基于频率相关网络等值的电磁–机电暂态解耦混合仿真

机电暂态稳定分析程序和电磁暂态程序均不能单独用于大规模交直流系统的仿真研究。开发一套基于频率相关网络等值的电磁–机电暂态解耦混合仿真系统。首先,介绍该系统的功能框架和软件模块构成。其次,给出电磁暂态侧和机电暂态侧等值电路的求取方法。然后,讨论传统诺顿等值电路与频率相关网络等值的区别,并介绍系统仿真交互时序与仿真流程。最后,采用一个纯交流系统和一个交直流混合系统的算例检验基于频率相关网络等值的混合仿真系统的仿真精度。

电磁–机电暂态混合仿真中机电侧故障的仿真方法

基于频率相关网络等值(frequency dependent networkequivalent,FDNE)的电磁–机电暂态解耦混合仿真系统一般不能处理机电暂态侧网络的故障。首先提出一种伴随仿真方法来初始化多个FDNE的状态,以实现FDNE的平稳切换。另外,通过大量仿真研究提出一种临界电气距离指标,用于快速鉴别机电暂态侧故障时是否需要在仿真中修改FDNE。最后,提出一种基于上述临界电气距离指标的FDNE切换策略以减小总体计算量。仿真结果表明基于临界电气距离指标的FDNE切换策略能够保证混合仿真的精度和效率。

计及LCC-HVDC交直流系统静态电压稳定的综合短路比强度指标

针对过往电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCCHVDC)交直流系统的强度指标缺乏严密理论基础的问题,该文研究计及LCC-HVDC交直流系统静态电压稳定的强度指标定义方法。首先,定量分析单馈入LCC-HVDC系统不同控制方式对交直流系统静态电压稳定的影响。其次,提出一种能够衡量交直流系统电压稳定裕度的综合短路比(integrated short circuit ratio,ISCR)强度指标。该指标考虑了交直流系统的实际潮流信息,能够同时应用于交直流系统的规划、设计和运行阶段;兼顾了LCC-HVDC系统的直流功率–电压动态特性,能够研究控制方式差异性对其影响;同时,基于静态电压稳定极限定义的临界综合短路比(critical integrated short circuit ratio,CISCR)指标取值恒为1,因而能够刻画互联交流电网对直流系统的临界电压支撑强度。最后,考虑额定运行工况和负荷动态变化过程的算例分析结果,及不同强度指标的对比分析,均表明了采用ISCR和CISCR指标的有效性。

MMC-HVDC内部谐波模态识别及其稳定性分析

基于"动态相量"的思想建立对不同环流抑制策略下的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)小信号模型,并通过与时域仿真的对比验证所建小信号模型的精确性。然后对小信号模型进行模态分析,通过计算参与因子将MMC-HVDC系统的模态分为"外部模态"和"内部谐波模态",并表明采用简化MMC端模型无法对内部谐波模态进行分析。另外,对MMC内部谐波模态及其影响因素进行重点详细的分析,分析表明,MMC的内部谐波模态通常呈弱阻尼特性,在系统稳定性分析中不能忽略,换流器的环流抑制策略、等效桥臂电阻、外部主控制器增益等都对内部谐波模态具有较大影响,并揭示MMC的"内部谐波不稳定"现象。最后揭示各因素对MMC内部谐波模态稳定性的影响规律,对工程参数设计和调试具有现实的指导意义。

MMC平均值模型在直流电网中的适用性分析

为了弥补原有AVM在仿真直流故障及换流器闭锁等方面精度不足的问题,研究了模块化多电平换流器(MMC)的平均值模型(AVM),在电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)电网中的适用性.本文从MMC换流器拓扑的角度出发,提出了改进的AVM,采用MMC的电磁暂态(EMT)详细模型搭建的4端MMC型直流网络为基准,对比发现AVM有效的前提是MMC精确模型中的电容值足够大,以使得MMC中每个子模块(SM)的电容电压近似恒定.仿真证明:本文所提改进平均值模型能够精确仿真直流故障时换流器闭锁等工况,对MMC建模有着重要的工程指导意义.

模块化多电平换流器戴维南等效整体建模方法

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在电平数很高时电磁暂态离线仿真效率低下的问题,提出一种基于戴维南等效的MMC电磁暂态整体建模方法。具体而言,在建立MMC戴维南等效模型的过程中:1)假设MMC中全部开关器件都具备理想的关断特性(也即关断电阻无穷大);2)采用同样绝对稳定的后退欧拉法来替代通常采用的梯形积分法对子模块电容进行离散化;3)结合1)和2),提出一种计算复杂度与MMC桥臂子模块数相同的高效排序均压算法;4)针对所提出模型的特点,提出一种精确的MMC闭锁仿真方法。所提MMC整体模型的计算复杂度随着电平数的增加线性增长。在PSCAD/EMTDC下与MMC详细模型仿真对比表明,所提MMC整体模型的暂稳态最大精度误差在2‰以内,并且在仿真121电平MMC时所提模型的加速比在2 770倍以上。

考虑内部动态特性的模块化多电平换流器小信号模型

小信号模型是系统稳定性分析和进行参数设计的重要方法。目前对于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的小信号建模,通常忽略子模块电容电压波动、内部环流、环流抑制控制器等内部动态行为,从而简化状态空间模型的建立,但却对系统特征根和稳定性分析造成一定误差。文中考虑换流器的内部动态特性,建立了详细的MMC阀的小信号模型,所建立的小信号模型提供与外部控制器和交、直流系统方便的接口,具有较强的通用性。通过与电磁暂态仿真模型的动态响应对比,验证了所提出模型的准确性。同时,建立了简化的端模型的状态空间方程,并将简化模型和MMC详细模型的小信号分析结果进行对比,结果表明,应用简化的端模型评估系统动态特性存在一定误差,且对部分系统不稳定现象无法预估判断,从而验证了建立MMC详细小信号模型的必要性。

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。

用于低频振荡抑制的MMC的能量补偿控制

传统的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的控制系统包括功率、电压控制等上层控制和控制环流的下层控制。直流系统可配合功率振荡抑制(power oscillation damping,POD)控制器为交流系统提供阻尼,但直流功率会根据POD控制器的输出而振荡。MMC桥臂电容器的能量可以用来平衡交流系统功率变化,从而保证直流功率的稳定。MMC的能量控制,可以控制环流电流的直流分量,从而灵活控制MMC桥臂电容器的能量。基于能量控制,该文设计一种能量补偿控制,数学分析MMC电容器上可利用的能量,并在PSCAD/EMTDC仿真平台上模拟MMC-HVDC为2机交流系统提供阻尼,可以验证能量补偿控制可以暂态解耦直流系统两端功率传输,从而将能量补偿控制用来解决嵌入式直流的3机系统使用传统POD控制方式时会导致振荡加剧的问题,证明采用能量补偿控制的必要性。