改善局部电网暂态电压稳定特性的LCC-HVDC控制策略优化

随着广东电网负荷中心柔性互联工程的实施,电网分区间的交流联系变弱,大容量常规高压直流馈入的局部电网动态无功支撑能力下降,在逆变站近区严重交流故障冲击下可能暂态电压失稳。结合穗东换流站近区的暂态电压稳定问题,提出了优化直流低压限流控制(voltage dependent current order limiter,VDCOL)参数并附加限制直流功率上升速率的优化控制策略,设计了基于逆变站交流母线电压特征的控制策略自适应切换逻辑,有效减少了直流恢复过程中的无功消耗,达到以最小的控制代价实现最优控制效果的目的;基于实际电网运行方式和直流控制保护系统,仿真验证了所设计方案能显著提升换流站近区的暂态电压稳定性,并在一定程度上可减少交流系统故障后的直流换相失败。相关技术方案已在多个直流工程投入实际应用。

基于修正开关函数的LCC-HVDC整流站直流侧阻抗建模

电网换相换流器高压直流输电凭借输送容量大、距离远等优势在国内得到广泛应用。换流站作为交直流系统连接枢纽,其精确建模具有十分重要的意义。该文提出一种将换流变压器等值漏感折算至直流侧后的开关函数修正模型,该模型从根本上计及换流站的换相过程,能够准确计算出稳态直流电压;同时基于该修正模型,建立了LCC-HVDC整流站的小信号直流侧低频阻抗模型。最后,在PSCAD/EMTDC中利用Cigre Benchmark模型,对提出的开关函数修正模型及建立的LCC整流站阻抗模型进行仿真验证,证明模型的正确性。

MMC-HVDC联网及孤岛运行状态转换策略

模块化多电平换流器型直流输电系统(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMCHVDC)和交流线路可为重要负荷双路供电,因此MMCHVDC需具备在联网运行状态和孤岛运行状态间稳定转换的能力。该文分析了MMC在联网状态和孤岛状态间相互转换的过程,并设计了一种基于本地电气量的MMC控制模式切换策略。之后,对MMC无源供电控制器进行改进,设计了一种无需切换控制模式的MMC下垂控制策略。最后,通过PSCAD仿真对上述2种转换策略进行验证和比较,结果表明2种策略均能使MMC在联网状态和孤岛状态间稳定转换。2种策略各有优缺点,实际应用中MMC需依据具体的控制目标选取合适的策略。

柔性直流输电舟洋换流站无源HVDC启动试验中典型故障分析

介绍了舟山多端柔性直流输电工程舟洋换流站无源HVDC启动时的两起典型故障,分别为无源HVDC方式下直流控制保护系统手动切换试验失败、模拟阀控系统故障冗余切换试验失败。对故障原因进行了深入分析,并提出了解决方案。解决方案经试验验证有效,可作为后续柔性直流输电工程控制保护系统设计的参考。

HVDC换流器等值谐波阻抗的计算方法

计算换流器的等值谐波阻抗并分析其频率特性是研究高压直流(high voltage direct current,HVDC)系统谐波不稳定的关键,而交流系统不对称故障有可能导致换流器等值谐波阻抗的变化。在同时考虑换流阀导通时刻偏移、三相换相角不相等和换相电流非线性特性的情况下,以换流器的改进开关函数模型为基础,提出适用于正常工况和故障情况下的换流器交、直流两侧等值谐波阻抗的计算方法。利用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件,基于国际大电网会议(conference international des grands reseaux,CIGRE)HVDC系统标准模型,对该方法进行仿真验证,结果表明其准确有效。

交流系统接地故障对HVDC的影响分析

以最常见的交流系统单相接地故障为例,详细分析了 HVDC换流器的动态过程,包括换流母线电压特性、锁相环输出特性和阀换相特性。提出改进的开关函数法以求解故障期间的直流电压,该方法将直流侧电压表示为3部分,分别对应交流侧正序电压、负序电压以及导通时间变化量。建立了直流侧谐波计算的等值电路,该电路中故障侧换流器以谐波电压源表示,其幅值由开关函数计算得到,对侧换流器计及了换相过程的影响并以换相电抗的平均值表示。算例以及与 PSCAD／EMTDC的结果对照表明对故障期间换流器的动态过程分析正确,直流电压和谐波计算准确。该文所提出的改进的开关函数法解决了开关函数法不能应用于换流器不对称运行的问题,并可用于交流系统单相接地故障及阀不对称运行时的谐波分析。该谐波计算方法可用于HVDC控制保护中谐波保护定值的整定计算与校核。

基于滤波规则的HVDC交流过电压快切滤波器控制策略

高压直流输电的换流器采用晶闸管作为开关器件,在传送有功功率的同时需要消耗大量的无功功率,因此需要配置无功补偿设备。如果换流器发生闭锁、紧急停运、功率回降或者连续换相失败,无功补偿设备不能及时切除,很容易产生交流过电压。传统的根据绝对最小滤波器和最小滤波器投切顺序表的交流过电压快切滤波器控制策略只能按顺序实现单组切除,严重故障时如果不迅速切除可能会引起直流闭锁。提出一种基于滤波规则的交流过电压快切滤波器控制策略,一次计算得到不同类型滤波器的切除数目,实现同时切除多组交流滤波器。仿真试验对两种控制策略进行了对比,仿真结果表明所提控制策略切除速度更快,抑制过电压效果更好。

3电平VSC-HVDC系统模型预测控制策略

为提高现有电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)输电系统运行性能,提出了一种3电平VSC-HVDC系统模型预测控制(model predictive control,MPC)方案。该方案采用遍历法预测所有开关状态对应的换流器未来系统状态,选择使目标函数最优的开关状态,并将该最优开关状态作用于实际换流器系统。为了减少开关损耗需要降低开关器件动作频率,为此在目标函数中引入降低开关频率目标项,在兼顾控制性能的同时有效地降低开关器件动作频率。与传统电压定向控制策略相比,所提控制策略具有动态响应迅速、处理多目标控制灵活且无需调制模块等优势,这些优势在基于Matlab/Simulink软件进行的仿真中也得以验证。

两电平VSC-HVDC系统直流侧接地方式选择

基于开关函数法对两电平电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)系统进行了建模,分析了正弦脉宽调制(SPWM)时VSC的谐波特性,指出零序的载波频率次谐波电压、电流是VSC交流侧的主要谐波分量,推导了该零序谐波电流经开关函数中的基波分量作用后将在直流侧形成载波频率次不平衡谐波电流。发现了直流侧不平衡谐波电流流通路径与直流侧的接地方式密切相关,只有VSC-HVDC系统两端直流侧都接地,直流侧不平衡谐波电流才能通过本端直流侧接地点和交流侧高通滤波器接地点流通而被限制在本地,否则该高频谐波电流将在输电线路上流通,从而引发一系列危害。在PSCAD/EMTDC下搭建VSC-HVDC系统进行了仿真分析,验证了以上结果,提出了两电平VSC-HVDC系统需要采用两端直流侧都接地的拓扑结构。

HVDC滤波换相换流器的阻抗频率特性

高压直流输电(HVDC)换流器的阻抗频率特性是分析和解决谐波不稳定的一个重要因素,滤波换相换流器(filter commutated converter,FCC)是一种具有阀侧谐波抑制兼无功功率补偿功能的换流器,文章简要论述了FCC的接线方案和工作机理,并基于开关函数法对计及换流器换相过程影响下的FCC交、直流等值阻抗计算式进行了理论推导。以直流输电开发平台为例,对传统电网换相换流器(line commutated converter,LCC)与FCC的阻抗频率特性计算结果进行对比,仿真结果表明换流器的阻抗频率特性对交流系统的谐振频率有着不可忽略的作用,FCC在一定程度上提高了交流系统强度,改善了系统稳定性,有效降低了系统谐振频率下的交流等值阻抗,从而更好避免直流输电系统谐波不稳定现象的发生。

基于VSC-HVDC的线路过电压抑制策略研究

在电力系统发生大停电事故后的恢复过程中,控制启动方案中的重要因素即充电空载长线路时的工频过电压与合闸空载长线路时的操作过电压,分析了电压源换流器直流输电(VSC-HVDC)技术用于联网的优势,及由空载长线路电容效应引起的工频过电压与合闸空载线路引起的操作过电压的形成机理;提出利用联网的VSC-HVDC抑制空载长线路工频过电压与操作过电压的概念以及相应的过电压控制策略与系统并建立了联网的VSC-HVDC启动空载线路的数学模型。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,VSC-HVDC能够有效抑制空载线路的工频过电压与操作过电压。

基于虚拟磁链的直接功率控制在VSC-HVDC中的应用

基于电压源换流器的高压直流输电系统(voltage sourced converter HVDC,VSC-HVDC)作为一种新型的直流输电技术,克服了传统直流输电系统中的换相失败、必须联结于有源网络等缺点,在新能源发电并网、孤岛供电、交联系统互联等应用场合具有广阔前景。研究了VSC-HVDC系统基于虚拟磁链定向直接功率的控制方法,根据推导的VSC电流矢量方程分析了空间电压矢量对有功功率、无功功率的作用机制,并由此改进了功率开关器件控制开关状态表的选择方案,仿真结果表明,新的开关状态表使得系统有功、无功功率调节更加平滑、快速,功率波动更小,从而提高了电力系统的稳定性。

HVDC换流器交流等值谐波阻抗研究

高压直流(HVDC)输电换流器交流等值谐波阻抗的计算对交直流系统谐波不稳定的研究和HVDC系统交流滤波器的设计具有重要意义。基于开关函数法,计及换流器直流侧谐波电流调制到交流侧产生的两种主导谐波电流的影响,同时考虑这些谐波经换流器的反复多次调制,提出了新的换流器交流等值谐波阻抗模型。通过分析换流器谐波对其交流等值谐波阻抗的影响,提出了基于时域仿真计算换流器交流等值谐波阻抗的方法并给出了具体的计算步骤,该方法消除了换流器自身是一个谐波源对仿真结果的影响。最后,以宜华直流工程为算例,将换流器交流等值谐波阻抗数学模型计算结果与时域仿真结果进行对比,表明新的换流器交流等值谐波阻抗模型较当前主流数学模型的准确性有较大改善并且在低频范围内有较高的准确度。

基于MPC的MMC-HVDC子模块均压控制策略

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)具有效率高、谐波小、模块化设计和易级联等优点,在高压大容量电能变换领域得到了广泛应用。为提高基于模块化多电平换流器的直流输电系统(MMC-HVDC)运行的动态响应速度,提出了一种基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)与改进的子模块均压控制策略相结合的方法,通过预测模型、反馈校正和滚动优化得到最优的电压控制量,克服了传统的内环电流控制器与外环控制器中PI参数整定困难和动态响应慢的问题。最后,在PSCAD-EMTDC软件平台搭建了21电平的MMC-HVDC系统仿真模型。仿真结果验证了控制策略的有效性和可行性。

设置新型双开关表的VSC-HVDC系统DPC控制器设计与仿真

利用VSC-HVDC系统直接功率控制(DPC)原理,针对传统的开关表对有功功率的控制偏弱,导致直流电压跟踪给定值能力差问题,设计新型双开关表,使用三电平滞环比较器,引入辅助电压。该控制器能够能够快速准确的控制系统的有功功率和无功补偿,使系统的直流电压传输尽可能的稳定,增强了对直流电压的控制性能,改善了VSC-HVDC系统的抗扰动性能。并且应用Matlab/Simulink仿真软件对设计的控制器进行仿真实验。

计及变压器铁芯饱和的LCC-HVDC输电系统谐波不稳定性评估与应用

基于端口理论构建了基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)输电系统的完整模型,综合考虑了直流两端换流器、平波电抗器、交直流滤波器以及换流变压器铁芯饱和的影响。利用该模型对不同的网络参数及运行工况进行谐波稳定性判别,并与PSCAD/EMTDC时域仿真平台上详细LCC-HVDC输电系统模型仿真结果对比,验证了所提模型的可行性与准确性。将所提模型应用于谐波不稳定性判别,不仅计算方法简单,而且能够较好地反映不同参数对谐波稳定性的影响,其对LCC-HVDC输电系统谐波不稳定影响因素分析可为LCC-HVDC输电系统的规划、运行提供参考。

HVDC换流站二次系统暂态电磁骚扰的测量与计算

实验测量了开关操作时在二次系统终端产生的电磁骚扰电压,并在此基础上提出了二次电缆骚扰电压的计算模型。计算结果与测量结果比较,验证了计算模型的有效性。对于二次系统末端的电磁骚扰抗扰度设计具有一定参考价值。

考虑谐波耦合特性的LCC-HVDC换流站小信号建模

谐波间的耦合作用关系着系统的动态稳定性能,为在对电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)系统数学建模时考虑该动态耦合过程,提出了基于12脉波换流器的开关函数理论与指数傅里叶级数相结合的LCC-HVDC小信号谐波状态空间(harmonic state space,HSS)建模方法。该建模方法不仅考虑了谐波的相互耦合作用,具有较高建模精度,同时也揭示了换流站处于不同运行模式下,交/直流侧谐波通过换流站传递到直/交流侧的动态耦合机理。最后,通过PSCAD电磁暂态仿真结果与小信号模型计算结果的对比,验证了文中提出的LCC-HVDC系统小信号HSS模型的有效性及内部谐波动态分析的正确性。该研究结果还为系统稳定性评估与参数优化奠定基础。

三电平VSC-HVDC系统谐波间谐波产生机理分析

为分析电压源型高压直流输电系统谐波、间谐波的传递行为和相互影响,本文针对三电平脉宽调制控制电压源型高压直流输电系统,结合开关函数的傅里叶分析,对三电平变流器交流侧和直流侧的谐波、间谐波产生机理进行了详细的理论分析和数学推导。基于Matlab/Simulink搭建了三电平脉宽调制控制电压源型高压直流输电系统模型,数字仿真结果验证了数学模型的正确性,为谐波、间谐波的测量和治理提供了理论依据。

基于VSC-HVDC稳态响应的解析求解方法研究

对基于电压源换流器的柔性直流输电系统的数学模型和仿真算法进行了研究,提出利用解析法求解电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)的动态响应解析解。首先,利用开关函数建立双端VSC-HVDC的详细动态模型,进一步借助于开关函数矩阵得到相应的状态矩阵方程,最后,对非齐次线性系统求解得到VSC-HVDC的稳态动态响应。通过与数值计算方法结果相比,验证了解析计算算法的有效性,得到双端VSC-HVDC稳态响应的解析解,精确性高,且该方法计算时间大大缩短,可以应用于电力系统混合仿真以及谐波分析。