含风电场的MMC-MTDC系统通用频率响应模型

研究含风电场的基于模块化多电平换流器的多端柔性直流(MMC-MTDC)输电系统频率响应特性意义重大。但时域仿真建模过程复杂，不适用于理论分析，亟须提出完整的风电场与MMCMTDC系统的频率-有功功率-直流电压动态特性分析模型。为此，利用模块化多电平换流器平均值模型交直流侧解耦的特点，独立对电网侧变流器(GSC)交流侧和发电机进行等值建模。计及背靠背变流器、汇集交流线路和风电场侧变流器(WFC)损耗的前提下，根据功率转移规律完成了直驱风机和WFC中间环节化简。以直流线路作为交互端口，结合GSC和WFC等值模型，采用模块化建模方法组建了含风电场的MMC-MTDC系统的有功类分量小信号模型。仿真结果表明，通用频率响应模型能准确模拟频率小扰动的动态过程，并进行稳定性分析，为控制系统参数整定提供参考。     

LCC-MMC型混合直流输电系统小干扰稳定性研究

该文建立LCC-MMC型混合直流输电系统的小干扰动态模型,其中整流侧为电网换相换流器(linecommutatedconverter,LCC),逆变侧为模块化多电平换流器(modularmultilevel converter,MMC),通过对比小干扰动态模型计算结果与PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真结果,验证所建立模型的准确性。采用特征根分析法,研究了控制系统参数、MMC换流站子模块电容和桥臂电感对混合直流输电系统小干扰稳定性的影响。结果表明,控制系统参数对混合直流输电系统的小干扰稳定性有较大影响;MMC换流站子模块电容和桥臂电感的增加会降低混合直流输电系统的稳定性,甚至引起系统小干扰不稳定。     

基于平均值模型的双端MMC-HVDC系统小信号建模

在建立模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multilevel converter based high-voltage DC,MMC-HVDC)输电系统的小信号模型时,已有文献大多将MMC模块忽略,但实际上MMC模块的自身损耗会通过影响换流器直流侧有功输出而影响系统的动态特性。为此,将平均值模型变换到两相同步旋转坐标系,并用于换流器MMC模块的小信号建模。该模型计及了模块的自身损耗,能较好地反映换流器外特性对所连交、直流网络的动态响应;同时,考虑到公共点电压相角与所连交流网络等效阻抗的小扰动响应关系,对锁相环的小信号模型进行了改进。最后,建立整个直流输电网络的小信号模型,通过与PSCAD中电磁暂态模型进行仿真对比研究,验证了所构建小信号模型的准确性和模型改进的有效性。     

LCC-MMC串联型混合直流输电系统小信号建模

该文建立了整流侧为电网换相换流器(LCC)、逆变侧为LCC和模块化多电平换流器(MMC)串联的LCC-MMC串联型混合直流输电系统的小信号模型.首先,推导LCC的交直流侧等效电路和考虑内部动态特性的MMC的交直流侧等效电路;然后,基于等效电路构建系统整流侧模型和逆变侧模型,并对直流输电线路和控制系统进行建模,通过组合各个部分模型得到全系统模型;最后,通过线性化全系统模型得到全系统小信号模型.通过对比基于PSCAD/EMTDC搭建的电磁暂态模型验证小信号模型的准确性;基于小信号模型,分析MMC定直流电压控制参数、逆变侧LCC定直流电压控制参数、锁相环(PLL)参数和交流联络线参数对系统小信号稳定性的影响.该文所提出的LCC-MMC串联型混合直流输电系统的小信号模型可用于系统的小信号稳定性分析,从而为系统设计和参数选择提供有价值的参考.     

经柔性直流输电并网的大型风电场频率控制策略

在大型风电场经柔性直流输电系统并入交流电网的场合,传统的电网调频方法难以适用。提出一种频率控制策略,分别在逆变侧换流器、整流侧换流器和风电机组上设计响应频率变化的控制环节。所有控制环节均基于本地测量的信号,无需远距离通信。该方法可以使风电场参与交流系统调频,此外,当系统故障引起柔性直流送出容量受限时,该方法可以自动降低风电机组功率,防止直流侧过压保护动作。     

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。     

基于模块化思想的LCC-HVDC改进小信号建模及交互稳定性分析

随着电网换相型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current, LCC-HVDC)技术的广泛应用,交直流混联电力系统的交互稳定性问题日益突出。首先基于状态空间平均法建立了考虑非线性换相重叠动态过程的LCC换流器传递函数模型。为适应愈加复杂的直流输电系统建模,提出利用模块化思想分别建立LCC-HVDC各子系统小信号模型,并推导了能反映交直流系统和换流器之间电气耦合特性的接口矩阵实现子系统连接,从而模块化建立精确且易于扩展的计及控制链路延时和锁相环输出相位波动的双端LCC-HVDC系统改进小信号模型。最后分析了控制系统参数和控制链路延时对系统小干扰稳定性的影响以及失稳模态的主导因素,揭示了双端LCC-HVDC系统交直流混合谐振机理及送受端交互影响具体过程。研究结果可以为系统参数设计、谐振抑制措施提供理论基础。     

含动态直流泄能电阻的MMC-HVDC提高风电场低电压穿越能力研究

提出了基于动态直流泄能电阻的模块化多电平柔性输电直流方案,以提高基于感应双馈电机风电场的低电压穿越能力。基于矢量控制及无源电压跟随控制分别设计了系统侧、风场侧柔性直流换流器在风电场稳态运行时的控制策略。当交流系统故障导致电压跌落时,详细分析了动态直流泄能电阻的工作原理、动作判据及导通持续时间,以实现风电场低电压穿越;同时研究了其与系统侧模块化多电平换流器在故障清除后电压恢复期的协调控制,以快速恢复风电场有功输出能力。仿真结果表明:当交流系统故障时,含动态直流泄能电阻的柔性直流输电系统能够维持直流电压且不改变风电场输出电压电流;当故障清除后,风电场输出功率恢复速率远大于电力系统行业标准相关技术指标。     

一种风电场经柔性直流输电并网控制方法改进探讨

基于PSCAD仿真工具对通过柔性直流输电进行大型风电并网的问题进行了研究。建立了采用永磁同步电机的风电场等效聚合模型,分析了柔性直流输电的结构及控制改进方法,研究了在交流大电网互联和大型风电并网两种情况下的柔性直流输电系统响应。当风电场接入柔性直流输电系统时,输电系统对风电场产生一定的影响,使得风电场的输出波动通过电流内环的电压补偿项经过二次反馈给风电场,从而导致输出有功功率和无功功率的波动。为了解决风电场并网输出波动的问题,对柔性直流输电控制方案进行了改进。仿真结果显示在保持了系统优异故障穿越能力的同时,该改进方案能够有效地减小风电场的输出波动,增强了系统的稳定性。     

考虑电压动态过程的含电网换相换流器的高压直流输电小信号建模方法

对含电网换相换流器的高压直流输电（line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC）系统进行小信号稳定性分析时,存在小信号模型精度低、分析结果无法为系统稳定运行提供参考的问题。因此,提出一种计及电压动态过程的小信号建模方法。对LCC-HVDC状态空间模型进行改进,修正了逆变侧换流站内部的角度关系与换相角表达式,在模型中引入考虑电压动态过程的状态方程,并基于此模型计算系统运行的控制参数稳定域。通过PSCAD电磁暂态仿真软件对模型进行验证,并与传统小信号模型作对比,结果表明建立的考虑电压动态过程的小信号模型精度高,小信号稳定性分析结果更准确。     

基于谐波注入信息传递的海上风电柔直并网故障穿越方法

海上风电柔直送出系统在交流电网发生故障时应该具备故障穿越能力.然而,风电场和柔直系统中的多类型换流设备在没有高速通信的情况下,很难协同控制实现系统低电压穿越过程中的直流电压稳定.因此,提出基于谐波注入信息传递的海上风电柔直送出系统故障穿越协调控制方法.在故障期间,风电场侧换流器检测到直流电压超过阈值后降低风电场交流电压幅值,并向系统注入谐波,使得风电机组换流器根据不同谐波阈值协同限制注入电网的功率,实现无通信条件下系统多换流设备协同的故障穿越.通过与常规的只由风电场侧换流器单独降功率的方法进行比较,在电网的各种故障类型下,所提方法可以更快速地将柔直直流电压限定在允许范围之内,系统可实现安全、可靠的故障穿越.     

直流断线故障下海上风电经柔性直流送出系统的暂态特性

断线故障为常见的直流故障类型之一,研究该场景下海上风电经柔性直流送出系统的暂态响应特性对于系统的保护方案设计有着重要参考价值.首先,分析了直流母线正极断线故障下短路电流产生机理,推导了非故障极短路电流表达式,并分析了接地阻抗参数对该短路电流特性的影响.其次,研究了故障期间风电场侧与电网侧换流站交直流侧暂态电压演变特性....     

基于平衡理论的双端柔性直流输电系统降阶小信号建模

为了提高直流输电系统小扰动稳定性分析计算效率,建立了直流输电系统小信号降阶模型。文章以双端直流输电系统为研究对象,首先建立了双端柔性直流输电系统小信号模型,然后基于平衡理论将系统状态量按Hankel奇异值数目排序进行阶数选择,经过矩阵变换实现小信号模型的降阶。通过计算全阶系统和降阶系统的主导特征根变化轨迹,验证了降阶系统与全阶系统具有一致的小扰动稳定性。仿真结果表明,降阶前后具有相似的动态响应,验证了降阶模型的准确性。在复杂网络环境下,基于平衡理论的降阶方法不仅减小模型复杂度、提高了计算效率,还可对系统的稳定性进行预判。     

考虑直流侧动态的跟网型变换器稳定性分析

目前大部分关于并网变换器的研究忽略直流侧动态,在直流侧使用恒定电压源,一定程度上影响小干扰稳定性分析。本文主要考虑直流侧动态对跟网型变换器进行建模及稳定性分析。首先,分析了新能源场站并网系统直流侧可等效为电压源和受控电流源的适用条件,论证了并网变换器建模时考虑直流侧动态的必要性。随之建立了考虑直流侧动态的跟网型变换器谐波状态空间 (harmonic state-space, HSS) 阻抗模型。其次,在不同电网强度下,通过伯德判据对不同直流侧结构的系统进行稳定性分析,揭示了电网强度对跟网型变换器稳定性的影响机理。然后,分析了锁相环、电流环、滤波环节对系统阻抗特性的影响。理论分析与电磁暂态仿真结果表明弱电网条件下,锁相环与电网呈现强交互作用,降低了系统的小干扰稳定性,考虑直流侧动态的系统临界短路比更大。     

双闭环定交流电压控制下MMC换流站阻抗建模及稳定性分析

风电系统接入基于模块化多电平换流器(MMC)的高压直流(HVDC)输电系统是极具前景的输电方案,同时也面临较为突出的系统稳定性问题。小信号阻抗分析法是研究互联系统稳定的有效办法。然而,MMC的内动态特性使得精确建立其阻抗模型具有较大难度。文中采用多谐波线性化方法建立了采用双闭环定交流电压控制的MMC送端换流站小信号阻抗模型,可实现电流环对MMC阻抗影响的准确分析。针对直驱风机通过MMC-HVDC系统并网的系统,利用阻抗分析法分别分析了MMC电流环不同控制带宽下互联系统振荡的问题,为电流环参数优化设计提供了依据。最后,基于MATLAB/Simulink的仿真结果证明了阻抗模型和稳定性分析理论的正确性。     

双馈风电场接入交流或交直流混合系统低频振荡 模态对比分析

目前,风电并入交直流混合系统低频振荡模态研究未见文献报道。在PSASP中搭建了CEPRI36节点系统中含双馈风电场的纯交流系统和交直流混合系统的小信号稳定性分析的详细模型。对计及了风力机传动链、双馈发电机、变换器和直流输电动态模型及其控制策略,且直流系统运行在双极两端中性点接地、单极大地回线、单极金属回线、单极双导线并联大地回线四种不同接线方式下的小信号稳定性进行了仿真。从双馈风电场接入交流或交直流混合系统并参与有功或无功调度两种运行方式角度,采用模态分析法进行了电网区间和局部区域低频振荡模态对比分析。结果表明：双馈风电场接入交直流混合系统的低频振荡特性不仅与直流线路运行接线方式存在关联,而且受接入的风电场运行方式影响。与接入交流系统比较,接入交直流混合系统区间振荡的恶化程度变大、稳定裕度更差。     

多端多电平柔性直流系统在海上风电场中的应用

针对交流输电技术和传统直流输电技术在海上风电场应用中的不足,以及保障岛上负荷正常供电的要求,提出了多个海上风电场及岛上负荷经多端多电平柔性直流系统并网的策略。建立了d-q旋转坐标系下的VSC-HVDC数学模型,并且设计了各换流站的控制策略。仿真结果表明,风电场经多端直流系统与陆上电网实现了互联,风电场发力不足时功率反转,即陆上电网向岛上负荷供电,保障了岛上负荷的正常供电。该并网方式灵活可靠,是海上风电场及岛上负荷与陆上电网的最优联接方式。     

交流配电网中柔性直流互联装置阻抗稳定性分析及阻抗协同重塑控制

对于交流配电网中的柔性直流互联装置,当功率方向变化时,负阻抗会随之在装置内定功率控制换流器的直流侧和交流侧进行转移,降低了系统稳定性.针对此问题,提出了一种阻抗协同重塑控制策略.首先,介绍了配电网中柔性直流互联装置的结构;其次,分别建立了装置内两侧换流器多个端口阻抗在功率双向传输下的小信号模型,探究其阻抗特性;然后,对所提控制策略的工作原理进行了分析,且对重塑后的阻抗进行了建模,对比分析了阻抗重塑前后系统的稳定性;最后,通过MATLAB/Simulink仿真模型和实验平台对所提控制策略的有效性进行了仿真和实验验证,结果表明所提方法通过协同作用可将直流侧和交流侧的负阻抗均重塑为正阻抗,从而能同时改善换流器两侧的稳定性.     

电压源型直流输电变流器的直接功率控制研究

针对风电场并网电压源直流输电系统,在αβ坐标系下VSC-HVDC系统离散化数学模型基础上,结合瞬时功率理论和空间矢量脉冲宽度调制,提出了一种适用于VSC-HVDC系统的新开关表的直接功率控制。其中,风电场侧采用定有功功率和无功功率,电网侧采用定直流电压和无功功率,利用MATLAB/Simulink搭建相应的仿真模型,通过对有功、无功阶跃突变工况的仿真分析,验证了该方案的有效性和可行性,为风电场并网电压源高压直流输电系统提供了一种可行的控制方案。     

经VSC-HVDC系统并网的风电场反馈线性化滑模控制

以减少风电场并网对电网的影响及提高并网系统鲁棒性为目的,采用基于反馈精确线性化的滑模变结构控制策略对经高压直流输电并网的风电场系统两侧换流站的控制进行设计。首先建立电压源换流器在dq坐标系下的数学模型,然后采用基于精确线性化解耦的滑模变结构控制方法设计高压直流输电系统两侧换流站,解决传统双闭环控制方法调节能力差以及参数整定困难等问题,进一步提高控制系统的抗干扰能力与动态稳定性,最后在Matlab/Simulink中建立经高压直流输电系统并网的风电场仿真模型,对比加入滑模变结构前后的仿真波形图,验证控制系统的各方面性能。