弱交流系统下STATCOM对LCC-HVDC小干扰稳定裕度的影响研究

当电网换相换流器高压直流输电(linecommutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)逆变侧交流母线处含有静止同步补偿器(staticsynchronous compensator,STATCOM)时,LCC-HVDC与STATCOM均需要各自的锁相环(phase-locked-loop,PLL)为其控制系统提供基准。该文考虑LCC与STATCOM锁相环各自动态建立含STATCOM的LCC-HVDC系统的小干扰模型,采用经典特征根分析方法,通过对比LCC-HVDC系统与含STATCOM的LCC-HVDC系统二者之间的锁相环与控制系统参数可行域的差异,研究STATCOM对LCC-HVDC小干扰稳定裕度的影响。最后,通过理论计算,对比有无STATCOM投入时LCC-HVDC系统在不同SCR与不同PLL参数下的最大传输有功功率(maximumavailablepower,MAP)及临界短路比(critical short circuit ratio,CSCR)的变化规律。研究结果表明,当LCC-HVDC连接较弱系统时,控制系统之间的耦合作用对LCC锁相环的稳定可行域产生负面影响,可能引发由于LCC锁相环增益过大而导致的整个混合系统的小干扰失稳现象。     

LCC-MMC型混合直流输电系统小干扰动态模型

该文建立了整流侧为电网换相换流器(line commutated converter,LCC)、逆变侧为模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的LCC-MMC型混合直流输电系统的小干扰动态模型,该模型包含LCC换流站、MMC换流站、交流系统、直流系统和详细控制系统等多个子系统,设计并开发了用于连接各子系统的接口模型;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,验证了所建立模型的准确性。然后采用特征根分析法和参与因子法,研究了交流系统强度对混合直流输电系统小干扰稳定性的影响,所提出模型可以为LCC-MMC型混合直流输电的系统设计和参数选择提供有价值的理论指导。     

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。     

提高弱交流系统下混合多端直流输电系统小干扰稳定性的控制参数优化调节方法

整流站采用电网换相型换流器(LCC)、逆变站采用模块化多电平换流器(MMC)的混合多端直流输电系统(H-MTDC)连接弱交流系统时,若控制参数设置不合理,系统可能出现小干扰失稳现象,限制了混合多端直流输电系统在弱交流场合下的应用。该文提出一种提高弱交流系统下混合多端直流输电系统小干扰稳定性的控制参数优化调节方法。首先,基于混合多端直流输电系统的小干扰模型,采用特征根分析法研究不同换流站所联接的交流系统强度对混合多端直流输电系统小干扰稳定性的影响,结果表明不合理的控制参数会降低系统的稳定裕度,继而诱发小干扰失稳问题。然后以混合三端直流输电系统为例,给出一种基于灵敏度分析的控制参数优化调节方法,优化了混合三端直流输电系统的控制参数。PSCAD/EMTDC的详细电磁暂态仿真结果表明,采用优化后的控制系统参数提高了连接弱交流系统时混合三端直流输电系统的小干扰稳定性。     

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。     

控制链路延时对LCC-HVDC系统小信号稳定性的影响及机理分析

为研究电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)控制链路延时对系统小信号稳定性的影响,首先,建立考虑控制链路延时后的LCC系统小信号模型,包括状态空间模型和单输入单输出反馈控制模型。然后,基于所建立的模型,研究不同交流系统强度下控制链路延时变化时系统的根轨迹移动特征,获得主导模态的振荡频率,定量评估控制链路延时对系统幅值和相位裕度的影响。最后,研究控制链路延时对系统临界运行短路比和控制参数可行域的影响,揭示控制链路延时、交流系统强度及控制系统之间的相互制约关系及交互作用机理。理论分析和仿真验证结果表明,随着控制链路延时的增加,为保证LCC系统稳定传输额定功率,交流系统强度不能过低;链路延时在一定程度上降低了控制参数的可行域,尤其是在弱系统工况,当LCC控制链路延时较大时,需适当降低定直流电压控制器或锁相环(phase-locked-loop,PLL)的带宽来保证系统稳定。     

弱交流电网下含STATCOM的LCC-HVDC系统的附加阻尼协调控制方法

通过在电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)逆变侧交流母线装设静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM),来达到抑制换相失败的目的。然而研究发现,在弱交流系统工况下,STATCOM的控制系统(特别是交流电压控制外环)与LCC锁相环之间存在相互作用,会对后者的稳定可行域造成不利影响,进而可能引发整个混合系统的小干扰失稳现象。针对此现象,该文提出一种适用于弱交流系统下含STATCOM的LCC-HVDC系统的新型附加阻尼协调控制(supplementarydampingcoordination control,SDCC),该方法基于LCC锁相环输出频率信息,引入阻尼系数以附加分量形式反馈到STATCOM定交流电压控制器外环输入中。基于Matlab的特征根理论分析及基于PSCAD/EMTDC的详细电磁暂态仿真结果表明,提出的SDCC控制可以有效抑制含STATCOM的LCC-HVDC系统中LCC锁相环增益过大引起的系统小干扰失稳现象,从而提高系统的稳定裕度。     

新能源基地经LCC-HVDC送出系统振荡机理分析与抑制策略(一):计及受端影响的阻抗建模EI北大核心CSCD

新能源基地经电网换相换流器型高压直流(line commutated converter-based high voltage direct current,LCC-HVDC)送出系统次/超同步振荡风险严重制约系统安全运行。阻抗模型逐渐成为大规模新能源并网振荡问题分析和解决的有效方法。现有LCC-HVDC阻抗建模将受端换流站等效为理想电压源,未考虑受端换流站和受端电网强度等因素。该文首先建立计及受端换流站及受端电网强度的LCC-HVDC阻抗解析模型,分析换流站交流侧与直流侧间、送端换流站与受端换流站间的阻抗耦合关系。然后,基于送受端耦合小信号模型,揭示受端电网强度、受端换流站锁相环与直流电压环控制、送端换流站直流电流环控制对LCC-HVDC送端交流端口阻抗特性的影响机理。最后,基于新能源发电和LCC-HVDC输电控制保护装置,构建新能源基地经LCC-HVDC送出系统全电磁暂态实时仿真平台,开展系统振荡阻抗分析与时域仿真,验证LCC-HVDC受端对送端系统振荡特性的影响。     

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.     

面对面式DC/DC互联LCC-HVDC的潮流控制

结合中国高压直流输电现状和直流电网技术的发展,提出了利用面对面式DC/DC变换器互联不同电压等级的基于电网换相换流器(LCC)的高压直流(LCC-HVDC)系统的方案,总结了互联系统的优势并提出了一种依赖通信的适用于互联系统的控制器。基于两条实际LCC-HVDC线路背景,在PSCAD/EMTDC中搭建了利用±500 kV/±800 kV,1 000 MW面对面式DC/DC互联一条±500 kV,3 000 MW线路和一条±800 kV,7 200 MW线路的仿真模型。仿真结果说明,常规LCC控制不适用于互联系统,且验证了提出的控制器的有效性。所述控制器可在对原有LCC换流站控制改动最小的前提下实现互联系统的稳定运行。     

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。     

混合双馈入直流输电控制系统交互影响机理分析

针对由彼此落点接近的一条基于模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multilevel converter based HVDC,MMC-HVDC)线路和一条电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)线路所构成的混合双馈入直流输电系统,基于多变量反馈控制理论建立可定量分析和评估MMC-HVDC与LCC-HVDC控制系统之间交互影响的等效独立控制通道。在此基础之上,定量分析评估LCC定关断角控制器、锁相环以及MMC锁相环、外环控制器、环流抑制器对MMC-HVDC与LCC-HVDC控制系统交互作用及小干扰稳定性的影响。最后,在PSCAD/EMTDC上搭建混合双馈入直流输电系统的电磁暂态详细仿真模型,仿真验证理论分析结果的有效性。     

含STATCOM的LCC-HVDC系统的动态模型及小信号稳定性研究

该文建立含静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)的电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)系统的小信号模型,通过与详细电磁暂态模型的对比,对其准确性进行验证。基于该模型,研究锁相环(phase-locked loop,PLL)、LCC-HVDC与STATCOM控制系统参数对整个系统的小信号稳定性与动态性能的影响,并得到不同控制系统参数的可行域。最后分析锁相环(phaselocked loop,PLL)、LCC-HVDC与STATCOM控制系统之间的相互耦合作用,结果表明该耦合作用使得不同控制系统的参数可行域相互约束,为系统设计和参数选择提供有价值的参考。     

考虑谐波耦合特性的LCC-HVDC换流站小信号建模

谐波间的耦合作用关系着系统的动态稳定性能,为在对电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)系统数学建模时考虑该动态耦合过程,提出了基于12脉波换流器的开关函数理论与指数傅里叶级数相结合的LCC-HVDC小信号谐波状态空间(harmonic state space,HSS)建模方法。该建模方法不仅考虑了谐波的相互耦合作用,具有较高建模精度,同时也揭示了换流站处于不同运行模式下,交/直流侧谐波通过换流站传递到直/交流侧的动态耦合机理。最后,通过PSCAD电磁暂态仿真结果与小信号模型计算结果的对比,验证了文中提出的LCC-HVDC系统小信号HSS模型的有效性及内部谐波动态分析的正确性。该研究结果还为系统稳定性评估与参数优化奠定基础。     

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。     

混合双馈入直流输电系统中LCC-HVDC对VSC-HVDC系统强度的影响

为了准确评估混合多馈入直流系统中电压源换流器型高压直流(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)的受端系统强度,对VSC-HVDC的有效短路比进行研究。第一,建立了含有VSC和LCC的混合双馈入直流输电系统的小信号模型,基于该模型提出了LCC的运行阻抗的基本概念和计算方法;第二,结合LCC的运行阻抗,提出了混合多馈入直流输电系统中VSCHVDC有效短路比的计算方法,并分析了计及LCC-HVDC影响时VSC-HVDC的功率运行极限;第三,利用建立的小信号模型,研究了VSC控制器参数对其功率运行极限的影响。通过基于PSCAD/EMTDC的仿真分析,验证了相关结论的正确性。     

混合直流输电控制策略研究

为充分利用传统高压直流输电(LCC-HVDC)与柔性直流输电(VSC-HVDC)各自的优点,建立了整流侧采用LCC换流站,逆变侧采用VSC换流站的混合直流(hybrid HVDC)输电系统。对直流系统两侧换流站主控制器进行了设计,并针对该系统设计出双侧功率/频率调制的辅助控制器。最后对混合直流输电系统与交流输电线路并行输电和单独的混合直流输电系统进行了仿真与分析,通过仿真验证了当系统受到扰动时所加辅助控制器能提高系统的稳定性。     

定电压与预测型定关断角控制对HVDC小干扰稳定性的影响

定电压控制和预测型定关断角控制是高压直流（HVDC）逆变站常规的控制方法,合理整定控制器参数可提高交直流系统的小干扰稳定性。文中首先基于开关函数法建立了基于电网换相换流器的高压直流（LCC-HVDC）系统的小干扰动态模型,将其动态响应与电磁暂态模型的动态响应进行对比,验证了小干扰动态模型的正确性。接着,采用特征值及其灵敏度方法分析了LCC-HVDC系统的振荡模式和阻尼特性,对比分析了逆变侧采用定电压控制和预测型定关断角控制时,换流站控制器参数以及交流系统短路比对系统稳定性影响的异同。最后,整定了能维持系统稳定运行的控制器参数稳定域,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了稳定域的正确性。     

模块化多电平换流器型多端高压直流输电控制参数优化方法

针对模块化多电平换流器型多端直流(MMC-MTDC)输电系统的稳定性受不同换流站控制系统之间相互作用的影响,不恰当的控制参数可能会降低MMC-MTDC系统的稳定裕度问题,提出一种MMC-MTDC控制参数的优化方法以提升系统的稳定裕度.首先,建立包括MMC主回路、控制系统、交流系统与直流系统的MMC-MTDC小信号模型....     

LCC-HVDC换流站无功电压控制问题综述

特高压直流工程中广泛应用的LCC-HVDC直流输电系统,其稳态电压是电力系统调度运行的重要控制对象,目前换流站无功补偿与电压控制主要通过无功补偿设备投切实现。通过对换流站无功补偿设备和无功电压控制策略分析,指出当前换流站在实际运行中无功控制参数、低压无功补偿设备控制、同步调相机稳态电压支撑上存在的不足,针对性地提出了3项LCC-HVDC换流站无功电压控制优化措施,有效拓展了换流站稳态电压控制手段。