大容量STATCOM与弱受端直流VDCOL协调控制策略优化研究

由于弱交流系统电压对无功功率变化极为敏感,换流站内静止同步无功补偿器(static synchronous compensatory,STATCOM)与直流的控制若协调不当,故障后直流功率过快恢复会引起换流站的无功功率失衡、电压畸变、连续换相失败等严重问题,对直流稳定运行产生较大影响。分析了落点弱交流系统故障后直流的恢复问题,提出了一种STATCOM与直流系统的电压指令限制单元(voltage dependent current limiting,VDCOL)综合优化的方法,搭建了STATCOM与直流联合运行的RTDS仿真模型并开展仿真与现场实验验证。结果表明所提出的优化方法可限制故障后直流电流超调,减少无功功率消耗。同时直流恢复时间适当延长以及STATCOM的有效配合有利于交流电压恢复和减少后续换相失败风险,对提高弱受端交流系统中直流稳定运行的效果明显。

提升电网暂态电压稳定特性的直流自适应VDCOL切换策略

为解决广东目标网架建设期间深圳电网电压稳定问题,提升严重交流故障情况下深圳电网稳定性,开展了广东背靠背柔性直流工程投产后深圳电网电压稳定问题机理分析,提出了自适应切换低压限流功能(voltage dependent cur⁃rent order limiter,VDCOL)策略并应用于新东直流和兴安直流,最后通过RTDS仿真验证该策略的有效性。深圳电网电压稳定问题是由电网动态无功功率支撑能力不足和交流故障后直流系统消耗无功需求快速增大导致。VDCOL在逆变侧严重交流故障情况下能够正确切换优化参数,对新东直流功率恢复特性影响较大,但其功率恢复特性延慢不会造成云南电网频率越限。新东直流和兴安直流实施自适应切换VDCOL策略后,深圳电网发生严重交流故障的情况下均不存在电压稳定问题,充分验证了所提策略的有效性。

一种直流系统变斜率VDCOL控制策略优化方法

在不追加额外的硬件设备投资的前提下,提升直流输电系统的抑制连续换相失败的能力具有重要意义;为此,首先阐述了基于电网换相的直流输电系统换流器换相机理,分析了低压限流启动(VDCOL,voltage dependent current order limiter)的控制方法,并根据实时测量的换流母线电压VDCOL的启动电压替代常规的直流电压测量,得到系统故障期间变化缓慢的启动电压;其次基于正常换相机理分析,改变常规VDCOL直流电压与直流电流之间的线性静态恢复关系,将VDCOL常规控制模型替换为变斜率数学模型,再将计算得到的VDCOL启动电压与变斜率VDCOL相结合;最后基于CIGRE HVDC(Conference International des Grands Reseaux Electriques,High-Voltage Direct Current Transmissions)标准测试模型验证了本文提出的控制策略在抑制连续换相失败方面具有明显的有效性与优越性。

基于VDCOL参数优化的直流传输系统换相失败抑制策略

高压直流(high-voltage direct current,HVDC)传输系统受端近区交流电网故障可引起直流连续换相失败,甚至导致直流闭锁或电压崩溃事故,引起大面积停电风险。为实现动态调节直流首次换相失败恢复过程中的直流电流指令,以达到抑制直流连续换相失败的目的,提出基于电压限流参数优化的直流传输系统换相失败抑制策略。在分析引起直流连续换相失败影响因素及逆变侧换流站与外部电网无功交互特性的基础上,以低压限流环节作为研究对象,采用粒子群算法对低压限流控制环节进行多分段拐点参数优化,克服常规低压限流环节单一线性的缺陷,实现在受端交流系统发生故障时逆变侧换流站的动态无功需求调整,进而抑制直流连续换相失败。最后通过仿真对比证明所提方法的有效性。

基于模糊控制的变斜率VDCOL控制器设计

高压直流输电系统发生换相失败时,可能引起系统后续的换相失败。为抑制后续换相失败的发生并加快系统的恢复速度,提出一种基于模糊控制理论的变斜率低压限流控制器(voltage dependent current order limiter,VDCOL)设计方案。该VDCOL控制器将常规VDCOL线性关系的静态恢复特性改变为变斜率的静态恢复特性,并且采用模糊控制理论构建了模糊VDCOL,将电压水平及其变化率作为输入量,经过模糊化、模糊推理运算、去模糊化得到输出指令,对电流进行有效的动态调节。在PSCAD软件中搭建两端直流输电系统模型,并与Matlab软件互联进行了仿真。仿真结果验证了该模糊VDCOL控制器在抑制系统后续换相失败及加快系统恢复速度方面的有效性。

改变获取补偿电压方法的精确变斜率VDCOL设计

通过对超高压直流输电模型研究,发现低压限流控制器(voltage dependent current order limiter,VDCOL)的静态恢复关系和获取补偿电压的方法对连续换相失败有较大的影响,改变VDCOL所采用数学模型的斜率和获取补偿电压方法有利于减少连续换相失败次数。为降低直流输电系统发生连续换相失败的可能性,提出了基于虚拟电阻电流限制控制方法的精确变斜率低压限流控制器的设计方案。使用PSCAD中的CIGRE标准测试模型进行相关仿真,最后通过对相关数据的分析,验证了所提出的控制方法在单相和三相接地故障中对抑制连续换相失败的有效性。

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。

附加虚拟电容的动态非线性VDCOL控制器设计

为有效抑制高压直流输电系统在不同故障程度下的连续换相失败,提出附加虚拟电容动态非线性低压限流低控制器(The Voltage Dependent Current Order Limiter,VDCOL)设计方案。首先,针对高压直流输电系统中常规VDCOL因直流电流指令调节不灵敏导致不能有效抑制重度故障程度下连续换相失败的问题,设计动态非线性VDCOL控制器,将常规VDCOL电压电流的线性关系设计成非线性,克服了指令电流不能灵活调节的缺点。同时考虑到换相失败发生前后电压可变,引入故障系数对电压进行了修改。其次,为提高动态非线性VDCOL控制器对轻度和中度故障的反应灵敏度,在动态非线性VDCOL的输入电压端设计附加虚拟电容模块,抑制故障发生时输入电压下跌。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真对比分析,结果表明所提方案在不同故障程度下能有效抑制连续换相失败,缩短故障恢复时间。

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。

基于改进VDCOL的多馈入直流系统连续换相失败抑制及协调恢复

为提高特高压直流多馈入系统连续换相失败抑制及恢复能力,分析了直流控制系统模块中低压限流环节(Voltage Dependent Current Order Limiter,VDCOL)的交流电压和直流电压这两种输入方式对于不同系统故障的控制效果。针对两种不同输入方式的VDCOL各自的优势,提出了一种改进的VDCOL模块。该模块通过设计合理的输入信号转换控制策略可有效抑制多馈入直流系统连续换相失败并提升其协调恢复速度。以某实际电网的特高压直流多馈入系统为例进行仿真研究,基于PSCAD/EMTDC仿真结果表明,所提方法可有效减少逆变阀组的连续换相失败次数、缩短系统故障恢复时间。

一种抑制连续换相失败的非线性VDCOL控制策略

换相失败是高压直流输电系统(High Voltage Direct Current, HVDC)中常见的故障之一。为了降低连续换相失败发生的概率,提出了一种基于非线性动态VDCOL低压限流控制器(VoltageDependentCurrentOrderLimiter,VDCOL)设计方案。针对常规VDCOL直流电流调节指令灵敏度较低的特点,所设计的非线性动态VDCOL控制策略将系统故障严重程度同时考虑在内,根据电压大小动态调节VDCOL控制器的控制曲线,提高直流电流指令在系统故障期间的响应速度,达到尽快限制直流电流来降低发生连续换相失败概率的目的。在PSCAD/EMTDC仿真环境中,使用国际大电网会议(International Council on Large Electric Systems, CIGRE)标准模型对所提控制方法进行验证。仿真表明,所提非线性动态VDCOL控制器在短路故障时可以抑制连续换相失败,并且有利于快速恢复系统的直流电压和传输功率,保证输电系统正常运行。

联于不同强度交流电力系统的VDCOL参数优化

研究最优VDCOL控制参数随交流电力系统强度变化的规律,分析电网的电气连接强度和直流接入方式对交流系统短路容量的影响,从系统稳定性角度解释最优VDCOL变化规律的本质.结果表明,受端电网电气长度和直流系统接入阻抗对系统短路容量影响较明显;随着系统短路比(SCR)和有效短路比(ESCR)的下降,针对换流站附近故障,系统稳定性的主要矛盾由功角稳定问题向电压稳定问题转变,最优VDCOL控制参数曲线呈右移趋势.并针对系统不同运行状态,验证该规律具有一定的普遍性.对规划HVDC接入不同交流电力系统时整定VD-COL参数具有一定指导意义.

有利于多馈入系统恢复的自适应变结构VDCOL控制

针对多馈入直流系统故障后难以快速恢复的问题,提出了一种基于模糊理论,并融合多馈入直流特性的自适应变结构VDCOL控制策略。该控制方法将模糊控制的非线性特性与VDCOL控制机理有效结合,同时将多条直流自身的强度和相互作用考虑在内,根据电压大小及其恢复水平对直流电流进行动态控制,协调系统的电压和功率恢复。仿真结果表明:该控制方法能够有效控制恢复期间的无功需求,抑制后续换相失败发生,加快系统的恢复,保证系统的安全稳定运行。

基于Simplex算法的高压直流输电分段变速率VDCOL研究

为了改善高压直流系统的故障后的恢复性能,在研究低压限流单元(voltage dependent current order limiter,VDCOL)对直流系统无功功率消耗和电压稳定性影响的基础上,提出了一种分段变速率低压限流单元(piecewise-variable-rate VDCOL,PVR-VDCOL)的控制方法,该方法通过将电压下降或恢复过程划分为几个不同的阶段,并在每个阶段根据电压水平的不同而设置不同的功率恢复速率。推导了控制器初值的计算公式,制定了利用Simplex算法优化控制器参数的流程,并重点分析了分段数目对控制器性能的影响及其确定方法。在PSCAD/EMTDC中对提出的PVR-VDCOL和传统线性VDCOL的控制效果进行了对比仿真,并对不同分段数目下的仿真结果进行了对比分析,仿真结果表明提出的PVR-VDCOL能够有效改善直流系统的恢复性能。

抑制换相失败的变斜率VDCOL控制策略

在高压直流输电系统控制环节中,低压限流控制器的静态恢复特性和获取补偿电压的方法会导致连续换相失败。为减小连续换相失败发生的概率,本文在引入直流电流变化率改变低压限流控制器获取补偿电压的基础上,通过改变低压限流控制器的数学模型,提出了基于直流电流变化率控制的变斜率低压限流控制器控制策略。最后使用电磁暂态仿真软件中的国际大电网会议高压直流标准模型进行仿真,仿真结果表明,本文提出的控制策略在发生接地故障时能有效地抑制连续换相失败,从而优化了故障恢复特性。

一种基于改进VDCOL的HVDC连续换相失败抑制措施

当逆变侧交流系统发生故障时,直流输电系统极易发生换相失败。首先对换相失败的机理进行剖析,为抑制换相失败提供理论基础;然后提出一种基于改进VDCOL的直流连续换相失败抑制策略。所提策略采用交流电压作为VDCOL的输入,并采用椭圆函数替代VDCOL原有的直线函数;最后以CIGRE标准测试系统为算例,对所提策略进行仿真验证,结果表明所提策略能更好抑制连续换相失败,并改善系统的恢复特性。

基于改进VDCOL的直流系统后续换相失败抑制策略

针对高压直流系统首次换相失败后在故障恢复期间的后续换相失败问题,以直流系统控制环节的动作逻辑为依据,将恢复过程划分为首次换相失败阶段(阶段1)、系统开始恢复阶段(阶段2)和电流偏差控制阶段(阶段3)。分析发现,阶段3期间直流电流恢复量过大会引发后续换相失败,为此提出了一种低压限流控制(VDCOL)改进策略,利用瞬时电压实时检测换流母线线电压幅值,根据故障后换流母线线电压大小动态调整VDCOL的最小电流指令值,减小电流偏差控制期间的直流电流恢复量,达到抑制后续换相失败的目的。最后,基于CIGRE标准模型的仿真测试结果验证了该策略在不同故障条件下抑制后续换相失败的有效性。

改善多直流馈入系统稳定性的VDCOL参数优化

我国华东、华南等电网已形成多直流馈入受端电网格局,由于直流间强关联耦合作用,交流扰动将引发多直流同时换相失败、电压失稳等问题。该文首先分析了双馈入直流系统逆变站动态无功变化轨迹,揭示了通过优化低压限流环节(voltage dependent current order limiter,VDCOL)参数,实现降低总体无功功率需求的机理。根据换流母线抗扰动能力强弱对直流恢复特性的影响,提出了基于多馈入短路比(multi-infeed short circuit ratio,MSCR)的VDCOL参数优化方案,华东多直流馈入系统仿真结果表明,所提出的VDCOL参数优化方案降低了逆变站总体无功功率需求,提高了受端电网电压稳定性。

改善直流系统恢复特性的VDCOL控制策略研究综述

低压限流控制能有效地改善直流系统故障后的恢复性能,其控制参数对系统的恢复特性具有明显影响。结合国内外对VDCOL的研究现状,对典型的VDCOL优化控制策略进行了分类和总结,阐述了各种优化控制策略的原理。介绍了多馈入直流协调恢复的影响因素,指出优化过程需要解决的两个基本问题,即各直流的VDCC)L的特性和延迟时间常数。对VDCOL控制需要关注的问题和研究方向进行了探讨。

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。