基于用户自定义程序的VSC-HVDC机电电磁混合仿真研究

柔性直流输电(VSC-HVDC)输电容量不断提升,使其应用范围由配电网逐步延伸至输电网,分析交直流混联电网受扰后的稳定性及和设备运行安全,需要开发兼顾大电网计算效率和直流动态特性精细模拟的仿真计算工具。为此,建立了VSC-HVDC电磁暂态仿真模型,包括VSC交流侧换流变压器、直流输电系统和控制系统电磁暂态仿真模型,以及各模型的差分化方程,并提出VSC电磁量与机电量接口转换方法;基于电力系统分析综合程序的用户自定义程序接口(PSASP/UPI)功能,提出并开发实现了VSC-HVDC机电与电磁混合仿真算法。VSC-HVDC交直流并联输电系统混合仿真结果验证了仿真算法的有效性。     

提高系统暂态稳定性的风电直流协调控制策略

风电规模的扩大和直流线路的增多,风火打捆交直流混联系统的暂态稳定性受到关注.本文从风火打捆交直流混联系统的实际网络拓扑结构出发,通过对节点导纳矩阵的收缩变换获取风电和直流输电功率外特性与系统等值机械功率间的关联关系,在此基础上基于扩展等面积定则,确定出DFIG和VSC-HVDC接入网络拓扑位置和输出特性对风火打捆交直流混联系统的暂态稳定的影响规律.进一步利用DFIG和VSC-HVDC对功率的可控性提出一种协调阻尼控制策略,利用风电和直流本身的灵活调节能力实时调节功率输出,促进系统快速恢复稳定.仿真结果表明,所提控制策略使得系统功角摆幅更小,恢复更快,在不添加额外硬件设备的情况下,有效提升了系统的暂态稳定性.     

考虑系统故障响应轨迹的交直流混联电力系统暂态能量计算方法

为提升直接法分析交直流混联电力系统暂态稳定的准确性,提出了一种考虑系统近似轨迹的交直流混联电力系统暂态能量计算方法。通过对交直流混联电力系统等值模型仿真得到系统近似故障响应轨迹,根据系统轨迹上直流端口电压、相角以及直流电流的取值确定直流端口传输功率,进而沿系统轨迹对直流端口功率进行积分,计算直流系统势能,提升了交直流混联电力系统暂态能量计算结果的准确性。分别运用所提方法和不计系统响应轨迹的能量函数计算方法对交直流混联电力系统测试算例进行分析,并与PSD-BPA时域仿真结果对比,验证了所提方法的优越性。     

VSC-HVDC与弱交流电网混联系统大扰动行为机理及稳定控制

基于电压源换流器的柔性直流输电(voltagesourceconverterHVDC,VSC-HVDC),其与弱交流电网构成的混联系统的稳定问题,是当前工程界关注的重点和学术界研究的热点。该文首先建立计及限幅环节、故障穿越策略,以及保护闭锁逻辑的VSC-HVDC机电暂态仿真模型;提出VSC换流器非线性功率特性的大扰动测辨方法,分析和识别影响VSC功率特性的关键因素。在此基础上,揭示大扰动冲击下混联系统存在的不同形式的失稳现象及其行为机理,并提出稳定控制策略。VSC-HVDC与弱交流电网混联系统的大扰动时域仿真结果验证了机理分析的正确性以及控制策略的有效性。     

连接交流系统的HVDC线路暂态稳定判别及保护机制

随着交/直流混联系统不断推广应用,混联系统的保护动作机制决定着系统的稳定性。提出了一种交直流混联系统稳定性判别原则,根据直流系统故障后的恢复运行极限时间配置保护。分析了交直流混联系统的暂态稳定性模型,推导出了HVDC连接下的电磁功率表达式。以两机交直流混联系统为例,分析了暂态稳定的AC/DC等面积定则,给出了故障前、故障中和故障后的分析。根据两机系统暂态稳定判据,提出了直流系统故障下的恢复运行的极限时间,以此配置保护,提高混联系统的暂态稳定性。通过仿真算例,分析了影响AC/DC系统暂态稳定性的主要参数,同时说明了所提方法的适用性。     

交直流系统的换流器动态相量模型

建立准确而有效的换流器数学模型是研究大规模交直流混联系统动态特性的关键问题。分析在交流系统不对称情况下,换流阀导通时刻偏移和三相换相角不平衡的HVDC换流器动态特性。由此,提出基于序分量的适用于各种运行工况及故障的改进换流器动态相量模型,该模型突破了传统换流器动态相量模型的应用局限性。将其应用于贵广Ⅱ回HVDC系统详细模型和CIGRE HVDC系统标准模型的交直流系统动态特性的全面仿真计算,与应用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件得到的仿真结果相比较,结果表明该模型准确有效。     

含分层接入特高压直流的交直流混联电网机电— 电磁暂态混合仿真研究

特高压直流分层接入系统在提升受端电网电压支撑的同时也带来了不同层间系统耦合关系复杂等问题。为准确研究特高压分层接入后交直流混联系统运行特性,结合±800 kV雅中—江西分层接入特高压直流输电工程,基于ADPSS搭建含特高压分层直流输电系统的交直流电网混合仿真模型。首先通过仿真对比验证了纯电磁暂态模型的正确性。然后对比分析关断角独立控制指令阶跃响应下混合仿真模型和纯电磁暂态模型的仿真结果,验证了混合仿真模型的准确性和优越性。最后与机电暂态模型进行故障仿真对比。仿真分析表明,混合仿真能够准确反映特高压直流分层接入后混联系统动态特性,提供很好的仿真模型基础。     

面向交直流混联系统的虚假数据注入攻击方法

虚假数据注入攻击是威胁电力系统安全稳定运行的重要因素之一,研究攻击者针对电力系统的网络攻击方法,能为改进系统防御措施提供决策依据。文中基于高压直流换流站运行特性与交直流耦合特性,提出了面向交直流混联系统的虚假数据注入攻击方法。首先,分析了交直流混联系统状态估计的基本原理;然后,提出了针对交直流混联系统的攻击策略,构建了攻击模型;最后,以改进的IEEE 30节点系统为例进行仿真验证。算例结果表明针对交直流混联系统的虚假数据注入攻击能够绕过不良数据检测算法,破坏系统的安全稳定运行,验证了所提模型和方法的有效性。     

含VSC-HVDC交直流系统多尺度暂态建模与仿真研究

为满足对交直流系统电磁–机电暂态特性准确、快速和灵活仿真的需要,提出基于移频分析等方法的含柔性高压直流(voltage source converter-based high voltage directcurrent,VSC-HVDC)输电交直流电力系统多尺度暂态模型。移频分析法采用希尔伯特变换,通过移除或保留交流信号基频载波实现慢–快变化暂态的模拟。该文建立了VSC移频相量模型,推导出VSC移频域与其控制系统dq域的转换关系,选择性插入?模型获得直流输电线多尺度暂态模型,进而构建了全系统多尺度暂态模型。该模型通过设置仿真参数(如时间步长)能够满足不同时间、不同电网位置电磁或机电暂态仿真的需求。仿真结果表明,所提模型不仅准确描述了VSC-HVDC多尺度暂态过程,节省了计算时间,而且增强了交直流系统电磁–机电暂态混合仿真的灵活性。     

交直流混联系统机电—电磁暂态混合仿真研究

大规模高压直流跨区输电、交直流混联使电力系统的动态特性更加复杂,仿真分析成为研究交直流混联大电网的重要工具。传统电力系统暂态仿真主要分为机电暂态仿真和电磁暂态仿真。前者适用于开关切换不频繁、仿真步长较大的工频元件,可实现大规模系统仿真。后者适用于开关频繁切换、小步长仿真的电力电子元件,可实现对小系统的详细建模仿真。通常,仿真的规模与仿真元件的精细程度之间存在矛盾。为研究直流系统控制模型对混联系统动态特性的影响,兼顾两种仿真方法的优点,采用中国电力科学研究院开发的ADPSS仿真软件,分析了计及脉冲发生机制和定电压控制器的仿真差异。并用IEEE39节点为基础的扩展系统进行验证,可为含有大量电力电子器件接入的交直流混合系统提供更高效、更准确的建模方式。     

大规模交直流混联电网暂态特性仿真分析

为了详细研究大规模交直流混联电网中交流线路故障后对继电保护的影响,需要首先对其电气暂态特性进行深入研究。基于实测参数,在ADPSS上建立了HD地区交直流混联电网机电-电磁暂态混合仿真模型,在故障仿真的基础上研究了交流故障引起的多条直流系统换相失败期间交流系统的暂态电气特性。仿真研究结果表明,对于交直流集中落点的负荷中心,交流系统故障期间会引起局部电网电压跌落,造成相关的多条直流线路换相失败,进而引起换相失败期间交流暂态特征以及系统等效序阻抗变化,为下一步研究换相失败对交流保护的影响奠定了基础。     

交直流混联系统小扰动稳定性分析

以电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)在dq旋转坐标系下的动态数学模型为基础,推导了计及交直流系统交互影响的交直流混联系统小扰动分析模型;通过特征值分析实现了含VSC-HVDC的交直流混合系统在同一机电振荡模式下,几种不同运行控制方式阻尼特性分析,得出VSC-HVDC一侧定有功功率和交流电压,另一侧定直流电压和无功功率的运行控制方式为最佳阻尼运行控制方式。将此运行控制方式与其他方式在加入故障下进行时域仿真,仿真分析结果表明:最佳VSC-HVDC阻尼运行控制方式下,系统恢复稳定的时间最短,超调量最小。通过VSC-HVDC的参数灵敏度分析,提出了在VSC-HVDC最佳阻尼运行控制方式下可有效改善系统阻尼特性的相关措施。     

VSC-HVDC输电系统的电磁暂态建模与仿真

基于电压源换流器(VSC)的新型直流输电(VSC-HVDC)系统技术优点很多,建立能够准确描述VSC-HVDC动态特性的详细模型及仿真算法对该项输电技术的深入研究具有重要意义,还可为含有VSC-HVDC的电力系统机电、电磁混合仿真奠定基础。为此首先分析了VSC-HVDC的工作原理;利用隐式梯形积分法建立了双端VSC-HVDC的详细电磁暂态仿真模型,并利用一阶惯性环节模拟锁相环测量了VSC交流母线电压相位的动态特性;鉴于对应VSC-HVDC电磁暂态模型的差分方程为右端项含有待求变量的隐式方程,提出了相应的迭代求解数值计算算法。在VSC交流母线电压幅值和相位突变的条件下,通过与PSCAD/EMTDC中所建VSC-HVDC仿真电路电磁暂态响应的对比,验证了VSC-HVDC电磁暂态模型及其数值计算算法的正确性。     

利用同步挤压小波变换的高压交直流混联系统交流线路暂态方向保护

大型交直流电网混联深度不断增大而呈现出的复杂故障特性,对故障识别与清除的快速性提出了更高要求。依据混联系统交流侧线路的故障暂态特征,该文提出一种暂态方向保护方法,比较正、反向电流暂态分量中的高频能量构成故障方向识别的判据。其中电流暂态分量的提取及其高频能量的表征经由新颖的同步挤压小波变换完成。在实际交直流混联系统参数建立的EMTDC仿真模型上进行大量测试,并且与传统连续小波变换相比较,结果显示所提暂态方向保护在不同故障初始相位角、故障类型、故障距离、故障过渡电阻以及不同线路长度下是可靠的,且灵敏度高,时间窗短,动作超高速。     

VSC-HVDC稳态特性与潮流算法的研究

该文分析了VSC-HVDC的稳态功率特性及控制方式；在VSC-HVDC稳态模型的基础上，导出了其适用于牛顿法潮流计算的数学模型，并根据VSC-HVDC中电压源换流器(VSC)的控制对象大多为交流侧物理量的特点，提出了一种交直流混合系统潮流的交替求解算法：算法中计及了直流变量的约束条件，当混合系统潮流求解过程中无换流器调制度越界，算法可快速收敛，否则将由于交直流系统间相互影响，致使交替求解次数的增加。算例结果验证了VSC-HVDC潮流模型的正确性以及交替求解算法的有效性。该算法为进一步研究含有VSC-HVDC的交直流电力系统的潮流控制特性奠定了基础。     

含特高压直流的多馈入交直流系统动态特性仿真

以研究2010年南方电网动态特性为目的,提出了含±800 kV特高压直流的多馈入交直流系统动态特性仿真研究重点,解决了大规模多馈入交直流系统电磁暂态仿真时系统等值、模型处理以及仿真步骤等问题。依此运用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件,建立了包含±800 kV云广特高压直流等5条直流输电线路的电磁暂态仿真模型,研究中换流器模型采用详细模型。在此基础上研究了交直流系统各种故障下的动态特性,研究结果为南方电网规划及安全稳定措施的制定提供了理论依据。提出建立电磁暂态仿真模型,为研究大规模含特高压直流的多馈入交直流系统的动态特性提供了一套可行的方法。     

逆变器交流侧等值工频电气量暂态特性分析

随着交直流混联系统在中国的逐步形成,交流系统的运行环境变得更为复杂。详细分析了逆变器交流侧等值工频电气量暂态特性,分析发现逆变器交流侧等值电流的暂态特性与纯交流系统完全不同,但电压的暂态特性变化不大。并基于暂态特性的分析进一步指出了在交直流互联系统当中,交流侧传统的继电保护可能存在的问题。最后基于PSCAD/EMTDC仿真验证了结论的正确性。     

百万千瓦级柔性直流接入大连电网后的系统特性分析

基于电压源换流器和脉宽调制控制的柔性直流输电是一种新一代的高压直流输电技术,应用前景广阔。继上海南汇风电场柔性直流接入示范工程后,根据规划,2014年大连电网将投运世界上首个百万千瓦级柔性直流输电工程。为保障工程顺利实施,需详细分析大容量柔性直流接入对电网的影响。文中首先在国内广泛使用的电力系统机电暂态仿真程序中,开发了柔性直流输电系统模型与算法,并通过与电磁暂态计算的对比,验证了模型与算法的正确性。针对柔性直流接入后大连电网典型运行方式,研究了送受端交流电网故障以及直流控制方式和控制参数等对混联电网恢复特性的影响。研究结论为混联电网和交直流设备的安全稳定运行提供了技术支撑。     

含风电的VSC-HVDC并网系统暂态特性分析

为了提高柔性直流输电(VSC-HVDC)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VSC-HVDC输电并网系统,研究该系统的并网暂态运行特性。为解决电网故障时并网VSCHVDC直流电压失稳问题,提出并网VSC-HVDC直流电压与VSC间协调控制策略。在MATLAB/Simulink平台搭建风电并网仿真模型,仿真分析风速变化、并网点故障等情况下系统的暂态特性以及并网点故障时是否采用新控制策略进行实验仿真对比,研究结果表明:风速变化以及并网点故障时并网系统能够快速恢复稳定性且采用的协调控制策略有效的抑制直流电压的突增,从而增强了系统的暂态稳定特性。     

百万千瓦级柔性直流接入大连电网后的系统特性分析

基于电压源换流器和脉宽调制控制的柔性直流输电是一种新一代的高压直流输电技术,应用前景广阔.继上海南汇风电场柔性直流接入示范工程后,根据规划,2014年大连电网将投运世界上首个百万千瓦级柔性直流输电工程.为保障工程顺利实施,需详细分析大容量柔性直流接入对电网的影响.文中首先在国内广泛使用的电力系统机电暂态仿真程序中,开发了柔性直流输电系统模型与算法,并通过与电磁暂态计算的对比,验证了模型与算法的正确性.针对柔性直流接入后大连电网典型运行方式,研究了送受端交流电网故障以及直流控制方式和控制参数等对混联电网恢复特性的影响.研究结论为混联电网和交直流设备的安全稳定运行提供了技术支撑.