多馈入直流输电系统后续换相失败安全裕度评估及抑制方法

换相失败可能引起直流输电系统(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)闭锁,严重影响电网的安全稳定运行。多馈入直流输电系统中电气耦合紧密,控制响应造成多回LCC-HVDC交互影响,使换相失败的产生机理变得更加复杂。现有后续换相失败抑制方法多以单回LCC-HVDC为对象,无法兼顾自身换相恢复和相邻直流换相失败抑制的需求。为此,提出了一种适应于多馈入直流输电系统的后续换相失败抑制方法。分析了LCC-HVDC首次换相失败恢复过程中逆变站控制系统的响应时序及条件,提出了考虑故障严重程度和LCC-HVDC控制影响的后续换相失败安全裕度评估方法,进而提出了基于电压安全裕度的后续换相失败抑制方法,并在CIGRE HVDC标准测试系统验证了所提方法的有效性。仿真结果表明,所提方法根据换流母线电压自适应地调节直流电流,能够有效降低多馈入直流输电系统中无功电压耦合影响,有效抑制相邻回LCC-HVDC发生后续换相失败。

多馈入直流输电系统换相失败机制及特性

随着多直流接入受端交流系统的规模不断增大,运行人员对多回直流换相失败以及闭锁的关注度日益提升。文中建立了多馈入直流输电系统模型,从换相失败发生的本质出发,分析多种因素对换相失败发生概率的影响。从机制上研究换相失败对交流系统和直流系统的影响,并与直流闭锁对系统的影响进行对比分析。通过对多馈入直流输电系统的机电暂态仿真,验证由交流系统引起的多回直流换相失败与直流闭锁的差异。综合理论和仿真研究可知,在交流系统故障及时清除的情况下,多回直流换相失败并不会导致多回直流同时闭锁,不会对系统造成大的影响。而直流闭锁故障,在不采取控制措施的情况下,会造成系统功率不平衡,严重时导致系统失步,影响系统安全稳定运行。

多馈入直流输电系统中直流调制的协调优化

文章将带参数约束的非线性最优化方法应用于包含多馈入直流输电系统的交/直流互联电力系统,进行各直流调制之间的协调控制研究。研究方法是最小化包含区域间振荡特性的目标函数,同时优化预先选择的多馈入直流输电系统中各直流调制的参数,最终实现各直流系统调制间的优化调节,在最优和全局协调的方式下增强整个系统对交流系统机电振荡的阻尼。并以中国南方电网2005年的规划网络为实例说明了该方法的有效性和鲁棒性。

多馈入直流输电系统中换相失败研究综述

换相失败是直流输电系统最常见的故障之一。对于多馈入直流输电系统而言,交直流系统之间的相互作用更为复杂,单个逆变站的换相失败可能引发几个逆变站相继发生换相失败,甚至导致直流功率传输的中断,影响整个交直流系统的稳定运行。文章详细分析了目前国内外多馈入直流输电系统换相失败问题的研究现状,从换相失败的机理、影响因素和判断依据出发,对近年来针对换相失败提出的预防措施和控制策略及其应用情况进行探讨,并指出准确反映换相过程的交直流系统模型的建立、多馈入直流输电系统换相失败的机理分析及其有效的控制措施和恢复策略的制定、以及换相失败的谐波影响等是今后研究的主要问题。

2015年特高压规划电网华北和华东地区多馈入直流输电系统的换相失败分析

基于2015年"三华"特高压规划电网的丰大运行方式,采用机电暂态仿真软件PSD-BPA,对华北、华东地区多馈入直流输电系统换相失败问题进行深入研究。研究结果表明,华北、华东地区任一直流发生单/双极闭锁故障时,均不会引起其他直流发生换相失败;华北地区大部分直流逆变站换流母线附近三永故障,不会导致其他直流换相失败;华东地区重要交流通道和逆变站换流母线附近三永故障会导致多回直流同时发生换相失败,但这些换相失败持续时间较短,直流系统能快速恢复正常运行,系统能在不采取任何措施下保持稳定;采用静止无功补偿器进行无功补偿,可有效抑制华东地区直流输电系统换相失败的发生。

谐波对多馈入直流输电系统换相失败的影响

从换相失败的产生机理出发,分析出谐波引起换相失败的根本原因,提出了电压时间面积的分析方法,同时定义并计算出了5、7、11、13次主导谐波分别导致换相失败时的换相失败临界偏移角和临界比例系数。以实际上海多馈入直流输电系统为例,通过电网等效谐波模型及Ward等值算法,利用Matlab计算出背景谐波造成的直流接入点电压偏移量,给出各谐波引起换相失败的临界条件并进行了仿真验证。最后提出了直流工程中防止谐波引起换相失败应满足的条件。所得结论对于交直流电网的规划与运行有实际参考作用。

多馈入直流输电系统的动态特性及稳定控制与分析

对多馈入直流输电系统的动态特性及稳定控制与分析进行了综述。首先讨论了多馈入直流输电系统中交直流系统间和直流系统间的复杂相互作用。然后根据国内外的有关研究,对多馈入直流输电系统的稳定性和稳定控制进行了系统的总结,提出了进一步深入研究的建议。最后对多馈入直流输电系统的分析方法进行了综述,并对其存在的问题提出了改进意见。

多端和多馈入直流输电系统中换相失败的研究

借鉴两端直流系统中换相失败的研究结果和熄弧角公式,运用数学和电路基本理论,推导常规控制方式下多端直流(MTDC)系统和多馈入直流(MIDC)系统的熄弧角模型,分析影响换相失败的各种因素,阐述复杂直流输电系统中发生换相失败的一般规律:MTDC系统中,定电压控制的逆变站的参数会对系统中所有逆变站的换相失败产生影响;受影响的逆变站由于自身运行参数、控制方式的变化,可能形成复杂的换相失败故障及故障恢复过程;MIDC系统中,一个逆变站的换相失败除了受自身参数的影响,还受与之相耦合的其他逆变站参数的影响。

基于自适应混沌粒子群优化算法的多馈入直流输电系统优化协调直流调制

为了提高交直流互联系统的整体动态稳定性,提出了一种新的基于混沌优化思想的自适应混沌粒子群优化算法,并将其应用于多馈入直流输电系统中各直流调制的优化协调。该算法利用混沌运动的遍历性来初始化粒子群以增强群体的多样性,在粒子群的每次迭代更新计算中,按适应值大小选取部分粒子对其进行混沌优化以帮助惰性粒子跳出局部极值区域,根据每个粒子的适应值自适应地调整其惯性权重系数以提高整个群体的全局与局部搜索能力。以一三区域双馈入交直流并联输电系统为例,选取与直流线路并联运行的交流联络线上的有功功率偏差和各发电机的功角偏差构成目标函数,应用自适应混沌粒子群优化算法对各双侧频差直流调制控制器的参数进行了全局优化协调整定,并与传统粒子群优化算法、遗传算法的优化结果进行了比较,结果表明该算法能更好地实现各直流系统调制间的优化协调,增强了整个系统对低频振荡的阻尼能力,可作为多馈入直流输电系统中直流调制优化协调的一种有效方法。

多馈入直流输电系统交流侧滤波方案的设计

随着高压直流输电(HVDC)系统的发展及多馈入直流输电系统的逐步形成,多馈入直流系统的谐波问题日显突出。由于多馈入直流系统交流侧的母线电压严重畸变,现有的针对单谐波源的滤波方案已不再适用。文章提出了一种新的适用于多馈入直流输电系统的交流侧滤波方案,即在系统与负载之间并联由无源滤波器串联有源滤波器构成的混合滤波器,再在该混合滤波器之前与负荷串联一个有源滤波器。仿真比较了采用混合有源滤波方案与只投入无源滤波器时的滤波仿真效果,结果表明混合有源滤波方案可以显著降低母线上的谐波含量,从而抑制了负载谐波对系统的影响。

多馈入直流输电系统的协调恢复策略

针对大扰动情形,提出了一种多馈入直流输电系统的协调恢复策略。该策略具有如下的特点:在原有的PI控制器中加入一个前馈回路以便在直流系统2个控制端的被控变量间实现协调控制;在交流故障被切除后的某一短时间内,采取定交流电压控制;在不同的直流子系统间实施渐变的恢复策略,并利用最大梯度下降法对各直流子系统的重启动时间进行优化。以一个三馈入直流输电系统为对象,给出了该协调控制器的设计过程及仿真结果。仿真结果表明,与常规的PI控制策略相比,该协调恢复策略可使多馈入直流输电系统的恢复性能得到很好的改善。

抑制多馈入直流输电系统相继换相失败的协调恢复控制策略

针对多馈入直流系统容易出现的相继换相失败的问题,提出一种渐进恢复控制策略。为了确定各直流系统的恢复顺序,提出多馈入无功运行有效短路比(QMOESCR)指标,用来衡量直流系统受端电网强度和直流系统之间耦合程度的大小,并以此作为协调安排各直流系统故障后功率恢复速率的依据。然后,从改善交直流互联系统故障恢复特性的角度出发,对多回直流系统进行有序恢复,降低多回直流系统恢复过程中的无功需求,从而避免多回直流系统出现的相继换相失败,保证系统的安全稳定运行。分别对简单三馈入直流系统的电磁暂态仿真和南方电网机电暂态仿真的结果表明所提出的渐进协调恢复策略是有效的、可行的。

电网故障下多馈入直流输电系统相继换相失败机理与特性

在多馈入的电网换相换流器型高压直流(LCC-HVDC)输电系统中,交直流系统以及不同LCC-HVDC之间的复杂耦合作用造成换相失败形态产生变化,使得LCC-HVDC的控制保护系统面临挑战。目前,由电网故障直接引发的多回LCC-HVDC同时换相失败现象受到关注,但是换相失败过程中LCC-HVDC系统之间的相互影响却被忽视。LCC-HVDC换相失败后的状态和输出特性急剧变化,通过交流系统的耦合势必对相邻LCC-HVDC产生直接的影响。为此,文中研究了LCC-HVDC换相失败对相邻健全LCC-HVDC的影响,分析了受端弱电网故障下多馈入LCCHVDC系统中相继换相失败的产生机理和换相失败期间控制系统作用下逆变站的动态无功特性;推导了计及控制系统响应的逆变站无功功率表达式,解析了相邻LCC-HVDC无功交换特性,分析了相继换相失败的特征和影响因素。最后,通过标准模型验证了理论分析的正确性。

多馈入直流输电系统的协调恢复策略研究

为了改善多馈入直流输电系统的恢复性能,提出了一种协调恢复策略。该策略通过直流双侧附加前馈控制实现多馈入直流各子系统的整流侧和逆变侧的协调,使两侧的控制量能够快速地跟踪系统的给定值;通过Fuzzy-VDCOL环节对系统故障和恢复期间的直流电流指令进行动态调节,维持系统的功率平衡和电压稳定,实现直流子系统之间的协调。仿真分析表明:该协调恢复策略可使多馈入直流输电系统的恢复性能得到很好地改善。

有利于多馈入直流输电系统协调恢复的VDCOL控制策略研究

提出了一种适用于一般多馈入直流输电系统(MIDC)协调恢复的依赖于电压的电流指令限制单元(VDCOL)控制策略,该策略在各直流控制系统中综合应用不同类型的VDCOL控制,以改善逆变侧交流电网的暂态稳定性。对常规的VDCOL的特性曲线进行了改进,使得故障切除后的系统恢复期间直流电流的恢复滞后于电压的恢复,从而减小换流站无功消耗,促进交流换相电压的恢复。通过对南方电网的仿真研究表明,该控制策略对不同系统运行方式下的不同故障地点和类型具有较好的适应性,有效地提高了多馈入直流系统的暂态稳定性。

基于序列二次规划算法的多馈入直流输电系统功率优化

我国已形成含有多馈入直流输电系统(multi infeed direct current,MIDC)的大规模交直流混合电力系统,由于直流输电系统换流站的特殊性,直流输电系统有功功率的输送会影响受端交流系统的运行特性。以MIDC系统各条直流线路输送的功率为控制变量,受端系统网损为目标函数,采用序列二次规划(sequence quadratic programming,SQP)算法对MIDC系统输送功率进行优化。算例证明该方法可有效减小受端系统网损,优化后双馈入DC/AC的9节点系统网损平均降低0.72%,三馈入DC/AC的118节点系统网损平均降低0.97%。

VDCOL参数整定的改进对多馈入直流输电系统暂态稳定性的影响研究

通过对多馈入直流输电模型的仿真,发现VDCOL的参数对多馈入直流输电的暂态稳定性有相当大的影响。通过改变VDCOL的参数值,可以使多馈入直流输电系统有不同的暂态特性。通过修正VDCOL的参数值,使原本暂态失稳的多馈入直流输电系统快速地恢复到了稳定状态。因此,研究各直流VDCOL控制单元的特性对于改进MIDC的暂态稳定性具有重要意义。

多馈入直流输电系统换相失败影响因素的分析与仿真

多馈入直流输电系统的出现,在增加了运行方式的灵活性、扩大了输送容量的同时,也增加了系统结构的复杂性。换相失败是直流输电系统最常见的故障之一。在多馈入输电系统中,单个逆变站发生换相失败可能导致多个逆变站同时发生换相失败,严重影响整个系统的稳定运行。取电气距离和短路比为主要影响因素,分析其对于换相失败产生的影响;搭建三馈入直流输电系统模型,通过电力系统电磁暂态仿真程序PSCAD进行仿真研究,从而验证结论。

多馈入直流输电系统谐波相互影响的仿真研究

针对上海电网多馈入直流输电系统谐波超标问题,提出了2种分析多馈入直流输电系统谐波相互影响的方法,即求取多馈入直流输电系统的换流站间进行功率归一化后的多馈入交互作用因子和不同逆变站交流滤波器投切方式下各逆变站的谐波指标变化;以上海电网4回直流线路和500kV主网架为背景,采用电磁暂态仿真程序(PSCAD/EMTDC)对上海多馈入直流输电系统进行建模仿真计算,验证了所提方法的合理性和有效性。

混合多馈入直流输电系统谐波交互作用强度的评估方法

为了分析混合多馈入直流输电系统中各换流站交流侧谐波交互影响机理,建立了混合多馈入直流输电系统的谐波阻抗模型,提出了谐波交互作用因子(harmonic multi-infeed interaction factor,HMIIF)作为评估谐波交互作用强度的方法。基于谐波阻抗矩阵的分析结果表明,LCC-HVDC对MMC-HVDC的谐波交互作用规律与LCC-HVDC之间规律基本相同。LCC-HVDC对MMC-HVDC的谐波交互作用与MMC换流器交流侧谐波阻抗相关,且随等效联络阻抗减小而增强;当其中一回直流所联结交流系统等值谐波阻抗越大,该回直流对其他回直流交互作用越强,其他回直流对其交互作用越弱。HMIIF与两回直流间的谐波交互作用强度成正比。最后利用PSCAD/EMTDC建立三馈入直流输电系统简化模型。