Design and Analysis of the Main AC/DC Converter System for ITER

A design of the main AC/DC converter system for ITER is described and the configuration of the main AC/DC converters is presented. To reduce the reactive power absorbed from the converter units, the main AC/DC converters are designed to be series-connected and work in a sequential mode. The structure of the regulator of the converter system is described. A simulation model was built up for the PSCAD/EMTDC code, and the design was validated accordingly. Harmonic analysis and reactive power calculation of the converters units are presented. The results reveal the advantage of sequential control in reducing reactive power and harmonics.

Steady-state Voltage Security-constrained Optimal Frequency Control for Weak HVDC Sending-end AC Power Systems

Due to the fact that a high share of renewable energy sources(RESs)are connected to high-voltage direct current(HVDC)sending-end AC power systems,the voltage and frequency regulation capabilities of HVDC sending-end AC power systems have diminished.This has resulted in potential system operating problems such as overvoltage and overfrequency,which occur simultaneously when block faults exist in the HVDC link.In this study,a steady-state voltage security-constrained optimal frequency control method for weak HVDC sending-end AC power systems is proposed.The integrated virtual inertia control of RESs is employed for system frequency regulation.Additional dynamic reactive power compensation devices are utilized to control the voltage of all nodes meet voltage security constraints.Then,an optimization model that simultaneously considers the frequency and steady-state voltage security constraints for weak HVDC sending-end AC power systems is established.The optimal control scheme with the minimum total cost of generation tripping and additional dynamic reactive power compensation required is obtained through the optimization solution.Simulations are conducted on a modified IEEE 9-bus test system and practical Qing-Yu line commutated converter based HVDC(LCC-HVDC)sending-end AC power system to verify the effectiveness of the proposed method.

兼顾直流电压安全与无功支撑的柔性直流输电故障穿越控制

受端电网三相故障下柔性直流输电(VSC-HVDC)的直流电压骤升,可能引发过电压闭锁并威胁电网稳定。现有基于卸荷的VSC-HVDC故障穿越方法大多以直流电压为投切条件,未计及受端换流站交流母线电压和无功功率对直流电压安全的影响,可能因投切条件不合理或受端换流站无功功率过大引发卸荷非必要投入,对交直流系统造成额外冲击并增加能量损失。为此,该文建立了受端换流站功率可行域,以刻画受端电网故障下受端换流站的功率控制能力;分析发现了受端换流站功率可行域的缩减特征,进而提出避免直流电压越限的受端电网故障极限切除时间的概念和计算方法;通过解析引发直流电压越限的门槛电压,提出基于最大限度避免直流电压越限的协调控制点的VSC-HVDC故障穿越控制方法。算例表明,所提方法在受端强电网或VSCHVDC卸荷风险较高的场景中,能够兼顾VSC-HVDC的直流电压安全和对受端电网的无功功率支撑,在最大限度避免卸荷投入的同时,尽可能地为受端电网提供无功功率。

高压直流稳态工况无功调节能力

高压直流(high voltage direct current,HVDC)换流器具有一定的动态无功调节能力,充分利用换流站的无功调节能力,可显著改善HVDC系统的稳定性能。文中研究了HVDC系统稳态运行时的无功功率可调节能力,分析了有功功率和无功功率相互耦合的特性,以国际大电网(conference International des grands reseaux electriques,CIGRE)的HVDC标准测试模型和贵广Ⅱ直流输电工程模型为算例,对稳态工况的直流电流可运行范围进行了解析,进而求出整流、逆变两侧的无功功率可调节能力,并将其应用在无功控制中。研究发现,CIGRE的HVDC标准测试模型对于容性的无功功率和感性的无功功率调节能力相近,而贵广Ⅱ直流输电工程模型对感性无功的调节能力远大于对容性无功的调节能力。在电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC中验证了无功功率可调节能力的正确性和应用价值。

特高压换流站交流滤波电容器组不平衡保护故障研究

交流滤波器作为特高压直流输电工程关键组成部分,扮演着调节电压、提供无功补偿的角色,其安全稳定运行至关重要。针对某换流站交流滤波器组发生不平衡保护动作,通过介绍该站交流滤波器配置情况,结合故障电流的分布特点,对交流滤波器C1电容器不平衡异常进行了分析。为了提高现场运维人员处理故障效率,提出了一种故障电容器组定位方法,该方法可精确定位双H桥的1/6区域,解决了电容器组不平衡保护的故障定位难题,对特高压换流站可靠运行具有实际参考价值。

抑制风电场经LCC-HVDC并网系统交流过电压的无功功率分散协同控制方法

针对风电场经基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)并网系统换相失败导致的送端交流过电压问题,提出了无功功率分散协同控制方法。首先,研究了换相失败期间送端交流系统公共连接点(PCC)处电压和盈余无功功率特性。然后,从PCC处电压和无功特性出发,基于无功-电压耦合关系及交流侧潮流方程,分别确定了基于本地功率电压特征的LCC整流站触发角及风电场站无功功率参考值,通过分散控制LCC和风电场实现协同抑制PCC处过电压的目的。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了风电场经LCC-HVDC并网系统模型并进行了仿真研究,结果表明所提出的分散协同控制方法可以有效抑制换相失败后恢复期间的交流过电压水平。

无功补偿自动投切装置——一个AC—AC变换器教学实例

应用性实例对学生学习电力电子技术越来越重要。介绍一个AC—AC变换器的应用实例——无功补偿自动投切装置,阐述了无功补偿的基本原理,详细介绍了该无功装置组成,主要包括投切开关、负载电容器、控制器、供电电源等,最后归纳出该装置的特点,从而使学生能加深对AC—AC变换器的理解。

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。

海上风电经24脉动二极管整流器送出系统的交流滤波器优化配置

整流站采用二极管整流器能够提升远距离大容量海上风电直流送出系统的经济性和可靠性。提出了基于24脉动二极管整流器的海上风电并网系统中交流滤波器的优化配置方法。首先,明确了基于24脉动二极管整流器的海上风电送出系统结构,阐述了24脉动二极管整流器的基本原理。然后,计算了24脉动二极管整流器的无功功率需求,对于24脉动二极管整流器,可以将设计复杂的交流滤波器简化为电容器,通过对有功功率变化范围内不同容量电容器滤波效果进行扫描,提出了综合考虑滤波效果和滤波器容量的交流滤波器无功容量优化方法。最后,在PSCAD/EMTDC中对基于24脉动二极管整流器的海上风电送出测试系统进行了谐波分析和交流滤波器优化设计。

一种新型斩波AC/DC/AC变换的单相DVR

针对输入侧采用不可控整流AC/DC/AC结构的单相动态电压恢复器(DVR)输入侧功率因数低,谐波含量高等问题,提出了一种基于PWM斩波变换器的动态电压恢复器来补偿负载两端电压的跌落。该新型拓扑结构采用PWM斩波控制节省了直流侧电容,简化了滤波器设计,使输入侧线路中谐波含量降低,同时达到单位功率因数;电压检测采用单相信号构造成两相信号,利用瞬时无功理论对信号进行检测与处理,实时性高;搭建MATLAB/Simulink仿真和系统实验平台,验证其合理性和可行性。

计及AC-UHVDC系统无功补偿和谐波特性的UHVDC交流滤波器可靠性建模

特高压直流输电(ultra high voltage direct current,UHVDC)故障对电网影响严重,建立精确的可靠性模型十分必要。交流滤波器(ACfilter,ACF)子系统与交流母线并联,可补偿无功,减少谐波。谐波过大或无功不足均可能导致UHVDC降额。提出一种计及无功补偿和谐波特性的ACF可靠性模型,用矩阵组合将单一型号滤波器状态空间(state space,SS)合并成ACF所有配置方案的SS模型。由ACUHVDC基波潮流确定ACF需提供无功容量等级,进而将配置方案分组。由谐波潮流计算各配置方案的谐波指标,若谐波电流超标,将配置方案移至容量等级较低分组。根据分组情况,合并配置方案为五状态容量模型。算例表明,配置方案按无功补偿分组后,可能会因不满足滤波指标而被移至0%CL分组,故0%CL状态概率可能比75%CL、50%CL或25%CL状态高。

交流故障下高压直流系统无功特性分析及无功控制策略研究

现有低压限流环节(voltage dependent current order limitation,VDCOL)使得高压直流系统的有功和无功强耦合,不能在交流故障持续及恢复过程中充分利用换流站自身的无功支撑能力来改善其恢复性能。该文以CIGRE HVDC标准测试模型与贵广Ⅱ工程模型作为算例,对两种模型交流故障下的直流电流及无功功率可运行范围进行了分析计算,并在PSCAD/EMTDC仿真程序中进行了验证;接着,对VDCOL的外特性进行了分析,结果表明其输出的直流电流指令不在所计算的可运行范围内;最后,采用了一种替换VDCOL的无功控制策略,该策略不仅能保证故障下直流两侧的控制指令位于可运行范围内,也能改善高压直流系统的故障恢复性能。

考虑换流变压器和无功补偿协调控制计算AC/DC系统有功-电压曲线

在绘制交直流混合输电系统有功-电压曲线的过程中应该考虑直流的调整控制作用。如果将直流系统简单视为定功率负荷,通过仿真发现,计算得到的静态电压稳定裕度偏保守,并不能反映直流系统的控制作用。在采用连续潮流法求解交直流混合系统有功-电压曲线的过程中,根据换流器的阀组控制方式和直流系统运行特征(无功功率控制方式),调整换流变压器分接头,并根据无功控制需求投入换流站无功补偿装置,求得的有功-电压曲线及电压稳定临界点能够反映直流输电系统控制对电力系统稳定性的影响。

基于半正定规划的交直流主动配电网三相有功无功联合优化

交直流主动配电网作为未来配电网的主要发展形态,实现其有功无功资源的协同优化控制具有重要的研究意义。然而配电网负荷单相接入和分布式发电三相功率不一致,将导致配电网三相不平衡现象越发严重。为了应对交直流主动配电网的三相不平衡问题,提出考虑相间耦合与三相不平衡度限制的三相有功无功联合优化方法。首先,建立考虑相间耦合的原始三相潮流模型并对其进行升维映射;其次,采用半正定松弛方法,推导了交直流主动配电网各子系统的完整三相潮流模型以及序分量形式下的三相电压不平衡度约束;再次,提出以总运行成本最小化为目标函数的交直流主动配电网三相有功无功联合优化模型;最后,采用改进IEEE 33节点、69节点、141节点和1056节点交直流配电网算例分析,验证了该文所提方法的有效性。

基于FACTS的交流特高压电网无功补偿

文章基于交流特高压线路分布参数模型,建立Π型等值电路,分析了不同长度和不同负载情况下单条特高压线路的电压和无功特性,得出了特高压线路的无功需求曲线;并利用PSASP软件用户自定义模型建立了FACTS可控并联补偿潮流模型,通过对一个含特高压线路的四区域系统引入FACTS补偿前后的潮流计算,分析了可控并补参数对特高压系统电压控制的效果。

改进的二极管整流器在海上风电送出系统中的应用

降低海上风电送出系统成本是促进海上风电资源开发的关键。基于二极管整流送出的技术路线具有良好的经济性,但存在风电场无法黑启动以及系统无法为风电场提供并网交流电压的问题。为了探索基于上述技术路线的更多可行性方法,提出改进的二极管送出系统技术方案,在配置辅助交流线路的基础上,通过在海上端加装无功补偿器或陆上端的柔直逆变器直接参与系统协调配合,可实现风电场的黑启动和稳态功率流向控制。对所提技术方案进行理论分析、系统方案设计和控制策略设计,并在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建海上风电送出系统模型,仿真结果验证了所提2种方案能够满足海上风电的可靠送出。

基于蜜獾算法的配电网无功优化

无功优化通常采用降低有功网损和电压偏差、改善电压质量等方式进行优化。文中采用蜜獾算法(HBA),选取有功网损最小为数学模型,以电压偏差最小以及潮流平衡方程和各时段节点电压为约束条件,以IEEE-30节点系统为例进行配电网的无功优化。将HBA算法与传统的PSO算法、改进后的PSO算法进行算例分析比较,对比算法在收敛速度和寻优性能方面的差异。通过局部电压稳定指标法计算出系统的最佳补偿点,减少搜索空间维数。利用Matlab进行仿真对比,结果表明HBA算法计算速度更快,具有较强的全局搜索能力,寻优能力更佳,可为配电网无功优化安全有效经济运行提供新思路。

基于虚拟同步电机控制的电力电子变压器系统仿真与实验

本文提出了一种基于虚拟同步电机控制技术的电力电子变压器仿真系统,并针对其电压、功率的调控效果设计了仿真实验。该仿真系统由主电路和控制电路两大部分构成,使用高压和低压交流接口控制器。在构建仿真系统、设计仿真参数的基础上,分别开展了高压交流接口电压支撑仿真实验和频率支撑仿真实验,以及低压交流接口并联运行仿真实验。结果表明,本文设计的电力电子变压器仿真系统,在配电网电压幅值和频率波动时,可以快速完成调节,使电压幅值和频率重新回归正常;低压交流侧系统的有功和无功功率发生波动变化,会根据自身容量比例输出相应的功率,达到“功率均分”的效果,有助于保证配电网的稳定运行。

多端直流输电工程交流滤波器设计与无功补偿研究

多端直流输电系统是实现多个能源、负荷中心跨区域互联的有效技术,在技术性和经济性等方面都具备较强竞争力。笔者以我国企业承建、目前在建的某项海外多端直流输电工程为例,进行多端直流输电工程交流滤波器设计与无功补偿研究。该工程中某换流站是弱交流系统,对电压稳定性要求较高,标称频率为60Hz,设计交流滤波器时采用依照北美惯例的性能指标—IT乘积。介绍了多端系统与双端系统差异,IT乘积的计算假设回路结构,在此基础上针对换流站弱交流系统设计出满足性能要求的交流滤波器,并进行无功补偿研究。研究结果对最终确定实际工程交流滤波器方案具有一定的参考作用。

Automated Two-stage Conversion of Hourly Optimal DC Flow Solution to AC Power Flow

Conversion of hourly dispatch cases derived using DC optimal power flow(DCOPF)to AC power flow(ACPF)case is often challenging and requires arduous human analysis and intervention.This paper proposes an automated two-stage approach to solve ACPF formulated from DCOPF dispatch cases.The first stage involved the use of the conventional Newton Raphson method to solve the ACPF from flat start,then ACPF cases that are unsolvable in the first stage are subjected to a hotstarting incremental method,based on homotopy continuation,in the second stage.Critical tasks such as the addition of reactive power compensation and tuning of voltage setpoints that typically require human intervention were automated using a criteriabased selection method and optimal power flow respectively.Two datasets with hourly dispatches for the 243-bus reduced WECC system were used to test the proposed method.The algorithm was able to convert 100%of the first set of dispatch cases to solved ACPF cases.In the second dataset with suspect dispatch cases to represent an extreme conversion scenario,the algorithm created solved ACPF cases that satisfied a defined success criterion for 77.8%of the dispatch cases.The average run time for the hotstarting algorithm to create a solved ACPF case for a dispatch was less than 1 minute for the reduced WECC system.