一端为弱交流系统的4端直流输电系统运用PSCAD/ EMTDC仿真软件研究了多端直流输电系统的功率调制技术,提出了该系统的仿真模型及其复合控制策略。仿真结果表明,所连接交流系统的强度、各换流站的控制策略和直流系统电流平衡原则的选取会极大地影响直流功率调制的性能,多端直流输电系统比常规的双端直流输电系统能更灵活地运用直流功率调制技术,进而有效地提高所连接交流系统的稳定性。     

基于广域测量信息的直流调制新方法

提出了一种系统化的大规模交直流电力系统中基于广域测量信息的直流阻尼调制信号的筛选和集成方法。定义了一个新的概念“模式可观惯量中心”。对于多区域互联电网,当直流线路连接了2个区域电网时,区域电网“模式可观惯量中心”间的频率差可以作为直流调制信号。新信号考虑了大规模交直流电力系统的特点。与现有的调制信号相比,新信号可以更好地反映区间振荡。在南方电网的仿真研究表明,基于广域信息的直流调制新方案优于传统的直流调制方法。     

直流输电系统控制参数对交直流连接母线电压幅值的影响

该文采用灵敏度分析方法对交直流输电系统稳态运行条件下的相互影响做了详细分析。讨论了不同控制方式下的直流输电系统控制参数改变使得它输送的有功功率和吸收的无功功率发生变化,导致交直流连接节点电压的变化。分析了交直流系统之间联结节点上交流电压变化对直流输电系统的影响。该文结合交直流输电系统的计算结果,总结了交直流输电系统控制变量之间相互影响的方式和大小,对认识交直流输电系统之间稳态运行条件下的相互作用有实用的价值。     

Optimal power flow solution of two-terminal HVDC systems using genetic algorithm

The usage extensively of high voltage direct current (HVDC) transmission links in recent years makes it necessary further work in this area. Therefore, two-terminal HVDC transmission link is one of most important elements in electrical power systems. HVDC link representation is mostly ignored and simplified for optimal power flow (OPF) studies in power systems. OPF problem of purely alternating current (AC) power systems is defined as minimization of the fuel cost to subjected equality and inequality constraints. Hence, OPF software of purely AC power systems is extended by taking into consideration power transfer control characteristics of HVDC links. In this paper, OPF problem of integrated AC–DC power systems is first solved by genetic algorithm that is a heuristic algorithm based on evolutionary. The proposed method is tested on two test systems which are the modified 5-node test system and the modified WSCC 9-bus test system. In order to show effectiveness and efficiency of the proposed method, the obtained results are compared to that reported in the literature.     

特高压直流对交直流并联电网安全稳定影响

以南方电网为例,应用PSS/E仿真软件探讨含有特高压直流的电网中交流和直流系统相互影响机理,以便揭示交直流并联运行电网失稳的可能性。分析表明,多馈入直流系统中,受端交流故障对直流运行状态的破坏程度远较送端交流故障严重,其对系统稳定的影响与直流功率恢复速度有关,若直流恢复速度较慢,有可能使受端交流故障成为系统输电能力的约束故障。大容量直流对系统稳定影响表现为输电能力更高,双极故障后的安稳措施代价更大。     

三峡—华东HVDC辅助频率控制的动模试验

通过大规模动模试验分析了三峡一华东高压直流(HVDC)输电系统加装辅助频率控制器后的动态特性。试验结果表明，加装了辅助频率控制器的HVDC系统能在两侧交流系统发生大扰动时，实现两侧系统之间功率的相互紧急支援，可显著改善两侧交流系统频率，并能在多回直流输电线路中实现功率的平稳转移，经济效益显著。通过试验也初步揭示了HVDC辅助功率调制对交流系统稳定性以及对HVDC系统自身稳定性的影响，为设计综合性能良好的辅助控制器提供了具有较高参考价值的试验数据。     

含柔性直流输电的交直流并列系统有功潮流优化方法

基于电压源换流器的高压直流输电技术,即柔性直流输电技术是近年来高压直流输电研究和应用的热点。但含柔性直流输电的交直流并列系统会使得电网的潮流分布更趋复杂。由于柔性直流输电系统能够实现有功无功的独立控制,对其有功功率指令值的分析有利于提高交直流并列系统的功率输送效率和效益。然而,目前电力调度中,该有功功率指令值的制定缺乏依据,为此提出了一种计及多目标的有功潮流优化方法。通过计及多个目标的约束,建立了相应的目标函数,利用模糊理论,给各个目标函数指定隶属函数,最终求解多目标优化函数得到交直流并列系统的有功潮流分配优化值。最后通过算例验证了所提方法的可行性。相比当前常常依据运行方式和运行经验笼统地制定有功功率指令值的做法,所提的多目标优化方法给出的指令值既能降低电网损耗,又保证了电网运行的安全稳定性。     

Fault Ride-Through Capability Enhancement of VSC HVDC connected Offshore Wind Power Plants

To achieve active control of the AC voltage magnitude of wind power plant(WPP) collector network and improve the fault ride-through (FRT) capability,an FRT scheme based on feed forward DC voltage contr...     

西电东送纯直流输电方案研究

2015年后全国联网格局将逐步形成,届时,全国电网将分为四个同步电网,即东部电网、中部电网、南方电网及西北电网.对于远距离(超过1000km)、大容量(超过50GW)的西电东送工程,如果采用纯直流输电方案,将会出现多条直流线路同时落点于同一交流系统的情况,这对交流系统的安全稳定运行有一定影响.文章以2030年为水平年,分析了在不同直流和交流系统故障情况下各同步电网的稳定性,并对多直流落点系统中各直流线路的恢复特性进行了研究.分析结果表明,西电东送工程采用纯直流输电方案在技术上是可行的.     

交直流系统可靠性评估

直流系统传输容量大、元件多、故障率高,对电力系统的可靠性影响较大.随着实际系统中直流输电工程的陆续投运,迫切需要研究如何定量考虑直流系统对系统可靠性的影响.文章根据双极直流系统的结构和特点,采用故障树分析法,将直流故障结果分为单极停运、双极停运和容量降低;然后应用频率和持续时间法计算得出直流系统的多状态模型嵌入发输电系统可靠性评估软件中;并在系统状态分析中考虑了直流控制措施的影响.建立了交直流混合系统可靠性评估的模型、算法及指标体系,并开发了相应软件.对南方电网2005年规划方案的500kV交直流系统的评估结果验证了所提出的算法和软件的可行性和有效性.     

基于PSASP的直流系统用户自定义建模

针对大规模交直流电力系统机电暂态仿真时采用程序缺省的直流输电模型不能有效描述实际直流输电特性的问题,以实际直流系统为参考,利用PSASP用户自定义建模环境,采用注入功率法建立高压直流用户自定义模型。此自定义直流模型由潮流模型和稳定模型2部分组成,稳定模型涵盖实际直流控制器的主要控制功能模型以及变压器分接头控制、无功控制等辅助功能模型。以EPRI-7节点系统为例,研究在不同工作状态下自定义直流模型系统的特性,仿真结果证明了模型的合理性。     

交直流系统相互影响研究综述

高压直流输电在远距离、大容量输电和电网互联中得到广泛应用,也带来了很多运行方面的新问题。文章围绕交直流系统相互影响,从电压稳定性、换相失败、过电压和低频振荡四个方面分析了国内外研究现状,并指出多馈入交直流系统的电压稳定性分析、高压直流系统模型的建立、换相失败后的控制措施及功率恢复策略、电力系统稳定器(PSS) 与直流调制控制器的协调配合等是今后研究的重点。     

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。     

Multivariable control with grid objectives of an HVDC link embedded in a large-scale AC grid

The HVDC links are increasingly used not only to interconnect asynchronous AC systems but are also embedded into a same meshed AC power system. Thanks to its speed and flexibility, the HVDC technology is able to provide transmission system advantages as transfer capacity enhancement and power flow control. In addition, studies have shown that the way of controlling the HVDC converters impacts the stability of the AC system. This can be particularly exploited to enhance the dynamic power system performances during transients. In this paper a robust multivariable control design for HVDC link converters is proposed. It is based on the coordination of the control actions of the HVDC converters and the use of a control model which takes into account the dynamics that mostly impact stability of the neighbor zone of the HVDC link. This new methodology was used to synthesize the controller for an actual grid 1000 MW HVDC link reinforcement project called “Midi-Provence” in the southern part of the French grid. The synthesis, implementation and validation processes are presented in detail. The new controller is tested in comparison with the standard vector control. A large-scale dynamic model of the whole European power system, currently used and updated by the European TSO’s for the interconnection studies has been used with Eurostag simulation software.     

多馈入系统直流间耦合程度量化表征方法

目前多回超/特高压直流馈入华东电网,交直流系统之间交互作用及耦合复杂。为了量化表征多馈入直流间耦合程度,提出了多馈入直流系统的交流电压畸变耦合系数。通过计算一回直流内部故障引起其余直流逆变站换流母线交流电压的畸变程度,得到多直流间耦合系数。该耦合系数包含了直流输送容量对交流系统的影响、不同技术路线直流控制系统内部控制环节响应特性差异以及直流逆变站之间交流电网的阻抗特性等因素的综合评估。利用耦合系数提出耦合区域的概念,可用于评估多回直流同时换相失败的风险。以华东电网多馈入系统为例进行了仿真验证,结果表明所提出的耦合系数以及耦合区域表征形态与实际运行中的情况基本相符,该系数能为直流的规划和运行提供重要的技术参考。     

交直流多机电力系统次同步振荡分析程序

介绍一个适用于交直流多机电力系统次同步振荡（ＳＳＯ）分析的程序ＳＯＦＲＥＳＰ,该程序基于复转矩系数法,采用机网接口,交直流接口技术,充分开发了网络的稀疏性,可以在不作任何网络简化的情况下,分析由串联电容补偿和直流输电系统引起的次同步振荡。     

考虑无功功率协调控制的并行直流系统紧急功率支援

直流系统紧急功率支援需要考虑无功功率协调控制以提高系统电压稳定水平。文中分析推导了直流系统有功功率输送和无功功率消耗的比例关系,研究了多直流系统相互间紧急功率支援时导致的换流站近区暂态电压跌落问题,提出了紧急投入备用无功功率、充分利用故障直流无功功率补偿能力和交直流系统间功率分配的协调控制等策略,以实现无功功率的合理分...     

基于接口修正方程的含柔性直流大电网解耦潮流算法

含柔性直流的大电网潮流计算是深入研究柔性直流运行特性的基础。潮流算法主要包括交直流联立求解算法和交直流交替求解算法两类。前者无法利用已有的交流计算程序,扩展性差;后者存在收敛性差、有交替误差等缺点。基于接口修正方程技术,构建了含柔性直流的大电网解耦潮流算法。通过把换流器交流侧和直流侧的节点分裂开,形成换流器、交流网络和直流网络三部分,利用交流网络、直流网络各自与换流器之间的接口修正方程,实现交流电网和柔性直流的潮流计算解耦。该算法可弥补常规算法的不足,同时具备扩展方便和收敛性好的优势。实际的柔性直流工程算例结果验证了方法的正确性及上述优点。