基于改进VDCOL的多馈入直流系统连续换相失败抑制及协调恢复

为提高特高压直流多馈入系统连续换相失败抑制及恢复能力,分析了直流控制系统模块中低压限流环节(Voltage Dependent Current Order Limiter, VDCOL)的交流电压和直流电压这两种输入方式对于不同系统故障的控制效果。针对两种不同输入方式的VDCOL各自的优势,提出了一种改进的VDCOL模块。该模块通过设计合理的输入信号转换控制策略可有效抑制多馈入直流系统连续换相失败并提升其协调恢复速度。以某实际电网的特高压直流多馈入系统为例进行仿真研究,基于PSCAD/EMTDC仿真结果表明,所提方法可有效减少逆变阀组的连续换相失败次数、缩短系统故障恢复时间。     

多馈入直流输电系统换相失败风险区域识别(二)：换相失败风险量化评估及风险区域快速识别

针对多馈入直流输电系统换相失败风险程度量化评估及风险区域快速识别的难题，该文研究多馈入直流输电系统换相失败的关键影响因素；然后，基于系列文章(1)的改进换相失败临界电压计算方法，并通过归一化思想，提出一种换相失败风险程度量化评估指标，其正负可用于判断不同直流子系统是否发生换相失败，其幅值大小可以反映当前状态至发生换相失败所需要的电压跌落幅度(幅值为负)或当前状态至不发生换相失败所需要的电压提升幅度(幅值为正)；最后基于上述量化评估指标，提出不同故障严重程度下的换相失败风险区域快速识别方法。基于PSCAD/EMTDC搭建双馈入和三馈入直流输电系统模型，对换相失败风险程度评估结果和换相失败风险区域快速识别结果进行有效性验证。结果表明，提出的指标可用于量化评估多馈入直流输电系统换相失败的风险程度，且能够在不同故障严重程度下准确识别多馈入直流输电系统的换相失败风险区域。     

动态无功补偿装置提高多馈入直流恢复的布点方法

交直流混联系统中交流系统短路故障发生后,由于交流系统电压不能恢复或持续降低而引起多回直流输电系统连续发生多次换相失败甚至闭锁,采用动态无功补偿装置提高多馈入直流换相失败过程中电压恢复。分析了不同地点及程度交流故障下不同补偿装置直流恢复速度,从多馈入直流间相互影响的交互作用因子出发,计及不同直流传输功率故障后对系统稳定性的影响,定义了多馈入直流交互影响权重系数,确定动态无功补偿装置补偿区域边界,考虑动态无功—电压灵敏度以确定动态无功最佳补偿地点,制定了工程实用的多馈入直流系统动态无功补偿装置布点方案。大电网仿真结果表明,在同等容量的动态无功补偿装置下,推荐方案能有效减少交流故障引起的多馈入直流同时换相失败。     

混合多馈入直流输电系统连续换相失败抑制策略

随着直流输电工程应用的增多,一旦常规直流发生连续换相失败将会对电力系统的稳定运行产生极大的影响,因此为了抑制混合多馈入直流输电系统中常规直流的连续换相失败,本文从提升常规直流换相电压的角度出发,提出了混合多馈入直流输电系统的协调控制策略。该策略根据常规直流的实时无功缺额动态调节柔性直流输出的无功功率与有功功率,从而改变其暂态稳定运行点。通过该策略的协调控制可以抑制常规直流的连续换相失败以及较大限度提升直流输电系统有功功率的传输能力。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了混合双馈入直流输电系统的仿真模型,验证了该协调控制策略的有效性。     

基于正交优选粒子群多机参数优化的风电SSO抑制方法

针对双馈风电场并网系统的次同步振荡的抑制问题,现有文献大多将整个风电场等值为一台机组进行研究,忽略了不同位置机组的个体差异性.计及场内风电机组的个体差异性,提出了一种双馈风电场多机控制参数协同优化的次同步振荡抑制方法.首先,建立了双馈风电场的多机等值模型,对比分析了不同机组的机侧变换器电流环比例参数对整个并网系统次同步振荡特性以及动态性能的影响.然后,提出了一种兼顾基频特性的基于正交实验优选、综合权重分析和粒子群算法的多机控制参数优化方法.结果表明,参数优化后在使系统具有较好基频动态特性基础上,有效提高了次同步频段稳定性.最后,通过仿真算例验证了多机参数优化方法的有效性和优越性.     

多馈入直流交互作用因子在换相失败研究中的应用

换相失败是直流输电的常见故障之一,单馈入直流输电系统换相失败的机理和控制策略已比较明确。但对于多馈入交直流混合输电系统,哪些故障可能引起多个换流站同时或相继换相失败甚至导致直流闭锁,是否会引起暂态失稳,还缺乏有效的研究手段。介绍了CIGRE工作组提出的多馈入直流系统交互作用评价指标——多馈入交互影响因子;探讨了该指标与多馈入直流换相失败的联系:给出了MIIF与换相失败工程判据-最小电压降落法的联系;通过仿真分析了该指标对多馈入直流系统换相失败风险评估的有效性以及与逆变站间电气距离、直流传输功率之间的关系。     

多馈入直流输电系统换相失败风险区域识别(一):计及故障期间直流电流动态特性的换相失败判别方法

为快速准确地识别多馈入直流输电系统的换相失败风险区域,该文首先基于稳态潮流方程给出适用于交流母线及线路不同位置故障下的多馈入直流输电系统电压交互影响因子(voltage interaction factor,VIF)计算方法;通过对故障期间暂态直流电流组成分量进行分解,得到直流电流动态特性的近似解析方法,基于此,改进已有的换相失败临界电压计算方法,并确定多馈入直流输电换相失败的边界条件,最终提出计及直流电流动态特性的换相失败判别方法。为验证所提换相失败判别方法的准确性,在PSCAD/EMTDC中搭建双馈入和三馈入直流输电系统的详细电磁暂态模型,对比理论计算结果和仿真结果之间的误差,结果表明,提出的换相失败判别方法与传统方法相比,在计及直流电流动态特性后提高了换相失败判别的准确性,该方法可为后续开展换相失败风险区域量化评估提供基础。     

基于谐波电压补偿的混合直流连续换相失败抑制策略

针对混合直流发生连续换相失败的现象,首先对直流换相过程和连续换相失败进行了分析,确定了该试验工况下谐波是直流在故障恢复期间发生连续换相失败的原因之一。接着基于含模块化多电平柔性直流输电(MMC-HVDC)的多馈入直流输电系统仿真模型,提出抑制直流连续换相失败的策略,通过对多条常规高压直流输电(LCC-HVDC)恢复期间逆变侧换流母线谐波电压的检测,在MMC-HVDC逆变侧的无功功率控制环节附加上谐波电压补偿分量,可提高恢复期间MMC-HVDC对交流系统的无功功率支撑,减少谐波的影响,从而抑制连续换相失败的发生。最后基于PSCAD/EMTDC平台仿真验证了该换相失败抑制策略的有效性。     

抵御浙江电网多馈入直流系统持续换相失败措施

针对浙江电网多馈入直流系统可能由于交流系统故障引起的持续换相失败问题,以换相失败本质为理论依据,在搭建系统模型的基础上验证了大容量静止无功发生器(static var generator,SVG)、调相机在抑制持续换相失败中的作用,同时提出采用电压时间面积法优化直流控制保护降低直流持续换相失败的概率,该方法可在交流系统接地故障时通过对熄弧角的控制抑制多回直流输电系统持续换相失败,最后通过系统试验验证了面积法的改善性能。     

DFIG型海上风电混合直流送出的控制策略

为了减少海上风电经采用电压源换流器的直流输电系统送出的系统的造价,提出的基于双馈风机的海上风电经混合直流输电送出的拓扑结构是:风电场侧换流器为电压源换流器,逆变侧换流器为电网换相换流器(LCC)。为保证系统在正常状态下稳定运行并能够对风速变化进行功率追踪,风电场侧换流站采取定交流电压和给定频率的控制,逆变侧采取定直流电压控制。同时,针对电网为弱系统时易发生连续换相失败故障,提出在LCC的控制系统中加入定关断角控制作为故障备用控制,并在定关断角控制启动时在风电场侧整流站加入定直流电压控制来抑制换相失败。在PSCAD仿真软件中模拟海上风电利用混合直流送出电能,仿真结果验证了混合直流输电系统能够跟踪风电场输出的功率变化,在交流侧故障时协调控制策略的转换能够减少换相失败的次数,保证系统恢复正常运行。     

多馈入直流交互作用因子在换相失败研究中的应用

换相失败是直流输电的常见故障之一,单馈入直流输电系统换相失败的机理和控制策略已比较明确.但对于多馈入交直流混合输电系统,哪些故障可能引起多个换流站同时或相继换相失败甚至导致直流闭锁,是否会引起暂态失稳,还缺乏有效的研究手段.介绍了CIGRE工作组提出的多馈入直流系统交互作用评价指标--多馈入交互影响因子;探讨了该指标与多馈入直流换相失败的联系:给出了MIIF与换相失败工程判据-最小电压降落法的联系;通过仿真分析了该指标对多馈入直流系统换相失败风险评估的有效性以及与逆变站间电气距离、直流传输功率之间的关系.     

多馈入直流输电系统继发性换相失败影响因素分析

继发性换相失败给多馈入直流输电(MIDC)系统的安全运行带来严重威胁,针对继发性换相失败影响因素的研究有着非常重要的意义。首先根据换流器工作原理并结合MIDC系统结构特点研究了继发性换相失败的发生机理;然后对继发性换相失败的两个因素:换相失败引起交流电压的变化和多馈入直流输电系统耦合关系进行了详细的分析;最后在PSCAD/EMTDC中建立了MIDC系统模型,仿真分析了典型工况下MIDC系统继发性换相失败的影响因素。根据仿真结果,多馈入系统中交流故障、多馈入系统电压交互影响因子和多馈入短路比共同决定了继发性换相失败的发生。     

抑制多馈入直流换相失败的同步调相机优化配置方法

多馈入直流系统中交流侧短路故障发生后,导致交流系统电压持续降低进而引起多条甚至全部直流同时发生换相失败,使电网安全稳定性受到严重破坏。同步调相机具备过载能力,且其无功输出受系统电压影响小,在面对交流故障带来的电压跌落可以提供较强的无功支撑,从而抑制直流换相失败的发生。为了抑制直流换相失败,提出了一种抑制多馈入直流换相失败的同步调相机优化配置方法,对其安装地点及容量这两个方面同时进行了优化配置。首先从直流换相失败持续时间出发,且考虑各直流间相互作用,提出了一种抑制换相失败效果指标;然后根据电气距离确定了安装待选区域,由无功补偿响应指标筛选出同步调相机最佳补偿地点;随后建立了同步调相机配置优化模型,对最佳配置方案进行二阶段的求解,获得最终配置方案;最后在实际大电网仿真结果表明,所得最终解能够考虑经济性的同时有效抑制交流故障引起的多馈入直流换相失败。     

采用多馈入交互作用因子判断高压直流系统换相失败的方法

目前对多馈入交直流受端系统的交流故障是否会导致多回直流同时换相失败的问题主要是借助于仿真工具进行分析,这种方法计算量大,并且耗时长。为此提出了一种利用多馈入交互作用因子快速判断直流系统换相失败的方法。基于节点阻抗矩阵对多馈入交互作用因子进行定义,通过最小熄弧角判断标准推导出临界多馈入交互作用因子的通用表达式,提出了基于临界多馈入交互作用因子的换相失败判断方法:某一回直流逆变侧换流母线发生三相短路故障时,如果另一回直流与该直流间的多馈入交互作用因子大于临界多馈入交互作用因子,则认为另一回直流系统也会同时发生换相失败。小算例系统和实际电网的研究结果证明了该指标和方法的准确性和有效性。     

多馈入直流输电系统换相失败边界条件

在多馈入直流输电系统中,交流故障引发多回直流系统同时换相失败甚至闭锁的可能性较高。因此,探究逆变侧交流节点间电压交互作用机理并揭示换相失败的边界条件具有重要意义。首先,阐述直流系统逆变侧功率特性,借助受端交流电网的稳态潮流分析推导出多馈入交互作用因子的解析表达式;然后,分析换流器极限关断角和故障后直流电流的变化情况,推导出同时换相失败交互因子,并用该因子表征同时换相失败的边界条件;最后,通过仿真证明了所提多馈入交互作用因子解析计算方法的准确性以及同时换相失败边界条件的有效性。     

多馈入直流系统换相失败风险仿真分析

逆变器的换相失败是高压直流输电系统的一种常见故障。为研究多馈入系统中换相失败的复杂机理,文中应用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件,在经典双馈入系统模型中进行仿真,根据换相失败发生的风险指标--短路严重程度等级因子,分析造成直流系统换相失败的概率特征。发现多馈入电压交互作用与谐波交互作用是影响多馈入系统同时换相失败的两个重要因素,故障较弱时,多馈入系统的远端换相失败主要与换流母线电压的波形畸变相关;而故障较强时,母线电压的幅值跌落是导致远端换相失败发生的主因,仿真结果证明了结论的正确性。     

基于多代理的多馈入直流输电换相失败协调预防研究

换相失败是换流站常见的故障之一,换流站间的交互作用使多馈入直流输电系统的换相失败更为复杂,故障严重时会引发并发换相失败。换相失败预防控制器检测交流系统发生故障时立刻提前触发,增大换相裕度,避免换相失败。针对多馈入直流输电系统的交互作用,引入多代理系统,提出了基于多代理的多馈入直流输电换相失败协调预防方法,并在PSCAD中搭建了多代理换相失败协调预防模块,将其用于三馈入直流输电系统进行仿真验证,结果表明,多代理换相失败协调预防方法对本地和并发换相失败都可进行有效地预防。     

基于贝叶斯网络多馈入直流系统相继换相失败概率推断

大规模多馈入高压直流各回路之间紧密复杂的耦合可能恶化高压直流换相条件,增加了多馈入高压直流系统发生相继换相失败的风险。该文基于贝叶斯网络理论,以换流母线电压降、直流电流变化率和谐波畸变率这三大影响因素作为相继换相失败的证据指标,分别建立3个证据指标的证据概率函数和相继换相失败免疫因子,根据这些证据建立多馈入直流系统相继换相失败的贝叶斯网络,推断多馈入直流输电系统相继换相失败的概率。依据该文所提出的多馈入直流系统相继换相失败的概率推断方法和相关性的风险分析,可预警多馈入直流系统相继换相失败风险,也可提出多馈入直流相继换相失败的抑制措施。     

有利于多馈入系统恢复的自适应变结构VDCOL控制

针对多馈入直流系统故障后难以快速恢复的问题,提出了一种基于模糊理论,并融合多馈入直流特性的自适应变结构VDCOL控制策略。该控制方法将模糊控制的非线性特性与VDCOL控制机理有效结合,同时将多条直流自身的强度和相互作用考虑在内,根据电压大小及其恢复水平对直流电流进行动态控制,协调系统的电压和功率恢复。仿真结果表明:该控制方法能够有效控制恢复期间的无功需求,抑制后续换相失败发生,加快系统的恢复,保证系统的安全稳定运行。     

基于VSC的双馈风电场群宽频带次同步谐振抑制作用分析与实验

双馈风电场的次同步谐振频率具有宽频时变特性,为其抑制带来了难题。对此,基于并联型电压源换流器(VSC)技术,设计了双馈风电场群宽频带次同步谐振的抑制装置,并将其安装于风电场群的汇集线上,将抑制装置等效为受控源,给出了分析该装置抑制双馈风电场次同步谐振作用的等值电路的一般形式和简化形式,通过次同步电流的响应方程揭示了其抑制次同步谐振的作用。该装置测取汇集线的次同步电流作为馈入信号,采用宽频滤波器并进行相位补偿的方案提取振荡模态,调整其幅值和相位后,向系统中注入次同步阻尼电流,通过增强系统阻尼实现抑制。不同工况下的数字-物理闭环仿真实验结果表明,通过参数优化设计,该装置能快速、准确地动态检测出宽频带次同步谐振信号并实现有效的抑制,可集中解决大型风电场群的时变次同步谐振。