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。     

混合双馈入直流输电系统控制回路间交互影响定量分析

随着直流工程建设的推进,混合双馈入直流输电系统内部的交互影响受到愈来愈多的关注.为进一步明确混合双馈入直流输电系统内部交互影响的产生机理,利用控制理论中的相对增益矩阵方法对混合双馈入直流输电系统控制回路间的耦合作用进行定量分析.研究受端交流系统强度、联络线长度、直流功率传输水平以及直流系统功率振荡频率等多种因素对控制回路间耦合程度的影响.最后利用电磁暂态仿真模型进行验证,证明了所提方法能够定量分析混合双馈入直流输电系统内部交互影响的产生机理.     

混合双馈入系统对风电外送能力的提升分析

由于我国高负荷地区聚集,能源呈逆向分布,风电消纳主要以外送为主,针对风电场大量弃风的现象和高压直流输电网架的大量建设,提出了一种能够提高风电外送能力的混合双馈入直流输电系统。该系统是在传统风火联网直流外送基础上,增加风电孤岛经VSC直流外送系统,提出由短路容量比、直流最大传输功率指标与传统双馈入系统进行对比,在DIg SILENT软件中建模,结果显示了混合双馈入的优越性,最后基于故障扰动法对混合双馈入和传统双馈入的暂态特性进行对比分析,仿真结果表明混合双馈入系统能增加风电场的外送功率,故障期间VSC系统可以有效调节电网侧交流母线电压,增加LCC直流通道的外送功率。     

基于最大调制比的LCC-MMC混合直流交流侧故障控制策略

对现有常规直流工程进行逆变站柔性化改造,是解决多馈入直流输电系统潜在级联换相失败问题的一个有效方案,改造后的混合直流系统整流站沿用电网换相换流器,逆变站新建模块化多电平换流器。首先对电网换相换流器和模块化多电平换流器(LCC-MMC)混合直流系统的拓扑结构、基本控制方法以及整流站交流侧故障时功率骤降问题进行了阐述。然后,针对上述问题,提出了基于最大调制比的交流侧故障控制策略,在整流站交流侧故障时,该策略能够通过调节逆变站模块化多电平换流器的调制比,维持直流电流的恒定,降低混合直流系统传输有功功率的跌落幅度,从而减小传输功率骤降对逆变站交流系统的冲击。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了混合直流输电系统的仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。     

基于储能装置的柔性直流输电技术提高大规模风电系统稳定运行能力的研究

大规模风电集中接入电网对直流输电技术提出了更高的要求。为此,提出了基于储能装置的柔性直流输电并网传输系统拓扑结构。根据dq同步旋转坐标系下VSC-HVDC(Voltage Source Converter HVDC)系统的数学模型,设计了相应的换流器直接电流控制策略。其中送端换流站解耦控制器实现了风电场输出有功功率和无功功率的独立控制,受端换流站采用将储能装置充放电功率偏差值作为直流电压控制器附加信号的控制策略。最后,以配备双馈风电机组的风电场经柔性直流输电系统接入电网进行仿真分析,针对风电场在噪声风引起的输电功率波动、受端换流站侧交流系统短路故障等情况进行仿真验证,结果表明该控制方案有效可行。     

分层接入方式的特高压直流输电逆变侧最大触发延迟角控制

随着中国特高压直流输电技术的广泛应用,多馈入高压直流集中落入受端负荷中心将是未来我国电网发展所面临的重要问题。特高压直流分层接入方式有助于提高多馈入直流系统电压支撑能力,已经列入国家电网规划。传统的逆变侧最大触发延迟角控制策略在逆变侧一个交流电网发生故障时会导致另一正常运行交流电网所连接阀组发生换相失败。该文提出一种改进的逆变侧最大触发延迟角控制策略:逆变侧一个交流电网发生故障时,控制另一个正常运行交流电网连接的阀组不以提升直流电压来抑制直流电流为控制目标,而以减小最大触发延迟角不发生换相失败为控制目标,可保证无故障交流电网所连接的阀组正常运行,避免了直流功率振荡。     

多馈入直流系统区域最大传输功率算法

为满足远距离清洁电力输送及东部负荷发展的需要,特高压技术正在我国得到大量应用。多回直流集中馈入受端负荷中心将是未来我国电网发展所面临的重要问题,而功率/电压稳定就是其中重点研究课题之一。以往最大传输功率研究成果主要关注单回直流最大传输功率以及多馈入系统情形下某个直流的最大传输功率。但是,对于区域合计所能实现的最大直流传输功率,还未见有报道。该文对以往多馈入直流输电系统静态功率模型进行了拓展与深化,建立广义的多馈入直流输电系统静态功率模型,揭示区域最大传输功率的含义,采用梯度法求解区域所能实现的最大传输功率,并通过矩阵变换化简,在最大传输功率与传统临界多馈入短路比之间建立联系。该文的研究成果为以往多馈入相关均衡性概念与结论提供了理论支持,对某一区域多馈入直流最大传输功率的分析及调整策略给出了新的方法,同时对规划阶段优化直流布局起到指导作用。     

计及柔性直流的短路比指标分析研究

电力系统的运行特性与其所连接的受端交流电网强度关系密切,而基于传统常规直流系统提出的短路比是衡量受端电网强度的重要指标之一.考虑混合多馈入系统中柔性直流系统(VSC-HVDC)对短路比指标计算的影响,基于短路比的定义,本文分别从短路容量和等效直流功率两方面出发,分析VSC-HVDC对系统短路电流及多馈入相互作用因子的影...     

考虑VSC-HVDC作用的LCC-HVDC系统短路比实用计算

准确量化LCC-HVDC（电网换相换流器型高压直流输电）及VSC-HVDC（电压源换流器型高压直流输电）多馈入系统的传输极限和电网强度是保障新型电力系统稳定运行的关键之一。通过改进传统LCCHVDC交直流系统的电网强度量化方法，提出了量化混合直流馈入系统电网强度的短路比指标，以此分析交直流系统的传输极限。首先，根据潮流方程建立混合直流馈入系统的准稳态模型；其次，通过分析雅克比矩阵奇异性与直流馈入系统功率传输极限的关系，得到用于评估混合直流馈入系统中LCC-HVDC传输极限的短路比指标，并分析指标临界值与VSC-HVDC运行方式的灵敏度关系；最后，通过PSCAD/EMTDC及MATLAB平台验证了短路比指标的有效性。分析结果表明：VSC-HVDC在受端定电压控制方式下具有更好的电压支撑能力，同时VSC-HVDC的运行方式对LCC-HVDC传输极限的影响较小，可通过所提指标进行定量分析。     

基于序列二次规划算法的多馈入直流输电系统功率优化

我国已形成含有多馈入直流输电系统(multi infeed direct current，MIDC)的大规模交直流混合电力系统，由于直流输电系统换流站的特殊性，直流输电系统有功功率的输送会影响受端交流系统的运行特性。以MIDC系统各条直流线路输送的功率为控制变量，受端系统网损为目标函数，采用序列二次规划(sequence quadratic programming，SQP)算法对MIDC系统输送功率进行优化。算例证明该方法可有效减小受端系统网损，优化后双馈入DC/AC的9节点系统网损平均降低0.72%，三馈入DC/AC的118节点系统网损平均降低0.97%。     

柔性直流分区技术在多直流馈入的受端电网中的应用研究

多直流馈入的受端电网由于多直流落点受端系统的交直流相互作用复杂、直流馈入功率大,存在着交流故障引起多条直流同时发生换相失败的风险、区域间潮流交换困难、短路电流水平超标等问题.柔性直流输电以其快速灵活的调节功率、不增加系统短路容量等优越特性,在远距离大容量输电、异步联网等方面获得了广泛的应用.利用柔性直流输电的技术优势来...     

强直弱交受端交流系统安全馈入直流功率评估方法

随着特高压交直流输电的快速发展,交流电网新增馈入直流全面建设,电网"强直弱交"的问题逐渐突出,受端交流系统的安全隐患日益严重。对于多馈入交直流混合系统而言,由于多个直流线路并列运行,各交直流系统之间,直流子系统之间相互影响,对交直流混合系统的控制和保护提出了新要求。分析了短路比、直流线路换相失败、受端交流系统接入能力研究现状,为强直弱交受端交流系统安全馈入直流功率评估研究提供参考。     

LCC与VSC级联的特高压混合直流输电系统控制策略

受端为电网换相换流器(Line Commutated Converter, LCC)与电压源换流器(Voltage Source Converters, VSC)级联的特高压混合直流输电系统能够抑制受端LCC换相失败导致的功率传输中断,系统接线方式和控制方式变得灵活和多样化。针对受端交流系统故障穿越,提出了基于直流电压与受端交流电压的低压限流控制策略和LCC限压恢复策略。针对多换流器的稳定运行,提出了多换流器功率协调控制策略和VSC在线投退策略。针对直流线路故障穿越,提出了基于直流电压偏差控制的穿越策略。基于电磁暂态程序(PSCAD/EMTDC)搭建了LCC与VSC级联的特高压混合直流输电系统仿真模型。仿真结果验证了所述控制策略的有效性。     

基于多回直流功率转移的受端电网节假日期间电压控制

节假日期间,电网负荷大幅下降,潮流轻载导致容性无功过剩,电压显著升高。对于多直流馈入受端电网,受直流换流站内绝对最小滤波器投入组数的制约,密集落点的多个直流换流站在直流低功率运行方式下会同时向交流电网注入大量容性无功,导致电网电压大幅升高且难以通过常规电压调整手段控制。提出了考虑多回直流功率转移的电压控制策略,在不改变直流总送电计划的基础上,通过优化分配多回直流的功率来改变直流与交流电网的无功交换数量,进而有效降低电网电压。华东电网实际案例和仿真计算均显示,在多回直流之间进行有功功率转移能有效地改善多直流馈入受端电网的无功潮流分布,合理控制系统电压。     

改善多馈入直流系统电压无功特性的直流控制策略

为了改善多馈入直流系统受端交流系统的电压无功综合特性,在直流系统逆变侧引入了定交流电压控制;然后,使用新型指标——电压稳定耦合因子来衡量直流输电子系统换流母线间的影响,并指导该控制方式在多馈入系统中的设置方案;同时,提出了一种平滑切换逻辑控制器,以实现直流系统在定交流电压控制和其他控制策略之间的平滑切换。针对三馈入直流输电系统的电磁暂态仿真结果说明,当受端交流系统发生严重故障时,该控制策略相比常规的定熄弧角控制,能够有效改善弱交流系统电压稳定性及直流系统间的不利相互作用。     

柔性直流输电提升常规直流输电短路比的原理及方法

柔性直流输电(VSC-HVDC)馈入受端交流电网后对原有常规直流(LCC-HVDC)将产生重要影响。基于含VSCHVDC和LCC-HVDC的混合双馈入直流系统,分析了计及VSC-HVDC影响多馈入有效短路比指标,量化了VSCHVDC馈入点及馈入电流对LCC-HVDC有效短路比的提升作用。结合VSC-HVDC稳态运行目标及LCC-HVDC的暂态电压支撑需求,设计了一种可最大程度提高多馈入有效短路比的VSC-HVDC控制策略,通过PSCAD中的数字仿真验证了该策略的有效性。     

混合双馈入直流输电系统的交互作用机理研究(二):小干扰稳定裕度分析

针对由电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)系统和电压源换流器型高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统构成的混合双馈入直流输电系统,基于推导建立的等值单馈入直流输电模型,采用增益裕度(gain margin,GM)指标、相位裕度(phase margin,PM)指标和灵敏度函数最大峰值指标Ms,定量评估交流系统强度、LCC-HVDC子系统的定关断角和锁相环,以及VSC-HVDC子系统的外环功率控制器、内环电流控制器和锁相环对混合双馈入直流输电系统稳定裕度的影响规律;最后,通过PSCAD/EMTDC下的详细电磁暂态详细仿真,验证所建立单馈入直流输电模型的有效性及理论分析结果的正确性。     

新型混合高压直流输电技术在海上风电场并网中的应用

对由双馈风电机组组成的海上风电场采用混合高压直流输电技术并网时风电场内部的电压和频率控制进行了研究。混合高压直流输电系统由双桥十二脉波不控整流换流器(DBC)、模块化多电平换流器和高压直流输电线路组成。首先,通过深入的理论分析阐明当由双馈风电机组组成的海上风电场采用混合高压直流输电技术并网时,风电场内部的电压可以自动维持在一个合适的范围内并随双馈风电机组输出有功功率的变化而变化。在此基础上,设计了双馈风电机组转子侧换流器的控制器以实现对风电场内部交流系统频率的控制,同时实现了双馈风电机组输出有功功率的最大功率点跟踪。为防止岸上公共连接点发生三相接地短路故障时基于DBC的高压直流输电系统发生过电压,设计了故障时双馈风电机组的控制策略。最后,对建立的采用混合高压直流输电技术并网的海上风电场模型进行了数字仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性和所提出控制策略的有效性。     

多直流馈入系统功率调控与机组出力恢复协调优化

含多直流馈入的受端电网发生大停电后,充分发挥直流系统启动后的调控能力是加快负荷恢复进程的重要手段,同时对系统恢复控制提出了更高的要求。在此背景下,提出了一种多直流馈入系统功率调控与受端系统机组出力恢复协调优化方法。首先,从直流系统逆变站的功率调控特性和多直流馈入系统与送/受端交流系统的交互作用这2个层面分析多直流馈入系统的功率调控特性,并建立相应的功率调控约束模型;然后,以机组爬坡时间和直流系统功率调控时间最短为目标,综合考虑直流系统、送/受端系统的约束条件以及常规发电机组的恢复运行约束等因素,建立直流馈入量调整模型,计及系统功率平衡、电压和频率安全、旋转备用等约束,构建多直流馈入受端系统的机组出力优化模型。在此基础上,将该问题建模为双层混合整数线性规划模型,实现传统机组出力和各直流传输量的协调优化,最小化机组出力调整时间,并达到避免直流传输量小幅调整的调度目标。最后,以含多直流馈入的IEEE 30节点、IEEE 118节点系统以及含多风电场的IEEE 30节点系统为算例验证所提模型的有效性。     

改善系统频率稳定性的多直流功率紧急支援协调控制策略

直流功率紧急支援能够有效改善多直流馈入电网在大功率缺额故障扰动后的系统频率稳定性。文中分析了直流功率紧急支援的原理,提出了一种综合考虑直流过负荷能力、直流运行工况和交流输电能力的单回直流实时可提升功率的估算方法。基于交流电网的安全稳定约束,提出了区域电网最大可支援能力的计算方法和“同送出同馈入”的多回直流实际支援量的协调优化算法。在此基础上,提出了改善系统频率稳定性的多直流功率紧急支援的协调控制方案,并在华东多直流馈入电网中进行了仿真验证。