混合双馈入直流系统中LCC-HVDC对VSC-HVDC稳态运行区域的影响

混合双馈入直流输电系统中电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage directcurrent,LCC-HVDC)子系统对电压源换流器高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)子系统运行特性的影响机理有待深入研究。首先建立了基于不同LCC-HVDC子系统控制模式的混合双馈入直流输电系统数学模型,并分析归纳了VSC-HVDC子系统的安全稳定运行约束条件和判据,提出了一种确定混合双馈入直流系统中VSC-HVDC子系统稳态运行区域的计算方法。在此基础上对比分析了VSC-HVDC子系统稳态运行区域与LCC-HVDC子系统控制模式、交流系统短路比、LCC-HVDC与VSC-HVDC容量配比之间的关系。最后,基于PSCAD/EMTDC软件搭建了混合双馈入直流系统仿真模型,仿真验证了VSC-HVDC子系统稳态运行区域计算方法的有效性。     

混合双馈入直流系统最大传输功率控制策略研究

目前,我国南方电网、华东电网等受端负荷中心已经初步形成基于电网换相器型高压直流输电(LCC-HVDC)和柔性直流输电(VSC-HVDC)混合多馈入的格局,直流馈入容量不断增长,直流混合馈入系统将成为我国未来受端电网的常态。为了探究混合多馈系统中LCC和电压源变流器(VSC)的耦合基理,研究混合直流系统传输最大功率的控制策略,该文首先建立混合双馈入直流输电系统数学模型,在考虑设备容量限制、交直流系统稳定约束等边界条件的基础上,提出求解交流电网短路容量变化时双馈系统最大可传输功率的方法。然后结合电网运行控制要求,提出一种离线计算控制策略表、在线辨识电网等效阻抗并查表的控制策略,使得交流系统发生事故后自适应调整直流输电控制模式,从而达到当前工况的最大可传输功率。最后通过PSCAD的数字仿真验证了控制策略的有效性。     

考虑VSC-HVDC作用的LCC-HVDC系统短路比实用计算

准确量化LCC-HVDC（电网换相换流器型高压直流输电）及VSC-HVDC（电压源换流器型高压直流输电）多馈入系统的传输极限和电网强度是保障新型电力系统稳定运行的关键之一。通过改进传统LCCHVDC交直流系统的电网强度量化方法，提出了量化混合直流馈入系统电网强度的短路比指标，以此分析交直流系统的传输极限。首先，根据潮流方程建立混合直流馈入系统的准稳态模型；其次，通过分析雅克比矩阵奇异性与直流馈入系统功率传输极限的关系，得到用于评估混合直流馈入系统中LCC-HVDC传输极限的短路比指标，并分析指标临界值与VSC-HVDC运行方式的灵敏度关系；最后，通过PSCAD/EMTDC及MATLAB平台验证了短路比指标的有效性。分析结果表明：VSC-HVDC在受端定电压控制方式下具有更好的电压支撑能力，同时VSC-HVDC的运行方式对LCC-HVDC传输极限的影响较小，可通过所提指标进行定量分析。     

混合多馈入直流输电系统相互作用关系的定量评估方法

视在短路比增加量(apparent increase in short circuit ratio,AISCR)是一种定量评估混合多馈入系统中电压源换流器型高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)对电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)运行特性影响关系的指标,该文基于AISCR指标,定量评估混合双馈入系统中当VSC-HVDC潮流方向不同时对LCC-HVDC运行特性的影响,在此基础上基于PSCAD/EMTDC对比分析VSC分别作为整流运行和逆变运行时LCC-HVDC的暂态过电压、换相失败抵御能力、故障恢复等暂态运行特性。研究当VSC-HVDC与LCC-HVDC之间存在电气距离的情况下AISCR随着电气距离的变化趋势;最后将交流系统与VSC-HVDC对LCC-HVDC视在短路比增加量的耦合作用进行了解耦,得到了不考虑VSC-HVDC所联结的交流子系统的影响,仅考虑VSC-HVDC单独作用时AISCR的变化规律,该结论可以为混合多馈入直流输电系统中VSC-HVDC容量及馈入落点的选取提供理论指导。     

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。     

混合双馈入直流输电系统的交互作用机理研究(一):等值单馈入直流输电模型

为了研究混合双馈入直流输电系统中电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)子系统和电压源换流器型高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)子系统的交互作用机理,通过将LCC-HVDC(或VSC-HVDC)子系统进行等值,提出并建立混合双馈入直流输电系统的等值单馈入VSC-HVDC(或LCC-HVDC)模型。在此基础之上,建立了等值单馈入直流系统的对应等效单输入–单输出控制回路,并与PSCAD/EMTDC详细电磁暂态仿真模型对比,验证所建立模型的准确性。所建立的等值单馈入模型可以用于定量评估混合双馈入直流输电系统的交互作用机理。     

混合双馈入直流输电系统的交互作用机理研究(二):小干扰稳定裕度分析

针对由电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)系统和电压源换流器型高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统构成的混合双馈入直流输电系统,基于推导建立的等值单馈入直流输电模型,采用增益裕度(gain margin,GM)指标、相位裕度(phase margin,PM)指标和灵敏度函数最大峰值指标Ms,定量评估交流系统强度、LCC-HVDC子系统的定关断角和锁相环,以及VSC-HVDC子系统的外环功率控制器、内环电流控制器和锁相环对混合双馈入直流输电系统稳定裕度的影响规律;最后,通过PSCAD/EMTDC下的详细电磁暂态详细仿真,验证所建立单馈入直流输电模型的有效性及理论分析结果的正确性。     

多回LCC-HVDC分区馈入电网中柔性直流接入位置的确定方法

馈入同一交流系统的多回传统直流(LCC-HVDC)存在发生同时换相失败的可能,通过柔性直流(VSC-HVDC)实现交流电网的分区运行是解决该问题的方法之一,而柔性直流接入位置的确定方法是实现分区互联的重要研究内容.首先,基于雅可比转移矩阵搭建了考虑电网换相换流器(LCC)和电压源型换流器(VSC)的全系统微增量模型,计算了VSC的运行阻抗,进而计算出基于阻抗的有效短路比(IESCR).随后,对分区拓扑进行了理论分析,得到了VSC-HVDC接入位置、传输功率和IESCR的关系.而后,充分考虑正常运行和N-1运行状态,提出了包括IESCR在内的9个评价指标,给出了VSC-HVDC接入位置的评价流程.基于IEEE 39节点模型给出了算例,对3个VSC-HVDC接入位置计算出了各评价指标的值并给出了得分,确定了其中的最优接入位置.     

LCC-HVDC直流控制模式对混合双馈入直流系统运行特性的影响

建立了含LCC和VSC换流器的混合双馈入直流系统电磁暂态仿真模型。基于换相失败免疫性指标,在VSC-HVDC采用定交流电压控制条件下,分析了LCC-HVDC在3种不同条件下的换相失败抵御能力。1)电流-关断角模式:整流侧定直流电流控制,逆变侧定关断角控制。2)电流-电压模式:整流侧定直流电流控制,逆变侧定直流电压控制。3)功率-关断角模式:整流侧定直流功率控制,逆变侧定关断角控制。同时,改变VSC-HVDC和LCC-HVDC之间的联络线长度,研究了电气距离对LCC-HVDC换相特性的影响。基于故障恢复时间指标,对比了上述3种控制模式下LCC-HVDC的短路故障恢复特性。研究发现LCC和VSC电气联系紧密时,LCC采用电流-电压模式时其换相失败抵御能力和故障恢复能力优于其余2个控制模式,电气联系不紧密时则相反。结论可以为混合双馈入直流输电系统中LCC-HVDC控制方式及馈入落点的选取提供理论指导。     

混合双馈入系统对风电外送能力的提升分析

由于我国高负荷地区聚集,能源呈逆向分布,风电消纳主要以外送为主,针对风电场大量弃风的现象和高压直流输电网架的大量建设,提出了一种能够提高风电外送能力的混合双馈入直流输电系统。该系统是在传统风火联网直流外送基础上,增加风电孤岛经VSC直流外送系统,提出由短路容量比、直流最大传输功率指标与传统双馈入系统进行对比,在DIg SILENT软件中建模,结果显示了混合双馈入的优越性,最后基于故障扰动法对混合双馈入和传统双馈入的暂态特性进行对比分析,仿真结果表明混合双馈入系统能增加风电场的外送功率,故障期间VSC系统可以有效调节电网侧交流母线电压,增加LCC直流通道的外送功率。     

基于频率同步控制的VSC-HVDC在弱交流系统下的动态特性研究

该文研究适用于电压源型换流器高压直流输电(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)连接弱交流系统的频率同步控制方法(frequency based synchronization control,FSC)对系统运行特性的影响。建立采用FSC控制的VSC-HVDC连接弱受端交流系统时的小信号模型,并将其与PSCAD/EMTDC中的电磁暂态仿真结果进行对比,验证了小信号模型的正确性。然后,基于小信号模型分析FSC控制中功率阻尼系数和功率同步系数对VSC系统小信号稳定性的影响。最后,针对交流系统频率变化、负荷阶跃和三相短路故障3种暂态运行工况,研究FSC控制下VSC系统的动态特性。结果表明,FSC控制不仅可提高VSC连接弱交流系统时的小信号稳定性,而且使系统具有良好的频率跟踪响应和过电流限制能力。     

混合双馈入直流输电系统的高频振荡特征及机理研究

在混合双馈入直流输电系统中,由于电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)的存在,系统在不同的联络线长度下呈现出不同的高频振荡特征。为研究混合双馈入直流输电系统的高频振荡特征及机理,首先建立系统的状态空间模型,基于此研究系统的高频振荡特征,结果表明,由于LCC子系统的存在,在不同的联络线长度下混合双馈入直流输电系统呈现出不同的高频振荡特征。然后,建立混合双馈入直流系统的高频阻抗模型,研究LCC子系统、联络线长度、模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)控制链路延时、交流线路长度等对系统高频阻抗的影响。结果表明,对于无电气距离的混合双馈入系统,LCC滤波器的存在使其无高频振荡风险;对于有电气距离的混合双馈入系统,当LCC和MMC子系统之间的电气距离较近时,LCC交流滤波器对系统高频振荡的抑制效果随着联络线长度的增大而减弱。最后,提出混合双馈入系统无高频振荡风险的联络线临界长度确定方法,并通过理论分析和电磁暂态仿真进行有...     

计及柔性直流的短路比指标分析研究

电力系统的运行特性与其所连接的受端交流电网强度关系密切,而基于传统常规直流系统提出的短路比是衡量受端电网强度的重要指标之一.考虑混合多馈入系统中柔性直流系统(VSC-HVDC)对短路比指标计算的影响,基于短路比的定义,本文分别从短路容量和等效直流功率两方面出发,分析VSC-HVDC对系统短路电流及多馈入相互作用因子的影...     

柔性直流输电提升常规直流输电短路比的原理及方法

柔性直流输电(VSC-HVDC)馈入受端交流电网后对原有常规直流(LCC-HVDC)将产生重要影响。基于含VSCHVDC和LCC-HVDC的混合双馈入直流系统,分析了计及VSC-HVDC影响多馈入有效短路比指标,量化了VSCHVDC馈入点及馈入电流对LCC-HVDC有效短路比的提升作用。结合VSC-HVDC稳态运行目标及LCC-HVDC的暂态电压支撑需求,设计了一种可最大程度提高多馈入有效短路比的VSC-HVDC控制策略,通过PSCAD中的数字仿真验证了该策略的有效性。     

LCC-VSC两端混合直流输电系统基本控制策略的仿真研究

本文基于LCC(line commutated converter)-VSC(voltage source converter)混合直流输电系统还未工程化应用的现状,为研究LCC-VSC混合直流输电系统的基本控制策略,通过RTDS建立由LCC和VSC组成的两端混合直流输电系统仿真模型,并与实际的控制主机进行接口。在LCC-VSC功率输送模式下,对提出的混合直流输电系统起动、停运控制策略进行仿真验证。研究结果为以后的工程化应用提供了参考和借鉴价值。     

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。     

混合直流系统中直流侧故障暂态电流的解析表达与故障特性的研究

由基于线性换流器高压直流输电系统(LCC-HVDC)和基于电压源换流器高压直流输电系统(VSC-HVDC)共同构成的混合直流输电系统,其故障特性与传统直流输电系统不同。针对此问题,对混合直流输电系统中直流侧故障暂态电流特性进行了研究。首先建立了送端电网采用LCC型换流站、受端电网采用VSC型换流站的两端混合直流输电系统,利用拉普拉斯变换定理推导了直流侧故障时的等效电路,解析了LCC侧和VSC侧直流故障电流简易表达式。其次,在简易表达式的基础上,充分考虑送端LCC侧换流站的触发角动态变化过程和受端VSC侧换流站交流电流的馈入,进一步解析了两侧精确的故障电流表达式。然后,从故障电流幅值、谐波等方面对比分析了三种高压直流系统中直流侧故障电流的变化特征。最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提故障电流解析表达式的正确性。     

多馈入直流输电系统短路比指标的有效性分析

从多馈入直流系统功率稳定性角度出发,基于两馈入直流输电系统简化模型,研究了多馈入直流系统功率稳定性与多馈入有效短路比之间的定量关系.分析结果表明:多馈入有效短路比不能完全反映直流系统的功率稳定性,两者之间难以建立明确的定量关系;当受端电网直流馈入数较多时,各回直流系统的临界多馈入有效短路比将可能远小于1.5.     

混合双极高压直流输电系统的特性研究

为了充分发挥电网换相换流器高压直流输电系统(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)和电压源换流器高压直流输电系统(voltagesource converter based HVDC,VSC-HVDC)的优势,针对一种新型的混合双极高压直流输电系统(hybrid bipolar basedhigh voltage direct current,HB-HVDC)进行了研究,该系统的正极是传统的12脉动LCC-HVDC系统,而负极是VSC-HVDC系统。建立了由LCC正极和VSC负极组成的混合双极高压直流输电系统的模型,推导了其在稳态时的数学模型,并设计了正负极之间的协调控制策略。在PSCAD/EMTDC环境下对HB-HVDC系统的稳态和暂态运行特性进行了研究分析。最后对HB-HVDC系统和闭锁负极VSC-HVDC后LCC-HVDC系统的运行特性进行了对比研究。结果表明:HB-HVDC系统可以更好地调节交流母线电压,减少LCC极换相失败的可能性,并且具有快速的故障恢复能力;同时也证明所设计的协调控制策略可以有效地改善HB-HVDC系统的稳态和动态特性。