海上风电场多端高压直流输电系统母线电压控制策略

基于电压源型换流器的电压-电流特性研究了电压下垂控制策略。为解决下垂控制在风功率注入较低时,直流线路功耗相对较大的问题,采用引入障碍函数的内点算法研究了一种基于最优功率潮流的电压控制策略,实现母线电压稳定,并调整系统以最小的线路功耗输送电能;故障时系统切换至下垂控制,实现换流站的自主协调控制。最后,以4端输电系统为例,采用MATLAB编程和Optimization Tool计算系统稳态运行点,验证2种控制策略的有效性;结果表明,所提策略能够实现多端直流输电系统换流站间的电能分配,而最优电压控制为网侧换流站提供更为合适的电力调度电压参数。

特高压混合多端直流输电系统中串联换流阀组间的电压平衡控制策略

特高压混合多端直流输电系统结合了电网换相换流器(line commutated converter,LCC)与模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的优势,可以实现多电源供电、多落点受电的远距离大容量输送要求。针对特高压混合多端直流输电系统中同一换流站内串联换流阀组之间的电压不平衡问题,分析了电压不平衡的原因,并提出了一种基于串联换流阀组间电压–功率偏差量的电压平衡控制策略,该控制策略简单有效便于工程实现。然后基于PSCAD/EMTDC搭建了特高压多端混合直流系统的仿真模型,通过对比切除/投入电压平衡控制时系统的动态特性验证了电压平衡控制策略的有效性。为进一步分析该控制策略对系统动态性能的影响,研究了特高压混合多端系统在功率阶跃变化和交流故障情况的动态响应,结果表明所提出的控制策略简单有效,且在不同运行工况下均可以实现串联换流阀组之间的电压平衡。

多端高压直流输电系统自适应无源控制

本文提出了一种基于扰动观测器的自适应无源控制(perturbation observer-based adaptive passive control,POAPC),并将其用于增加电压源型多端高压直流输电系统(voltage source converter-based multi-terminal high voltage direct current,VSC–MTDC)的阻尼.首先定义一个扰动项,其包含多端口间的相互作用、未建模动态和未知时变外界干扰的综合效应.之后扩展一个虚拟状态来表征该扰动项,进而设计一个扰动观测器对其进行快速在线估计.该方法通过无源化向每个端口注入附加阻尼以改善系统暂态响应,并且不需要精确的系统模型或全局状态测量.基于四端VSC–MTDC系统的4种算例表明:与传统PI控制、无源控制以及基于扰动观察器的滑动模态控制相比,POAPC由于不需要精确系统模型及全局状态测量而具有更高的应用灵活性;在各种运行条件下通过有效减少有功功率P_1和无功功率Q_1控制误差和超调量来获得更优的控制性能;在系统参数不确定场景下将有功功率P_2的峰值变化从11%减少至接近0,鲁棒性更强.

基于小干扰稳定性的多端混合高压直流输电系统控制参数分析与优化方法

多端混合直流输电技术综合了电网换相换流器与模块化多电平换流器的优势,是当前直流输电的研究热点之一。采用小干扰稳定性分析方法,可以从数学层面上对多端混合高压直流系统进行参数分析。然而,由于多端混合高压直流输电系统含有多个含有复杂控制器的MMC换流站,模型更为复杂,涉及控制参数众多,缺少便捷的工具进行研究,其控制参数对系统影响分析结果尚不明晰。为此,提出了一套基于小干扰稳定性分析的多端混合高压直流输电系统参数分析与优化方法,该方法可实现基于状态空间法含控制环节的多端混合高压直流系统的快速建模、主要影响参数筛选、参数的可行域计算与可视化展示以及基于粒子群算法的多端混合高压直流系统控制参数优化。介绍了该方法的主要步骤、实现原理以及算例应用情况。应用结果表明所提方法是对多端混合高压直流输电系统控制参数分析与优化的有效工具,可为多端混合高压直流输电系统参数设计提供参考。

一种基于模块化多电平换流器的多端高压直流输电系统协调控制方法

针对基于模块化多电平换流器的多端高压直流输电系统(modular multilevel converter based multi-terminal DC,MMC-MTDC)中,交流区域的负荷波动导致该区域功率短暂不平衡,造成区域内电网频率波动的问题,首先提出一种基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)的换流器控制方法。其次,针对在应用VSG策略调频过程中会改变换流站的输出功率,打破直流侧的功率平衡,而导致直流电压偏差过大,当存在线路阻抗时影响尤为明显的问题,将VSG控制与改进下垂控制相结合,形成MMCMTDC系统多站综合协调控制策略。该控制方法不仅可以为交流区域提供频率支持,还能优化直流母线上不平衡功率的分配,提高系统直流电压的稳定性。最后,基于Matlab/Simulink构建5端MMC-MTDC系统进行仿真,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

一种多端高压直流输电系统频率协同控制策略

针对多端高压直流输电系统中频率控制的问题,提出了一种分布式间歇采样协同控制策略。该控制策略考虑了通信网络中节点连接度的影响,并仅利用间断的相邻交流电网的频率信息控制交流电网的功率输出,降低了通信要求。仿真结果表明:该控制策略能够有效地调节电网频率,使各非同步交流电网间频率达成一致。

四端高压直流输电解耦控制的理论分析

在多端高压直流输电系统中,下垂控制能够灵活地控制整个多端直流系统各端电压和功率,只是其控制需要结合解耦控制理论进行。但在多数研究中,关于多端MMC-HVDC的理论分析仍存在一些差异。因此,为使理论分析更为准确,以两端拓扑模型控制理论推导为基础,给出了较为完整的四端高压直流输电解耦控制分析过程,并推导出下垂控制在解耦控制中的完整理论方程,为多端高压直流输电下垂控制的理论分析提供了参考。

多端VSC-HVDC直流线路故障限流及限流特性分析

基于电压源型换流器(voltage source converters,VSC)的多端柔性直流系统中直流线路的故障电流上升速度快、电流峰值大。然而具有大容量、快切断能力的高压直流断路器正在研制中。结合目前直流断路器开断容量水平,该文提出通过在直流线路两端串入限流电路的方法来限制故障电流的峰值和电流的上升速度率,并给出相关参数的理论计算方法。对该电路的限流特性进行分析与对比,结果表明,该限流电路能有效抑制故障电流,降低了对直流断路器开断容量和开断速度的要求。在该限流电路的基础上,提出一种多端VSC-HVDC直流线路故障处理方案。仿真分析表明,该故障处理方案能够有效抑制直流线路故障电流以及IGBT并联二极管电流,故障切除后非故障系统能保持正常运行,可以有效地增强多端VSC-HVDC系统对直流线路故障的处理能力。

高低阀串联型特高压柔性直流不控整流异步充电时分压特性及其对系统的影响

乌东德特高压多端混合直流输电工程是目前世界电压等级最高、容量最大的柔性直流输电工程,具备无闭锁直流故障穿越能力,然而该工程为全桥+半桥混连结构,不控整流异步充电时交流断路器未合闸的阀组全桥模块被动充电,阀组直流端口呈现感应电压,某些接线方式甚至出现感应电压过高而引起系统跳闸停运。针对异步充电问题,从几种主要接线方式分析了阀组异步充电的分压特性和感应充电对系统的影响,提出了通过直流短接充电隔离阀组的方法解决阀组分压的问题,并根据异步充电特性提出了缩短异步充电时间间隔的方法解决阀组分压的问题。

基于时域电压比的高压直流输电线路暂态保护方案

针对传统行波保护在高压直流输电线路中耐受过渡电阻能力不足、T区两侧故障线路定位依赖边界元件等问题,以最具代表性的多端混合高压直流系统为例,从数学层面上分别明晰了高压直流输电线路区内外故障和T区故障下的行波特征,进而构造了不同采样周期下的时域暂态电压比判据,以削弱T区和过渡电阻的影响,实现区内外故障识别;利用时域电压比判据,提出了基于单端量保护配合的高压直流输电线路暂态保护方案,实现了高压直流输电线路故障的快速判别以及T区两侧故障线路的准确定位;最后,利用实际工程的电磁暂态仿真模型对所提方法进行详细验证,结果表明,所提保护方案可行且具有较高的灵敏性和可靠性。