基于自适应协调触发量的UHVDC分层接入系统同时换相失败抑制策略

特高压直流分层接入方式下,非故障层换相失败预测控制存在启动滞后、输出的提前触发量偏小等问题,系统面临同时换相失败风险。为解决该问题,提出一种基于自适应协调触发量的特高压直流分层接入方式下换相失败抑制策略,将故障层换相失败预测控制输出的触发角调节量引入到非故障层,从而使非故障层换相失败预测控制提前触发。同时,引入联络线两端电压变化量来动态跟踪故障演变过程,以获得自适应协调触发量。在PSCAD/EMTDC中搭建电磁暂态仿真模型进行仿真验证,结果表明,所提抑制策略能够有效降低分层接入方式下高低端换流阀同时换相失败风险。

混合级联直流输电系统换相失败抵御能力评估方法研究

混合级联直流输电系统适用于远距离、大容量、跨区域、多落点输电,但逆变侧换相换流器(linecommutated converter,LCC)交流母线发生故障时易发生换相失败,严重时甚至发生后续换相失败。为了评估混合级联直流输电系统换相失败抵御能力,首先给出混合级联直流输电系统准稳态模型,提出计及系统直流控制特性的交互作用因子计算方法,进而建立考虑模块化多电平变换器(modularmultilevel convertor,MMC)电气特性的混合级联系统逆变侧等值模型。然后,提出基于电压稳定因子(voltage stability factor,VSF)的混合级联系统换相失败抵御能力评估方法,并推导含有效短路比(effective short circuit ratio,ESCR)指标的换相失败免疫因子解析表达式,从理论角度分析交流系统强度对混合级联系统换相失败抵御能力的影响。最后,在PSCAD/EMTDC上搭建混合级联系统的电磁暂态详细仿真模型,验证交互作用因子计算方法、逆变侧等值模型、换相失败抵御能力评估方法的有效性,仿真结果表明,所提方法最大误差在5%左右。结合仿真,详细分析系统控制方式、逆变侧交流联络线等值耦合阻抗、MMC控制器参数对混合级联系统换相失败抵御能力的影响,为混合级联直流输电系统的安全稳定运行提供技术参考。

基于IGCT抑制换相失败的关键控制策略

针对基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)输电系统因以晶闸管作为换流器件而存在的换相失败问题,以集成门极换流晶闸管(IGCT)在中国某背靠背高压直流工程中的应用为基础,首先介绍了IGCT型高压直流的拓扑及基本运行原理。接着,从兼顾换相失败抵御效果和IGCT阀的关断应力角度,提出了适应IGCT阀的关断策略。在此基础上,研究了不同类型交流故障对故障电流峰值的影响,提出了利用故障扰动系数动态调整电流控制器参数的策略,实现故障电流抑制和故障期间直流功率的稳定输送。最后,通过实时数字仿真(RTDS)验证了所提策略的正确性和有效性。

混合多馈入直流输电系统中LCC分层接入方式下后续换相失败抑制策略

随着直流输电的发展,LCC-HVDC与VSC-HVDC将不可避免的馈入同一区域电网,我国部分地区已经形成了混合多馈入直流输电系统,而受端LCC分层接入方式能够提高混合多馈入直流输电系统的电压支撑能力。受端分层接入方式下特高压直流输电工程在本层阀组发生换相失败时,由于层间耦合关系,可能引发非故障层阀组同时发生换相失败。提出基于MMC快速无功支援与LCC非故障层超前触发角补偿的协调控制策略,根据不同交流电压跌落程度,考虑受端MMC四象限运行能力向受端LCC非故障层提供无功支援,需要的无功支援量在MMC四象限运行范围内时,仅由MMC进行无功支援,利用公共耦合母线的电压跌落值确定MMC无功支援指令值。需要的无功支援量超过MMC四象限运行范围内时,MMC无功支援指令值为四象限运行有功临界值时的无功最大值,同时启动LCC非故障层的超前触发角补偿控制。大量仿真测试表明所提协调控制策略对高低端逆变器同时发生换相失败的抑制效果明显。

一种抑制后续换相失败的电流偏差控制参数整定方法

电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter-based high voltage direct current,LCC-HVDC)系统若发生后续换相失败,将严重影响交直流混联电网的安全稳定运行。文中首先针对LCC-HVDC系统故障恢复过程中电流偏差控制作用阶段易再次发生换相失败的问题,对电流偏差控制参数与换相失败之间的关系进行理论分析,发现此阶段系统若不发生换相失败,逆变侧LCC直流电压和交流换相电压须满足一定的约束关系,且该约束关系受电流偏差控制参数的直接影响。然后,基于理论分析结果,提出一种电流偏差控制参数整定方法,可改善系统故障恢复过程中对直流电压恢复速度和程度的控制要求,使系统更易满足直流电压与交流换相电压稳定运行约束关系,以降低后续换相失败概率。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真平台CIGRE标准测试模型验证了理论分析的正确性以及参数整定方法的有效性。

换相失败下直流控制参数对送端暂态电压影响机理分析

换相失败期间高压直流输电系统无功特性与控制参数密切相关,对送端系统暂态电压影响显著。首先阐述了换相失败期间送端暂态电压的形成机理,并指出故障期间暂态电压、直流无功特性与直流电流间的关系,进而提出一种建立直流电流方程来间接描述送端暂态电压的分析方法;然后,在此基础上,根据直流电流特性分阶段建立直流电流理论分析模型,通过分析控制参数对直流电流作用规律,进而揭示各控制参数对暂态电压的影响机理。最后基于PSCAD/EMTDC仿真平台对所得结论进行验证。

换相失败场景下构网型风机对送端暂态过电压影响因素分析及抑制策略研究

随着构网型直驱风机(GFM-PMSG)在风场中的逐步应用,混合型风场通过电网换相高压直流输电(LCC-HVDC)产生的换相失败问题,使得系统暂态稳定性面临严峻挑战。首先分析了暂态过电压发生机理,并研究了GFM-PMSG控制参数、电网强度对过电压的影响;然后提出了一种协同控制策略,通过优化GFM-PMSG与跟网型直驱风机(GFL-PMSG)在故障穿越期间的无功电流指令及其切换阀值,有效抑制了暂态峰值过电压,最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建混合风场经直流外送仿真模型,验证了该策略的有效性。

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。

基于直流电流瞬时微分的特高压直流分层接入系统非故障层换相失败预防控制策略

在特高压直流分层接入系统中,由于层间耦合作用,某一层交流系统发生故障可能导致非故障层换流器发生换相失败。为此,考虑到故障过程直流电流的变化,提出一种基于直流电流瞬时微分的换相失败预防控制策略。该策略基于故障后直流电流的变化特性,得到换相电流时间面积控制中触发角修正量,代替原有换相失败预防控制,提高非故障层换相失败预防控制的启动精度;同时基于电流预测量和等效直流输入电阻动态调整低压限流控制器的指令值,提高其响应速度。在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型对不同工况下所提控制策略进行验证。结果表明,该策略可降低高低端换流器同时发生换相失败的风险,改善故障后系统的运行性能。

换相失败后提升送端暂态功角稳定性的实时控制方法

直流换相失败引起的功率瞬降易增加送端交流系统的功角失稳风险,但当前研究尚缺少应对多直流换相失败的暂态功角稳定实时控制方法。针对这一问题,该文首先分析了换相失败功率冲击下送端系统发电机相对动能和转速的变化规律,指出送端系统的相对动能变化可仅由等值发电机的相对转速表征,不依赖于直流系统功率跌落和恢复的曲线态势;然后根据直流功率恢复至稳态时等值发电机的相对转速计算转子运动剩余加速面积,进而得到维持送端系统暂态功角稳定性所需的减速面积及相应的切机量;最后根据切机量计算结果制定了实时切机控制策略,并基于简单系统和实际电网进行了仿真分析和验证。仿真结果表明,所提方法能够较准确地计算维持送端系统暂态功角稳定性所需的切机量,有效减小换相失败后送端系统的暂态功角失稳风险。

HVDC送端系统振荡引发受端换相失败的机理分析

高压直流输电系统送、受端存在电气耦合及两端的控制配合,因此,送端振荡可通过系统控制逻辑、电气量及控制量变化等影响受端系统的运行状态,增加了受端换相失败的风险。现有工作主要研究了送端大扰动引发受端换相失败的现象与机理,通过对标准直流系统进行小信号分析,发现直流系统中存在低频频段的固有振荡频率,一旦交流系统发生相近频段的振荡,将可能诱发直流系统共振。在此基础上,首先分析共振引起系统电气量以及控制量的波动对换相失败的影响,通过HVDC的准稳态方程分析共振后直流电流上升导致关断角下降,进而引发首次换相失败的机理;然后从两端的控制系统出发,研究逆变侧控制切换引发后续换相失败的机理;最后对CIGRE直流输电标准测试系统进行验证,并结合换相失败发生机理对换相失败的抑制策略进行了初步讨论。

输电线路相间故障引发直流双极换相失败分析

对一起220 kV交流线路相间故障引发直流双极换相失败的原因开展了分析,分析结果表明,220 kV线路AB相故障后,直流换流站500 kV交流母线电压遭受扰动,主要表现为故障相电压幅值跌落、换相电压过零点偏移,二者叠加引发了直流换相失败。并且,作为实际工程中预防换相失败的主要手段,换相失败预测控制在所提事件中未能及时识别故障,对于第一次换相失败并未起到预防作用。此外,换相失败受故障时刻等偶然因素与控制响应的复杂交互影响,所提事件中,正常的换相过程后紧跟换相失败,无过渡换相过程可供控制参考调节,情况较为不利。最后,结合所提事故案例,针对换相失败分析与抑制提出了相关建议。

抑制高压直流系统后续换相失败的定关断角控制改进方法

定关断角控制是高压直流输电系统抑制换相失败的主要控制策略之一,但当前针对其实测型和预测型控制的研究仍未能有效解决其响应速度与控制精度不足的问题,因此提出了抑制后续换相失败的关断角控制改进方法。首先,基于对直流系统换相过程及影响因素的分析,提出了考虑电压谐波的关断角预测方法。然后,将后续换相过程的关断角预测值引入直流系统的原有控制逻辑,从而改进定关断角控制策略。最后,基于PSCAD/EMTDC对改进后的控制方法进行了仿真分析和验证。仿真结果验证了该方法能有效地抑制直流系统的后续换相失败,提升了定关断角控制的响应速度和控制精度。

基于故障安全域的混合级联直流输电系统后续换相失败抑制策略

混合级联直流输电系统兼顾了电网换相换流器(LCC)和模块化多电平换流器(MMC)的优势,具有良好的工程应用前景,但系统逆变侧LCC与MMC间复杂的交直流耦合特性增加了后续换相失败的抑制难度。为此,该文提出了一种应对混合级联系统后续换相失败的协调控制策略。首先,分析了控制器交互期间电气量波动和LCC无功需求对系统恢复产生的不利影响,并在考虑控制器作用和MMC动态无功支撑的基础上建立了多电气量耦合作用下的故障安全域;其次,通过对混合级联系统和基于电网换相换流器的高压直流输电故障安全域对比分析,提出了一种基于MMC和低压限流环节(VDCOL)的协调控制策略,以实现系统后续换相失败抑制和功率快速平稳恢复相协调;最后,基于PSCAD/EMTDC分别在不同严重程度交流故障、不同短路比和不同故障持续时间下进行仿真对比分析,验证了所提协调控制策略的有效性。

一种多地DFIG联动控制的多馈入受端系统连续换相失败抑制策略

我国沿海负荷中心呈现直流多馈入的结构特征,海上风电的大规模开发使得系统在非正常工况下容易诱发次同步振荡,电压的快速波动可能会造成连续换相。针对该现象进行机理分析,通过优化双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)的控制方法,有效抑制了次同步振荡。同时,针对不同区域风电场调节能力差异,通过关联各直流落点的多馈入交互作用因子(multi-infeed interaction factor,MIIF),充分调动不同区域风电场的补偿能力抬升系统电压。该方法有效地抑制直流多馈入系统的异地连续换相失败。最后,通过PSCAD仿真对比验证所提策略的有效性。

基于实际触发角响应的连续换相失败抑制方法

针对逆变侧交流故障下高压直流(line commutated converter-high voltage direct current,LCC-HVDC)输电系统易引发连续换相失败问题,该文分阶段分析了连续换相失败的产生机理。明确了当产生触发角偏差后,直流电流调节效果与实际触发角不匹配是连续换相失败的重要诱因。同时不对称故障后,负序分量通过极控、阀控两级控制系统对实际触发角造成的影响,增加连续换相失败的风险。因此提出了一种基于实际触发角响应的连续换相失败抑制方法,通过实际触发角修正整流侧电流指令值。与此同时,该方法通过陷波器降低负序电流对极控层触发角指令值的影响,通过相序解耦控制器和换相电压相位补偿降低负序电压对阀控层触发角实际值的影响。该方法能实现动态、自适应的电流指令值调整,提升恢复过程中直流电流与实际触发角的匹配度,提升直流系统抵御连续换相失败能力。在CIGRE标准测试模型和实际工程模型中,验证了理论分析的正确性和优化方法的有效性。

计及电网侧储能交互作用的MIDC后续换相失败机理分析及抑制策略

利用电网侧储能的无功支撑能力有望改善多馈入直流输电(multi-infeed high voltage direct current,MIDC)的电压暂态特性,但是电网侧储能接入后,电力电子装备之间的相互作用会影响MIDC控制特性。在计及电网侧储能与MIDC交互作用基础上,分析了故障持续阶段与故障清除阶段的MIDC后续换相失败机理。研究表明,在故障持续阶段,由于电网侧储能的交互作用,定电流控制切换为定关断角控制时直流电流更大,并且电流偏差控制输出减少使越前触发角下降,造成换相供给面积不足的影响更大;在故障清除阶段,计及直流电流振荡影响,越前触发角下降及大幅波动会导致换相供给面积不足;在MIDC系统处于功率恢复过程中,若电网侧储能无功功率指令置为0,将增大后续换相失败风险。然后,针对电网侧储能以及MIDC控制策略进行改进,提出了计及电网侧储能交互作用的MIDC后续换相失败抑制策略。最后,在多种故障类型下仿真验证了所提控制策略有效性。

送端交流系统故障引发逆变侧换相失败机理分析及抑制策略

针对送端交流系统故障恢复期间引发逆变侧换相失败的问题,首先,基于交直流系统无功功率交互作用机理及关断角表达式深入剖析了逆变侧的运行特性,阐明了不同故障严重程度下直流电流上升速度与幅值变化规律,得出直流电流在轻微故障下过大的幅值及严重故障下过快的上升速度是导致换相失败的主要原因。其次,定量计算了不同故障严重程度下的整流器无功消耗量指令值,建立了整流器无功消耗量与直流电流、直流电压的数学关系,据此提出一种基于整流器无功功率控制的换相失败抑制策略。最后,基于PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了理论分析的准确性以及所提抑制策略的有效性。

特高压直流分层接入方式下抑制连续换相失败的直流电流控制策略

特高压直流分层接入系统逆变侧交直流间均存在耦合,单一换流站发生连续换相失败容易导致电网发生连锁故障。针对这一问题,从层间交互作用机理出发,深入分析了高低端换流器控制响应差异以及其动态无功特性。分析表明:故障恢复阶段的无功交互量增加会导致非故障层换流母线电压的跌落,并直接引起该层换流器关断角的减小,从而引发连续换相失败。在此基础上,提出一种抑制连续换相失败的直流电流控制策略。该策略综合考虑无功交换量与换流母线电压的波动特征,通过系统实际运行状态实时计算直流电流指令来实现对高低端换流器的连续换相失败抑制。最后,建立了分层接入系统电磁暂态模型,通过多工况对比验证了策略的有效性。所提策略能够降低分层接入系统发生连续换相失败的概率,同时改善两层交流系统电压恢复特性,有利于系统安全稳定运行。

一种抑制连续换相失败的定关断角加速控制方法

针对逆变侧交流故障引发高压直流输电系统连续换相失败问题,通过分析首次换相失败恢复过程中的电气量和控制量变化规律,明确了恢复过程中定电流、定关断角、电流偏差控制器之间配合不当是引发连续换相失败的重要原因。同时,在不对称故障后,由交流负序电流引起的直流2次谐波电流会导致控制切换点滞后,增加连续换相失败的风险。基于此,提出了一种能增强控制器配合效果的定关断角加速控制方法。该方法能根据换相恢复过程自适应投切,利用关断角偏差动态调整关断角控制指令值,提前实现控制切换,降低切换后不当控制影响。同时,通过陷波器降低谐波电流从而减弱触发角波动对控制器切换的不利影响。该方法能提升控制器间配合效果,提升直流系统抵御连续换相失败能力。在CIGRE标准测试模型中,验证了理论分析的正确性和优化方法的有效性。