基于逆变侧定电压控制的HVDC系统稳态和暂态响应特性研究

为测试逆变侧采用定电压控制和定关断角控制对直流输电系统稳态和暂态性能的影响,在CIGRE高压直流标准测试模型原有控制系统中增加了定电压控制模块,即整流侧采用定电流控制,逆变侧采用定电压、定电流和定关断角控制相互配合的控制方式。在PSCAD/EMTDC仿真平台中对其整流侧和逆变侧三相短路故障下的控制器特性进行了稳态及暂态仿真分析,并与相应的CIGRE标准模型暂态响应特性进行了对比。结果表明逆变侧增加定电压控制方式能够提高直流输电系统在交流故障扰动下的性能,减少换相失败的发生几率。

三端直流系统电压控制策略分析及测量异常故障定位方法研究

鉴于南网各回直流曾多次发生直流电压测量异常故障,本文以禄高肇三端直流系统为例,着重介绍直流电压控制策略,并采用RTDS仿真系统对直流电压测量异常进行仿真,分析电压测量异常时控制系统的响应情况,通过大量的仿真研究,全面梳理了直流电压控制响应策略,总结了电压测量异常时的故障现象及处置方法,对现场运维工作具有一定的指导价值。

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LCCHVDC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。

LCC-C-MMC混合高压直流系统直流低电压穿越控制策略

现有传统混合高压直流(HVDC)存在3个关键问题:直流侧故障的自清除问题、电压源型换流器(VSC)输送容量难以与电网换相型换流器(LCC)相媲拟、整流侧交流故障引起的直流低电压穿越问题。为此,提出了一种新型的LCC-C-MMC混合高压直流方案,逆变侧由C-MMC改进型拓扑串并联组合构成。研究了混合直流稳态运行控制特性,分析了整流侧故障引起输送功率中断的原因。提出了带投旁通的后备定电压控制策略,分析了投旁通对过程中系统的等值电路和桥臂充电特性。通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了所提控制策略的可行性。仿真结果表明:引入的3次谐波注入调制和无功功率动态调整策略扩展了系统的稳态和暂态调节范围,使得系统在交流电压跌落10%时运行特性良好;当故障严重时(如测试算例中交流电压跌落50%),旁通对快速旁路高位端的换流单元使系统进入半压运行模式,剩余健全的换流单元可维持功率的持续输送;投旁通对过程中,箝位二极管所串联的电阻可以有效抑制充电电流,减少处于闭锁状态的桥臂电容的上升幅值。

两类逆变侧控制策略对系统电压与直流主回路设计影响

针对高压直流输电工程逆变站通常采用的定关断角与定电压两类控制策略对系统电压与直流主回路设计的影响进行研究。首先从控制系统原理入手,分析了逆变侧定电压与定关断角两种控制策略的逻辑区别;然后利用电力系统分析计算软件PSD-BPA,模拟了换流站投切滤波器分组的实际工况,明确了两种控制策略在系统电压调节特性方面的差异;最后基于某实际高压直流工程的系统条件和运行参数,借助实时数字仿真系统,校核了定电压与定关断角两种控制策略下系统电压的暂态与稳态恢复特性,进一步验证了相关结论。在此基础上,研究并论证了两种控制策略对于直流换流站无功补偿容量、额定空载直流电压等直流主回路设计基本结论以及主要设备参数的影响。

改善多馈入直流系统电压无功特性的直流控制策略

为了改善多馈入直流系统受端交流系统的电压无功综合特性,在直流系统逆变侧引入了定交流电压控制;然后,使用新型指标——电压稳定耦合因子来衡量直流输电子系统换流母线间的影响,并指导该控制方式在多馈入系统中的设置方案;同时,提出了一种平滑切换逻辑控制器,以实现直流系统在定交流电压控制和其他控制策略之间的平滑切换。针对三馈入直流输电系统的电磁暂态仿真结果说明,当受端交流系统发生严重故障时,该控制策略相比常规的定熄弧角控制,能够有效改善弱交流系统电压稳定性及直流系统间的不利相互作用。

分层接入方式下锡泰特高压直流输电系统阀组电压平衡控制

锡盟—泰州±800kV特高压直流输电工程,采用分层接入的方式,在泰州换流站分别接入1 000kV和500kV交流电网。在这种新型电路结构下,如何保证单极中接入不同电压等级交流电网的两个串联阀组的直流电压均衡,对于直流输电系统的安全稳定运行是非常重要的。结合锡盟—泰州直流工程,在分析直流输电系统控制策略的基础上,对分层接入的阀组电压平衡控制进行研究,提出了电压平衡控制策略和中点分压器容错处理方法。通过RTDS建模试验验证了控制策略的正确性,并在锡盟—泰州特高压直流工程获得应用。

VSC-HVDC的控制方式对交直流混联系统小干扰稳定性的影响

首先阐述了VSC-HVDC的控制原理和双闭环控制器的基本构成,然后利用模块化建模方法,并结合状态空间法,给出了含VSC-HVDC的复杂交直流混联系统小干扰建模的一般方法,且不需要解析地推导全系统小干扰模型A,B,c,D矩阵中的每个元素,大大简化了含VSC-HVDC的交直流混联系统的小干扰建模。接着利用所建模型,在相同运行条件下,重点分析了定无功功率和定交流电压2种不同控制方式对全系统小干扰稳定性的影响,结果表明采用定无功功率控制比采用定交流电压控制直流系统具有更好的阻尼系统振荡的性能,但这2种控制方式对发电机相关模态的影响不大,最后用时域仿真验证所得结论。

特高压直流换流变禁止降档功能对直流电压控制的影响及改进措施

特高压直流系统设置了分接开关禁止调档和后备升档功能。该功能模块用于监视分接开关的最大和最小位置,作为换流变二次侧电压监视的后备功能,例如,闭环控制去避免直流器件承受过压。本文对分接开关禁止降档功能机理进行了简要说明,并分析了该功能对直流电压控制的影响。最后,提出了一些改进措施。

接入弱交流系统的背靠背直流输电系统控制策略改进

背靠背直流工程逆变侧采用定熄弧角控制时,整流侧和逆变侧耦合关系较强,但换流变压器分接开关动作次数少;而采用定直流电压控制时,耦合关系较弱但分接开关动作次数多。在分析相关控制策略优缺点的基础上,提出了改进控制策略,逆变侧通过熄弧角控制直流电压为指令值,直流电压指令值随直流功率变化,分接开关控制熄弧角在正常范围内。该控制策略保留了定熄弧角控制和定直流电压控制的优点。提出整流侧和逆变侧在分接开关动作时预估无功小组是否会因分接开关动作而投切,进而确定分接开关和无功小组动作的先后关系,防止了分接开关的反复动作。算例表明该控制策略可以减少背靠背工程无功小组投切和分接开关动作次数,减小逆变侧无功小组投切电压波动,适用于接入弱交流系统的背靠背工程,长距离直流输电工程也可以借鉴文中控制策略。

基于本地信号的VSC-MTDC输电系统控制策略

针对基于电压源型换流器的多端直流(VSC-MTDC)输电系统现有控制策略存在的问题,设计了基于本地信号的参与功率平衡的各端协调控制策略。其中,主导站采用定电压控制,主辅助站采用基于本地电压信号的带电压下降特性的控制(LVBC)方式,次辅助站采用LVBC与定电流控制相结合的混合控制方式。主导站正常运行时,次辅助站为定电流控制;主导站因故障退出运行使次辅助站直流端电压满足控制转换的要求时,次辅助站自动转换到LVBC,参与承担平衡功率从而稳定直流系统电压的任务;当原有造成功率不平衡的因素去除后,次辅助站能自动恢复到定电流控制。在PSCAD/EMTDC平台上建立仿真系统,结果证明了该控制策略是正确、有效的。

基于模块化多电平换流器的无功补偿控制策略研究

针对模块化多电平换流器在配电网无功补偿中的应用,文中研究了模块化多电平换流器的无功补偿控制策略,实现了电网的无功补偿和电压平衡控制。基于MMC的基本工作原理,建立了MMC的等效数学模型。提出电流内环和功率外环的无功补偿控制方法,以及电流内环有功与无功解耦控制方法,实现了故障情况下的正序和负序分量解耦控制。功率外环在传统定电压PI控制的基础上,增加了电压反馈调节控制器并提出k参数控制策略,进一步提高MMC的线性工作区。最后,利用Simulink仿真的方式对文中所提出的控制策略进行仿真分析。结果表明,在电网对称运行与不对称运行条件下,该策略均可实现对系统的无功补偿和电压稳定控制,且研究内容为实现模块化多电平换流器在电力系统无功补偿方面的应用提供了参考。

SSSC滑模控制策略研究

从SSSC定阻抗和定电压两种控制角度出发,分别将其视为可控电容器和可控电压源,分析了其各自的运行特点,并建立含SSSC的单机无穷大系统数学模型,运用了逆系统和滑模控制的方法分别对建立的多阶非线性系统模型进行控制设计,通过仿真验证了该控制对控制目标具有很好的稳定性和鲁棒性。

500kV东莞变电站±200MVA静止同步补偿器的控制功能试验对比研究

为了验证静止同步补偿器(STATCOM)对电网电压的有效支撑作用,针对500kV东莞变电站±200MVA STATCOM工程项目,通过PSCAD软件仿真和现场试验对STATCOM装置的定电压控制、恒无功控制、与站内原有固定补偿器的协调控制这3项主要控制功能进行了功能试验对比研究。研究表明,STATCOM实际输出的无功电流能快速跟踪控制目标电流的变化,且PSCAD仿真与现场试验结果一致。因此证明了PSCAD模型贴近实际装置,且STATCOM的控制功能设计合理,能够对系统无功变化作出快速响应,能有效实现电压支撑作用,提高电网的输电能力,保证电网的安全稳定运行。

对高压直流输电换流站中无功控制系统的探讨

直流输电系统的无功控制是一种多目标、多边界条件的复杂控制功能。阐述了无功控制在直流输电换流站中的重要性,介绍了换流站无功控制系统和无功控制的定无功及定电压控制功能及对无功功率控制在换流站的运行情况,并针对运行维护中值得注意的问题提出建议,对换流站的建设、运行和维护具有参考价值。

柔性直流输电系统的黑启动控制能力研究

柔性直流输电系统中的可关断器件具有自关断能力,能够对开通、关断时刻进行控制,可以与无源系统连接进行换流。本文针对VSC在无源逆变方式下不需要外加换相电压的快速恢复控制能力,研究了柔性直流输电系统的黑启动控制能力。设计了黑启动过程中VSC-HVDC送端换流站控制策略采用定直流电压/定无功功率控制,受端换流站控制策略采用定交流电压/定频率控制,研究了电源并网时控制策略协调优化对黑启动的作用。以Kunder四机两区域系统为例,对整个黑启动过程在PSCAD/EMDTC中进行了仿真,研究表明本文采用的控制策略具有良好的电压、频率特性,完成了黑启动的实现。

一种适合于储能PCS的PI与准PR控制策略研究

储能变流器(PCS)是储能系统的核心部件,主要运行模式有并网和离网两种。本文重点针对储能PCS在离网条件下所采用的定电压/频率控制策略进行研究,从储能PCS的拓扑结构入手,建立其数学模型,并制定相应的控制策略。根据控制器选择的不同,本文分别介绍了基于PI控制器以及准PR控制器的控制策略,画出了详细的控制框图。最后基于Matlab仿真模型,制定了两种不同运行工况,针对这两种工况对不同控制器条件下PCS的外输出特性进行对比分析,并得出相应的结论,为工程实践提供相应的理论支撑和指导经验。

直流微电网运行控制策略研究

分析了直流微电网的网络架构、组成单元及控制原理,并据此给出了一种直流微电网设计实例。针对直流微电网的并网与离网运行特性,基于瞬时功率平衡原理,分别提出了双向AC/DC变换器和储能双向DC/DC变换器在两种模式下的定电压控制策略。仿真和试验结果验证了所构建的直流微电网和控制策略的正确性和可行性,且能实现并网、离网以及并/离网切换的稳定运行。

MMC柔性直流换流站无功级联控制策略

模块化多电平换流器(MMC)可独立解耦调节有功、无功功率,使得柔性直流换流站具有在交流系统电压跌落工况下提供无功支撑的潜能。提出了MMC柔性直流换流站无功级联的控制策略,即将定交流电压控制和定无功控制级联,其中定交流电压控制包括桥臂电流辅助控制环节,并在故障清除后瞬间进行积分环节清零重置控制。以中国张北±500 kV四端柔性直流电网工程为例进行了仿真验证,结果表明相对于传统的定无功或定交流电压控制方式,柔性直流换流站无功级联控制方式可以兼顾电网稳态无功调节和暂态无功支撑等需求,快速平稳地输出无功功率,能在保证MMC设备安全的前提下提供暂态无功支撑,并缓解故障清除瞬间可能发生的暂态交流过电压。

VSC-HVDC向三相不对称无源网络供电的控制策略研究

VSC-HVDC具有良好的动静态性能,若采用合理控制策略则可调控有功与无功的输出,进而改善电能质量。然而现有控制策略在由VSC-HVDC向三相不对称无源网络供电时可能导致输出电压不对称,进而造成控制效果不理想。建立了VSC的内环d/q解耦控制器,整流侧定直流电压控制器和逆变侧定交流电压控制器。对于整流侧控制器,在电压外环,对PI参数增加模糊自整定;在电流内环,将PI控制改为两相静止坐标系下的PR控制,减少了超调和谐波输出量。对于逆变侧控制器,由于输出的三相电压产生畸变;利用PR控制可以无静差跟踪正弦信号,将逆变侧控制改造为“外环定电压PR控制—内环电流d/q解耦控制”,解决了三相交流电压的不平衡问题。仿真结果表明,该控制策略可提高整流侧超调时间和反应时间,并有效解决了逆变侧输出电压不对称的问题。