高压直流输电系统直流谐波阻抗的解析计算及谐振分析研究

研究了常规高压直流输电系统直流回路谐波谐振问题。采用解析计算的方法,对典型高压直流输电系统的直流回路谐波阻抗进行数学建模。基于状态空间模型得到了直流谐波阻抗的解析表达式,形成了直流回路阻抗频谱,并通过PSCAD软件对所提模型进行了验证。分析了系统各环节参数与直流谐波阻抗的耦合关系。提出了采用调整控制参数实现直流回路谐振宽频抑制的方法,并通过电磁暂态仿真对所提方法进行了验证。结果表明,所提方法可有效提升高压直流系统的直流谐振抑制能力和安全稳定运行水平。     

柔性直流输电系统交流侧中高频谐振附加阻尼抑制措施

中国鲁西背靠背直流异步联网工程和渝鄂直流背靠背联网工程均发生过高频谐振现象,柔性直流输电系统的链路延时是导致高频谐振现象发生的关键因素.文中针对柔性直流输电系统的中高频谐振问题,基于谐波线性化方法建立了柔性直流输电系统从交流侧端口看过去的等效详细阻抗模型,并分析了模块化多电平换流器(MMC)阻抗在中高频段呈现负阻尼特性的原因.然后,对比分析了在电压前馈环节采用低通滤波器、带阻滤波器和非线性滤波器等控制方式对MMC阻抗特性的改善作用与谐波抑制效果,并提出3种附加阻尼控制器,分析了其对MMC阻抗特性的改善作用.最后,以鲁西背靠背直流异步联网工程广西侧模型为例,通过PSCAD电磁暂态仿真验证了详细阻抗模型的正确性和附加阻尼控制的有效性.     

柔性直流输电系统接入交流电网的高频谐振风险运行方式辨识

柔性直流输电系统接入交流电网后存在高频谐振的风险,研究表明交流电网运行方式变化与高频谐振的产生存在内在关联。针对交直流系统中的高频谐振问题,首先构建了柔性直流输电系统直流侧和交流侧计及串补站的等效阻抗模型,分析了柔性直流输电系统接入交流电网的高频谐振机理。对柔性直流输电系统交流侧运行方式变化(特别是线路发生N-1、N-2故障)下等效阻抗的变化规律进行了理论分析和总结。此外,提出了一种柔性直流输电系统接入交流电网的高频谐振风险运行方式辨识方法,并以某地区电网局部交直流系统实际数据为例进行仿真,验证了所提辨识方法的有效性。     

考虑直流输电系统小扰动响应特性的多馈入直流相互作用因子计算方法研究

该文研究提出一种新的考虑直流输电系统小扰动响应特性的多馈入直流相互作用因子计算方法。首先,通过理论推导证明小扰动条件下可将各回直流的动态特性等效为一个附加导纳矩阵;其次,根据直流稳态方程分析推导小扰动条件下、直流输电系统在4种不同控制模式下的等效导纳;最后,利用该等效导纳修正交流系统的节点导纳矩阵,求得修正后的节点阻抗矩阵,即可通过阻抗比计算得到多馈入直流相互作用因子。该方法可准确考虑直流输电系统的动态响应特性,还可有效计及电源、负荷等元件的动态(阻抗)特性。基于双馈入直流输电系统算例的仿真计算对比证明该方法的准确性和有效性,此外,还分析了直流不同控制模式对多直流相互作用的影响规律。     

多馈入直流输电系统短路比评估方法综述

短路比是评估交直流系统强度的重要指标,影响着直流系统的运行特性。通过介绍单馈入直流输电系统中短路比的评估方法,针对多馈入高压直流、多馈入柔性直流和包含高压直流和柔性直流的混合多馈入直流3种电网结构,分析并对比了多馈入直流短路比评估方法的最新研究成果。最后阐述了多馈入直流短路比评估方法的主要问题和发展方向,为指导直流系统的规划提供理论依据。     

V/f控制下柔性直流换流器阻抗建模及中高频谐振特性分析

为研究交流侧电压控制,即V/f控制下柔性直流输电系统的中高频谐振问题,考虑正负序交流电压和电流内外环、电压前馈以及系统调制与控制链路延时等环节的作用,采用谐波线性化的方法建立了柔性直流换流器的交流侧正负序等效阻抗模型;分析了交流电压控制方式、电压前馈控制方式、控制系统参数、链路延时大小等因素对V/f控制下柔性直流换流器中高频阻抗特性的影响;通过对控制系统结构和参数进行优化,提出了柔性直流换流器中高频等效阻抗的改善措施,抑制换流器负阻尼。以66 kV交流汇集的海上风电柔性直流送出系统为例,分析了柔性直流换流器对系统中高频谐振特性的影响。最后,分别通过阻抗扫描和电磁暂态仿真验证了等效阻抗模型的正确性和阻抗改善措施的有效性。     

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。     

昆柳龙直流工程受端高频谐振评估及抑制

电压源型换流器易在高频谐波频段呈现负阻尼从而引起谐振现象,昆柳龙直流工程作为特高压多端混合直流输电工程,需对其柔性直流受端柳州、龙门换流站的高频谐波谐振风险进行评估分析.基于阻抗分析法分析柔性直流换流站控制链路延时、前馈滤波、控制器参数对柔性直流交流阻抗变化趋势的影响,分别考虑22种、34种交流线路工况,对受端柳州站和...     

基于MATLAB/Simulink的多馈入直流系统仿真研究

随着高压直流输电系统的发展,多馈入直流系统逐步形成。对于多馈入直流系统,不止一个换流器联接到同一个交流母线,或者联接的交流母线非常接近。要准确地对多馈入直流系统的谐波特性进行分析,需要建立一个准确完善的稳态模型。采用Simulink建立了多馈入直流系统的仿真模型,并通过该模型对多馈入直流系统交、直流侧的谐波特性进行了分析。仿真结果表明,该仿真模型能够准确、直观地对多馈入直流系统的谐波特性进行分析。     

柔性直流输电系统的谐振问题及主动抑制方法

电网不对称故障会产生电压负序和零序分量,并激发换流变压器注入更大的低次谐波,增大功率器件承受的电气应力,且基于电压源换流器高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统的交流阻抗在变压器特征谐波频段大部分呈容性,使系统在该频段易发生谐振,导致换流站热过载和波形质量问题凸显。因此,讨论换流站交、直流侧谐波相互作用的机理,建立从交流侧看入换流站的正负序交流低频阻抗模型,提出等效增大换流站输出阻抗支路谐波电阻的方法,全面扼制换流站输出阻抗支路谐波电流,且不影响系统基波电阻。利用电力系统仿真软件EMTDC建立了VSC-HVDC模型,对柔性直流输电系统中的谐振问题以及主动抑制方法进行仿真研究。仿真结果表明,所提出控制策略能有效抑制谐振过电压,因此,提高了柔性直流输电系统不对称故障下运行的安全性。     

高压直流输电工程谐振研究

研究了高压直流输电系统工频和二次谐振特性,建立了系统阻抗频率扫描模型。提出了交流系统和交流滤波器通过换流变和换流器折算到直流侧的等效模型和计算方法,分析了交流系统强弱和交流滤波器组数对系统阻抗频率特性的影响。结合可能导致直流系统谐振的故障工况,研究了扫描时谐波源的施加方法,分析了谐波源施加于不同位置对扫描结果的影响。针对同廊道交流线路的感应,提出扫描时谐波源应分别施加于线路端部和中间,并在扫描时考虑最严重的情况。以锦屏—苏南±800 kV工程为例,扫描了各种工况下系统的阻抗频率特性,结果表明在某些运行工况下系统谐振频率为48 Hz和100 Hz,可能存在一次、二次谐振。采用直流系统电磁暂态仿真模型仿真了可能在直流系统产生一次、二次谐波的故障,结果表明在发生交流相间短路故障时,直流侧二次过电压很严重,进一步验证了阻抗扫描结果。最后,提出了抑制二次谐振的措施。     

计及直流控制特性的直流系统等值模型及其谐波计算

准确的直流系统模型是交直流系统故障分析和谐波计算的基础。文中在换流器开关函数模型的基础上,结合直流控制系统的故障响应特性,建立了可与交流系统直接接口的适用于交直流系统故障分析和谐波计算的直流系统等值模型;结合交流系统等值谐波网络,提出了一种交流电网故障时的高压直流输电系统谐波分析计算方法。将所提方法应用于国际大电网会议高压直流输电(CIGRE HVDC)系统标准模型和贵广Ⅱ回高压直流输电系统详细模型的谐波计算,并与PSCAD/EMTDC软件所得数字仿真结果进行比较,表明所提模型和方法准确、有效,为交直流输电系统的谐波抑制、滤波装置的配置和继电保护的整定配合等提供了定量分析依据。     

适应多直流馈入受端电网的柔性直流配置方法

远方清洁能源经直流大容量远距离送入负荷中心是电网的发展趋势。加强交流网架等传统措施已不能满足多直流馈入受端电网安全稳定运行需求,迫切需要研究柔性输电新技术的应用可行性。首先分析了多直流馈入受端电网安全稳定运行面临的风险与挑战。结合柔性直流输电技术优势,针对潮流分布不均导致的交流断面输电能力受限问题,提出了支撑断面输电能力最大化的柔性直流布局方法,并量化了柔性直流并网后断面输电能力提升效果。针对交流故障诱发多回直流同时换相失败问题,提出了降低两回直流同时换相失败风险的柔性直流配置方法,并量化了诱发两回直流同时换相失败的交流系统故障区域降低效果。以河南电网实际数据为例验证了所提方法的有效性。在关键输电断面配置柔性直流可充分挖掘现有输电设备潜力、提升断面输电能力,显著缩小引起两回直流同时换相失败的交流故障区域范围,提升电网安全稳定运行水平。     

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...     

渝鄂直流背靠背联网工程交直流系统谐振分析与抑制

2018年12月中国渝鄂直流背靠背联网工程（以下简称“渝鄂工程”）鄂侧空载加压试验中交流电压出现1 810 Hz谐振,使用典型高频谐振抑制措施后,渝侧空载加压试验中交流电压出现700 Hz谐振。根据奈奎斯特稳定性判据,文中使用基于阻抗理论的波特图对交直流系统整体进行谐振机理研究,分别对柔性直流系统和交流系统的阻抗特性进行分析,结果证实柔性直流系统与鄂、渝两侧交流系统在1 780 Hz和750 Hz附近存在谐振风险,与现场试验基本吻合。提出了一种基于电压前馈环节非线性滤波的控制策略,通过改造柔性直流系统在中高频段的阻抗特性,达到规避与交流系统谐振的效果。利用电磁仿真模型对渝鄂工程柔性直流系统和两侧交流系统进行仿真,复现了现场谐振现象,仿真结果验证了所提策略对谐振抑制的有效性。最后,将所提策略应用于渝鄂工程现场,典型运行方式下未再出现谐振现象。     

多馈入直流输电系统谐波交互影响分析

多馈入直流输电系统中各换流站交流侧谐波存在交互影响现象。分别给出了多馈入直流输电系统中交流侧谐波吸收、谐波放大的定义,描述了其发生现象,提出了基于谐波阻抗分析方法的双馈入直流输电系统谐波交互影响分析模型,揭示了谐波交互影响的机理。以华东电网为例,利用EMTDC电磁暂态仿真软件,建立多馈入直流输电系统模型。通过各条直流输电工程交流滤波器组合投切、交流侧故障的仿真以及实际录波数据分析,验证了谐波交互影响现象和其发生机理,并分析比较了非特征谐波、特征谐波放大倍数的差异。对各换流站交流侧谐波自阻抗进行了扫描分析,结果表明两换流站交流侧等效谐波自阻抗幅值差值较大或相位差值较大是发生明显谐波吸收、放大现象的必要条件。     

电网电压前馈对柔性直流输电在弱电网下的稳定性影响

以中国南方电网鲁西背靠背异步联网的柔性直流输电工程为背景,介绍了2017年4月10日在鲁西站广西侧发生高频谐波谐振的事件情况,对事件中谐波放大机制及其影响的关键环节进行了详细分析和仿真验证,得到了高频谐波谐振现象与柔性直流电网电压前馈控制采样环节、系统谐波阻抗之间的关系,推导了电压前馈控制参数、系统谐波阻抗与高频谐波谐振频率幅值之间的公式,并提出了在电压前馈环节合理设计滤波器来解决高频谐波谐振问题的措施,经仿真验证和现场实施验证了所提解决方案的有效性。     

无锁相环直接功率控制下双馈风电与VSC-HVDC互联系统高频振荡抑制技术

随着风电和柔性高压直流输电的快速发展,风电大规模接入柔直输电的互联系统会面临宽频带的振荡问题。基于无锁相环直接功率控制的双馈风电系统可以去除锁相环,以降低锁相环带宽内的失稳风险,但其宽频带频率耦合特性会影响风电系统高频阻抗。针对无锁相环直接功率控制的双馈风电与电压源型高压直流输电系统(voltagesourceconverter based HVDC,VSC-HVDC)高频稳定性问题,首先根据相序阻抗模型分析控制延时对系统高频阻抗的影响规律;进一步地,基于VSC-HVDC阻抗模型和双馈风电场等效单输入单输出阻抗模型研究了互联系统高频谐振发生机理,并提出基于延时消除的双馈风电系统阻抗重塑方法,避免因延时引发的高频谐振。仿真验证了研究内容的正确性。     

含多馈入直流输电的交流系统谐振特性

针对由6回高压直流输电及特高压直流输电组成的超大规模多馈入直流输电系统共同接入的电网--华东电网,首先分析了12脉动换流器向电网注入谐波的工作机理以及电网谐振发生的原因。采用PSASP程序对上海电网所有500 kV及部分220 kV变电站进行谐振扫描,扫描类型包括正常运行及可能导致电网谐振的故障工况。结果表明：正常运行时,一些变电站存在低次频率的串联及并联谐振频率;而在故障工况下,某些变电站的谐振特性将发生很大改变,将新增针对第8次、11次及13次的并联谐振频率,因此可能与交流系统第7次背景谐波以及12脉动换流器的第11次及13次特征谐波产生谐波放大甚至谐振,从而产生谐振过电压及过电流。最后提出了抑制谐振的措施。     

多馈入直流输电系统谐波相互影响的仿真研究

针对上海电网多馈入直流输电系统谐波超标问题,提出了2种分析多馈入直流输电系统谐波相互影响的方法,即求取多馈入直流输电系统的换流站间进行功率归一化后的多馈入交互作用因子和不同逆变站交流滤波器投切方式下各逆变站的谐波指标变化;以上海电网4回直流线路和500kV主网架为背景,采用电磁暂态仿真程序(PSCAD/EMTDC)对上海多馈入直流输电系统进行建模仿真计算,验证了所提方法的合理性和有效性。