基于有功和无功独立调节的VSC-HVDC控制策略

以电压源换流器(VSC)的稳态模型为基础,通过坐标变换推导出VSC功率传输方程的直角坐标形式.新方程只有单通道耦合作用,可以通过简单曲线描述VSC的功率传输特性,并且可以求得控制量与功率值之间的解析关系式.采用逆系统方法设计了VSC的功率传输控制系统,以及基于有功、无功功率独立调节的VSC-HVDC控制系统.仿真结果表明所设计的控制系统具有优良的控制品质,实现了VSC传输功率的独立、灵活调节,很好地实现了VSC-HVDC系统向有源网络供电时的一端定直流电压、另一端定传输功率控制.     

基于暂态数学模型的VSC-HVDC功率控制系统研究

介绍了VSC-HVDC系统的工作原理,在dq_0坐标下建立了VSC-HVDC的暂态数学模型,并且设计了电压源型换流器(VSC)传输功率控制系统。对于一个基于VSC的直流输电系统,为了保持系统有功功率的平衡,需有一端采用定直流电压控制。在此基础上实现了VSC-HVDC系统一端定电压控制、另一端定功率控制的运行方式,并利用仿真软件PSCAD/EMTP对所设计的控制系统进行了验证。结果表明,所设计的控制系统具有优良的控制性能,并且具有一定的暂态稳定性。     

基于Simplex算法的VSC-HVDC控制参数优化

以电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)的稳态模型为基础,根据VSC功率传输方程的直角坐标形式,采用逆系统方法和PI控制相结合的方法设计了VSC的有功功率和无功功率独立调节的VSC-HVDC控制系统。基于非线性单纯形Simplex算法,对PI控制参数进行优化。PSCAD/EMTDC下的仿真结果表明,通过参数优化,VSC-HVDC控制目标的最大误差百分比低于1.5%;同时也证明所设计的控制系统能独立控制有功功率和无功功率。     

向无源网络供电的VSC-HVDC系统仿真研究

通过分析dq0坐标系下电压源换流器(VSC)模型,获知基于VSC的高压直流输电系统(VSC-HVDC)中有功和无功功率可以分别由d轴电流分量和q轴电流分量独立控制的结论,并基于此设计了定直流电压、定交流电压控制器.在建立VSC-HVDC向无源网络输电的Matlab仿真模型的基础上,对定直流电压、定无功功率、定交流电压等控制方式进行了仿真分析.仿真结果表明,建立的VSC-HVDC系统能较好地向无源网络供电,且控制方式灵活、简便,在传输有功功率的同时VSC还可以吞吐无功功率.     

三相电压不对称时VSC-HVDC系统的控制策略

在三相电压不对称的情况下,电压源换流器(Voltage Source Converter,VSC)的传输功率会发生波动,从而影响高压直流系统的稳定运行.作者根据瞬时功率理论推导出了消除VSC传输功率波动需要满足的正、负序输出电压间的关系式.并通过坐标变换简化了VSC的功率传输方程,还采用不对称触发策略设计了VSC的传输功率控制系统.仿真结果表明,所设计的三相电压不对称条件下的控制系统具有良好的控制品质,有效地消除了有功功率的波动,并实现了有功、无功功率的独立调节.     

基于VSC-HVDC的南汇风电场换流站控制策略

基于电磁暂态软件PSCAD/EMTDC,在d-q坐标系下推导了上海南汇并网风电场、换流站VSC-HVDC的数学模型,提出了连接风电场VSC-HVDC两端的控制策略并设计了VSC-HVDC控制系统。仿真结果表明,所设计的控制系统具有优良的控制品质,实现了VSC传输功率的独立、灵活调节。     

基于电压源换流器的高压直流输电小信号动态建模及其阻尼控制器设计

基于电压源换流器(VSC)和脉宽调制(PWM)技术的新型高压直流输电(VSC-HVDC)，具有快速、灵活的有功功率和无功功率控制能力，能够改善系统的稳定性。文中建立了VSC-HVDC的小信号动态模型，该模型包括VSC与交流系统接口的线性化方程、VSC-HVDC内部直流系统动态过程的线性化方程以及控制系统线性化方程3个部分，具有一般性。以VSC的有功功率整定值为输入，VSC-HVDC并联交流输电线路的有功功率为输出，通过对系统频率响应的辨识，得到了两者间的开环传递函数。在此基础上，利用极点配置技术，设计了单输入单输出结构的VSC-HVDC附加阻尼控制器。对一VSC-HVDC/AC交直流并联输电系统特征根的分析及非线性仿真表明，配备该阻尼控制器的VSC- HVDC能有效地抑制系统低频振荡，增加系统阻尼。     

基于电压控制特性的电压源型多端直流/交流系统潮流求解

由于基于电压源型换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电技术具有良好的可控性,对负荷中心供电、风电消纳、孤岛电力传输等适应能力强,电压稳定性好,因此具有良好的应用前景。当前对VSC-HVDC系统主要基于定功率控制模式进行潮流计算,而很少考虑到实际的换流器电压控制能力。为了更加精确地反映实际电网中VSC的电压控制特性,文中建立了基于VSC的电压控制模型,考虑了换流器损耗、交流滤波器、换流器容量限制等的影响,并基于电压控制特性提出了VSC多端直流/交流系统的通用潮流求解方法。对直流电网功率分布变化和N-1故障以及多端直流/交流系统的潮流算例分析表明,所提的潮流算法能够反映直流换流器的电压控制调节能力,验证了基于VSC的多端直流/交流系统在考虑换流器电压控制特性后的潮流方法的有效性、合理性以及算法的快速性。     

基于模糊下垂控制的VSC-HVDC交直流系统潮流计算方法

针对传统下垂控制方式无法根据电压与功率偏差的变化调节下垂控制系数大小的问题,提出了一种运用模糊推理改变下垂控制系数的方法。在分析VSC换流站数学模型与控制策略的基础上,考虑了VSC采用下垂控制策略时交直流节点的控制特性,基于模糊下垂理论确定了VSC-HVDC系统潮流模型的计算流程。并进一步提出了VSC-HVDC系统模糊下垂控制改进潮流算法,实现了对VSC直流侧电压与有功功率偏差的调节。最后通过算例验证了所提模糊下垂控制算法能够减小4～5倍直流系统迭代过程中的功率与电压偏差,具备更强的收敛性与可行性。     

VSC-HVDC的不平衡故障控制策略的研究

电网电压不对称是VSC-HVDC系统实际运行时不可避免的问题,由于常规控制下的VSC在电网电压不平衡时会将直流侧二次频波动通过传输电路传播到相邻换流站,会引起传输功率发生波动,进而影响直流输电系统的稳定运行.针对这一问题,对VSC进行功率分析并研究其不平衡控制方案.同时采用了VSC侧与交流侧复合功率控制方法,得出了不平衡条件下功率外环指令电流模型,设计了αβ静止坐标下Terminal滑模内环控制器.最后,在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC环境下搭建VSC-HVDC模型,仿真结果验证了该方案的有效性.     

电压不对称条件下电压源换流器式高压直流输电的自适应无源控制

由于电压源换流器(voltage source converter,VSC)易受电压负序分量的影响,需要研究系统电压不对称情况下电压源换流器式高压直流输电(VSC-HVDC)的稳定运行问题,保证VSC-HVDC的运行性能。将三相VSC状态空间模型,做正序、负序dq同步旋转坐标下的分解,将包含正、负序分量的VSC模型等效成一个具有耗散性质的无源系统,并根据VSC-HVDC的4种不同控制方式,确定相应的正负序dq坐标下的电流参考值。在此基础上,通过能量整形的方法设计无源控制器,追踪参考电流,实现独立调节瞬时有功、无功功率,消除有功功率波动。同时为提高系统的鲁棒性,减小参数不确定对控制效果的影响,提出了一种自适应的无源控制方法。仿真结果表明了该控制策略具有良好的暂态控制性能。     

电压源换流器高压直流输电的控制策略及其参数优化(英文)

提出一种电压源换流器高压直流输电(voltage source converter based on high voltage direct current,VSC-HVDC)的新型控制策略。基于VSC-HVDC的稳态模型,通过坐标变换和变量代换推导出一组功率传输方程。结合PI控制器和非线性逆系统的思想设计了相应的控制器,并推导出在该控制器下VSC-HVDC的有功功率和无功功率的传输极限。从圆特性出发,在理论上证明所设计的控制器可以实现有功功率和无功功率的完全独立控制。采用Hooke-Jeeves算法对控制器的参数进行了优化。PSCAC/EMTDC下的仿真结果表明:采用优化后的PI参数,系统性能得到很大改善;而且所设计的控制器可以实现有功功率和无功功率的独立控制,并具有快速的响应速度、良好的稳定性和较好的鲁棒性。     

不平衡电网电压下柔性直流输电系统功率滑模补偿策略

针对柔性直流(VSC-HVDC)输电系统在交流电网电压不平衡情况下,功率产生2倍频波动分量的问题,首先通过分析不平衡电网电压下VSC换流器的数学模型,将引起系统2倍频功率波动的因素归结为电流因素分量和电压因素分量,推导并建立了不平衡电网电压下以系统2倍频功率为状态变量的控制方程;进而基于该控制方程提出了一种VSC-HVDC功率滑模变结构补偿策略,以同时抑制电流因素和电压因素引起的功率波动,以及VSC换流器输出电流的畸变,并提高了变工况状态下系统的动态响应性能。将该补偿策略引入到VSC-HVDC原有矢量控制环节中,当交流电网电压不平衡时,该控制策略能够单独对其中的2倍频分量进行有效控制,可以在不影响正常状态运行的同时又能抑制2倍频功率波动分量。通过在PSCAD/EMTDC中搭建两端VSC-HVDC仿真模型,证明了该策略抑制不平衡电网电压下系统2倍频功率和平衡交流侧电流的有效性。     

用于大规模集中式风电并网的VSC-HVDC频率控制方法

针对大规模集中式风电并网过程中送端系统频率波动以及电能输送损耗严重等问题,提出一种基于电压源型换流器高压直流输电(VSC-HVDC)的大规模风电并网系统频率稳定控制方法。VSC送端换流器通过调节脉宽调制(PWM)移相角来控制交流侧电压相位大小,以达到控制线路有功功率传输的目的,从而保证风电并网系统有功功率的平衡及系统频率的稳定,同时通过调节PWM调制比来调节交流电压,使系统电压维持稳定;受端换流器控制直流侧电压的稳定,以保证VSC-HVDC系统的正常运行。通过在Power Factory Digsilent上进行仿真,验证了该控制策略能显著增强系统的频率稳定性。     

混合双馈入直流系统中VSC-HVDC对LCC-HVDC换相失败抵御能力的影响

混合双馈入直流输电系统中VSC-HVDC能够改善LCC-HVDC的换相失败抵御能力。基于PSCAD/EMTDC搭建了混合双馈入直流输电系统的电磁暂态仿真模型,研究了当VSC配备2种典型无功控制器,即定无功功率控制器和定交流电压控制器情况下,LCC-HVDC的换相失败抵御能力。通过分析LCC交流母线接地故障情况下系统的运行特性,揭示了VSC-HVDC改善LCC-HVDC换相失败问题的机理。在此基础上,分析了VSC-HVDC对LCC-HVDC换相失败问题改善程度的主要影响因素,研究了VSC与LCC电气距离、VSC控制器调节速度变化时LCC-HVDC的换相特性和故障后直流功率恢复速度。结果表明:结论可以为相关工程的设计和分析提供理论指导。     

LCC-VSC型混合直流输电系统及其控制策略

基于相控变流器的高压直流(LCC-HVDC)和电压源变流器的高压直流(VSC-HVDC)共同组建由电压源变流器(VSC)和相控变流器(LCC)组成的混合HVDC输电系统,可有效实现对两种HVDC输电技术的优势互补。此处设计了由VSC整流器和LCC逆变器组成的双端混合HVDC输电系统拓扑结构,分别给出了VSC整流器和LCC逆变器系统模型及详细控制策略,建立了基于RTDS硬件在环的混合HVDC输电系统实验平台。实验结果表明:在所设计的混合HVDC输电系统中,两端变流器可以独立调节直流系统的传输功率;当发生直流侧短路故障时,该系统能够及时响应,并在故障清除后快速恢复正常运行。证明了所设计的混合HVDC输电系统及其控制策略是可行的、可靠的。     

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。     

连接海上风电场的基于直接功率控制的三电平VSC-HVDC

研究了连接海上风电场的基于电压源换流器的VSC-HVDC系统。多电平逆变器应用于VSC-HVDC系统提高系统传输容量并改善电能质量问题。利用基于功率控制的方法对VSC-HVDC系统进行了仿真,实现了双侧的独立控制,风电场侧由风机带换流器组成,采用基于滞环比较的功率控制,而系统侧三电平换流器采用基于直接功率控制,三个滞环控制器分别控制有功功率、无功功率和中点电压。仿真结果证实了基于此算法的VSC-HVDC系统连接大型海上风电场,可以正常稳定地运行。系统侧三电平换流器降低谐波含量并提高功率因数。     

连接海上风电场的基于直接功率控制的三电平VSC-HVDC

研究了连接海上风电场的基于电压源换流器的VSC-HVDC系统.多电平逆变器应用于VSC-HVDC系统提高系统传输容量并改善电能质量问题.利用基于功率控制的方法对VSC-HVDC系统进行了仿真,实现了双侧的独立控制,风电场侧由风机带换流器组成,采用基于滞环比较的功率控制,而系统侧三电平换流器采用基于直接功率控制,三个滞环控制器分别控制有功功率、无功功率和中点电压.仿真结果证实了基于此算法的VSC-HVDC系统连接大型海上风电场,可以正常稳定地运行.系统侧三电平换流器降低谐波含量并提高功率因数.     

柔性直流输电系统的振荡模式分析

针对柔性直流(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)输电系统的稳定性问题,分别在电压源型换流站(voltage source converter,VSC)采用不同控制策略时建立了两端VSC-HVDC详细的状态空间模型,全面分析了VSC-HVDC的振荡模式。在不考虑锁相环的情况下采用特征值法计算系统23阶状态矩阵的特征值和阻尼比,基于模态频率和参与因子分析,甄别出VSC-HVDC的主要振荡模式。结果表明,该系统主要包含直流侧的次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)模式、q轴电流的SSO模式和定有功功率换流站交流侧d轴电流的超同步振荡模式。当换流站有功功率类控制为定有功功率时,考虑到VSC-HVDC的振荡模式最少、阻尼比最大,定交流电压控制要优于定无功功率控制;当换流站定直流电压控制时,定交流电压控制与定无功功率控制对振荡模式的影响基本相同;VSC-HVDC大部分振荡模式主要与定直流电压控制环节和定有功功率控制换流站的状态变量相关,主要受该侧换流站控制环节的影响。