基于VSC的功率双向交直流互联系统直流侧阻抗特性分析及重塑

基于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的交直流互联系统因其接入灵活、电能转换高效得到越来越广泛的研究和应用。但高比例新能源接入、高比例电力电子化的特征会带来稳定性问题,系统的不同功率流向也会造成系统直流侧稳定性的差异。为研究与提升基于VSC的交直流互联系统的直流侧稳定性,该文综合考虑功率双向流动、锁相环(phase-locked loop,PLL)、电压和电流控制环以及电网阻抗等影响因素,建立VSC的直流侧导纳模型,通过解析分析VSC直流侧导纳特性,揭示系统失稳风险来源,并提出基于二阶微分环节的直流电压前馈控制方法重塑VSC直流侧阻抗,以提升交直流互联系统的稳定性。最后,在控制硬件在环(control-hardware-in-loop,CHIL)实验平台中构建基于VSC的交直流互联系统,通过实验验证对交直流互联系统直流侧阻抗特性分析的正确性及所提出阻抗重塑策略的有效性。

交直流互联系统暂态电压稳定问题仿真分析

基于南方电网2005年丰大方式数据,使用BPA暂态仿真程序研究了切机和直流功率快速提升等措施对交直流混联系统暂态电压稳定的影响,分析了实际系统中暂态电压偏低的原因。结果表明,快速切除足够容量的合适机组是保持系统电压暂态稳定的有效手段。直流功率的提升速率要考虑到系统的无功状况选取适当值。暂态电压偏低是由于功角剧烈摆动引起的,而系统无功的不足会恶化电压的情况。

交直流互联系统节点PV曲线的求取

针对交直流互联系统电压稳定性的计算问题,给出了交直流互联系统各节点PV曲线的求取方法。该算法采用基于统一迭代法的连续潮流法,在临界点附近采取缩小步长的策略,可以精确求出整个PV曲线并得到精确临界点。研究了负荷和发电机出力的不同变化方式及各种直流控制方式对PV曲线的影响等问题,并做了系统实例计算。计算结果表明,文中提出的算法能快速完整地得到交直流互联系统PV曲线。

交直流互联系统对距离保护的影响分析及对策

交直流互联系统的故障暂态过程与纯交流系统有所不同,从而会对距离保护的动作特性产生影响。对传统交直流互联系统模型进行了分析,同时基于零序电流的分布情况对模型进行了改进。基于叠加原理,结合接地阻抗继电器的接线方式,详细分析了直流馈入对距离保护的影响,并提出了增加零序方向元件辅助判别的解决措施。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了改进模型的有效性和理论分析的正确性。

交直流互联系统对电流选相元件的影响分析及对策

交直流互联系统中,在交流系统发生故障期间逆变侧等值交流电流会产生复杂的暂态过程,进而对电流选相元件产生不利影响。详细分析了交流故障期间基于电流突变量选相元件的选相性能,分析结果表明无论交流故障是否引发换相失败,交直流互联系统都会对基于电流突变量选相元件的正确选相产生较大影响,并且交流系统强度对选相结果也有影响。最后提出一种电压选相的解决措施,PSCAD/EMTDC仿真验证了结论的正确性。

交直流互联系统对电流差动保护的影响分析及对策

理论分析了交直流互联系统中仅发生交流侧故障时直流系统等值工频变化量电流的特性,然后分别探讨了,直流馈入对与直流系统直接相邻的,输电线路电流差动保护故障分量判据和稳态量判据的影响。研究表明仅发生交流系统故障时,对稳态量电流差动保护影响相对较大,容易引起保护的拒动,然后提出了一种仅基于幅值判据的应对措施。最后基于PSCAD/EMTDC的仿真验证了上述结论的正确性。

基于异步迭代的交直流互联系统分布式动态潮流计算

交直流互联电网与调度中心独立计算模式之间存在矛盾,给电网分析和监控带来种种弊端。为克服这一矛盾,在基于异步迭代模式的分布式动态潮流(ADDPF)算法的基础上,提出了以高压直流线路为联络线的交直流互联系统ADDPF算法。该方法针对两端直流系统,直流线路在其两端子系统重复建模,内层交直流潮流计算采用交替求解法,外层将直流线路等值为交流线路构造不动点迭代格式,不断修正外边界节点注入功率实现全网潮流计算。将IEEE标准系统扩展为交直流系统进行测试,可获得与全网一致的动态潮流解。

交直流互联系统换流母线动态电压稳定判据

交直流系统之间的相互作用,尤其是与弱交流系统连接时,会带来电压不稳定、动态不稳定等一系列问题。受端系统为弱系统时,换流站交流母线的电压稳定性成为困扰直流输电系统正常运行的一个重要问题。在以往研究的基础上,提出了一种判断交直流互联系统逆变站换流母线动态电压稳定性的判据,该判据简单且判断速度较快。利用BPA仿真软件,对两端直流系统(以下简称2DC系统)直流闭锁故障时的换流母线动态电压稳定性进行了分析,研究结果验证了判据的有效性和合理性。

交直流互联系统对换流变压器差动保护的影响分析及对策

换相失败会对变压器的保护性能产生影响。首先,基于叠加开关函数法分析了换相失败导致变压器饱和的机理。然后,重点研究了变压器差动保护在换相失败期间的动作性能。研究结果表明,变压器发生外部故障时差动保护一般不会误动,但变压器发生内部故障时则可能拒动。现有的基于二次谐波制动方案的差动保护并不能较好地适应交直流互联系统。为此,提出了带有新逻辑的综合制动方案。该方案能够保证换流变压器在内部故障时差动保护可靠动作,同时在外部故障时将差动保护可靠闭锁。最后,由PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提方案的正确性和有效性。

交直流互联系统直流电流分布与多层土壤参数的关系

分层土壤参数是影响交直流互联系统直流电流分布的重要因素.将各层土壤的电阻率及厚度作为自变量,变压器中性点的直流电流作为因变量,利用二元函数的三维曲面及等值线来描述变压器中性点直流电流与各层土壤参数的关系;基于此,研究多层土壤参数同时变化时,交直流互联系统直流电流分布与地理位置的关系.结果表明:变压器中性点的直流电流分别与第1层土壤电阻率比厚度、第2层土壤电阻率乘厚度、第3层土壤电阻率比厚度相关;当第1层土壤电阻率取最小值、厚度取最大值,第2～4层土壤电阻率全部取最大值、厚度全部取最小值时,各站点变压器中性点的直流电流相对较大;距离接地极越远,不同站点变压器中性点的直流电流差距越小.

配置PSS抑制交直流互联系统的功率振荡

低频功率振荡是交直流互联系统面临的重要问题 ,在分析研究互联系统功率振荡原理、特性的基础上 ,采用技术较为成熟的电力系统稳定器抑制低频功率振荡 ,并对天广交直流互联系统进行了仿真分析 。

提高交直流互联系统暂态稳定性的附加模糊直流控制

在交直流互联系统中,提高系统的暂态稳定性是保证系统安全稳定运行的前提。HVDC系统的快速、高度可控性,从原理上说明,对换流器附加适当的控制就能有效地提高AC/DC系统的动态特性,其关键是如何得到恰当的控制信号。基于模糊逻辑推理,提出了一种附加模糊直流控制方法,并对天生桥—广州交直流互联系统进行了仿真,得到了满意的结果,表明这种方法具有一定的理论价值和实际意义。

含风电场的交直流互联电力系统网省协调有功调度优化方法

针对含风电场的交直流互联电力系统网省协调有功调度问题,建立了以发电总燃料耗量和交直流联络线网损最小为目标的优化模型,并考虑了各省网为应对风电场出力随机性所需的旋转备用约束以及各省间交流联络断面的安全约束。决策变量为各省内机组出力调整量和各省间直流联络线传输功率调整量。提出了一种实用的对协调机组进行压缩选择的策略以降低决策变量维数,采用直流潮流模型近似描述交流联络线传输功率和有功损耗与节点注入功率之间的关系,并采用法线边界交叉法和原对偶内点法求解多目标优化问题以获得均匀分布的帕累托最优解集;根据模糊隶属度和熵权法从帕累托解集中选出折中最优解作为协调调度方案。对某一实际大型交直流互联电网的仿真结果表明了所提出模型和求解方法的有效性,并且表明折中最优解比协调前调度方案具有更好的经济性。

交直流互联电力系统非线性模态分析

模态级数是一种新的表示非线性系统动态特性的方法。文中将模态级数法应用于包含高压直流输电(HVDC)的电力系统动态响应分析,提出了一种基于模态级数和符号代数的综合分析技术,用于分析包含HVDC的电力系统。使用该方法,可以研究电力系统遭受大扰动后的振荡模式和非线性动态行为。其研究结果适合于复杂电力系统的稳定性分析和控制系统设计。所提出的方法可以扩展到包含其他FACTS装置的电力系统。一个测试系统的非线性时域仿真结果证明了该方法的有效性。

含VSC-HVDC的交直流互联系统无功优化策略

针对含VSC-HVDC的交直流互联系统无功优化问题,提出一种改进的含VSC-HVDC交直流互联系统无功优化模型。首先,对VSC-HVDC的稳态模型进行分析,综合考虑交流线路、换流器、直流线路约束和柔性直流控制方式影响,建立以网损最小为目标的含VSC-HVDC交直流互联系统无功优化模型;然后,为简化优化模型的复数运算,以交流系统的有功功率、无功功率及节点电压平方作为系统的状态变量,构建了改进的含VSCHVDC交直流互联系统无功优化模型,以提高交直流互联系统的无功优化效率。最后,通过修改后的IEEE标准系统进行仿真分析,结果验证了所提方法的正确性和有效性。

正则形理论在交直流互联电力系统稳定性分析中的应用

基于正则形二阶变换定义的非线性稳定因子,对三机交直流互联电力系统低频振荡模式的非线性相关作用进行分析,得出了正则形变量的稳定区域,进而判断出系统的稳定性。时域仿真结果证明了非线性稳定因子的有效性。

互联系统电磁暂态交互作用研究,Ⅳ:直流侧对交流侧的影响

我国电力系统正在形成交直流互联的巨大网络,交直流系统操作及故障、直流换流阀的动作、负荷变化产生的ns、μs、ms级的电磁暂态将在直流系统和交流系统中交互作用,交直流互联系统的电磁暂态交互作用可对交流系统和直流系统构成危害,特别是导致直流系统的换相失败及闭锁等严重事故。鉴于此,在已有的能比较准确反映交直流互联系统的关键元件电磁暂态特征的宽频特性模型的基础上,在PSCAD/EMTDC平台上建立计算模型,基于交流侧冬小、冬大、夏小、夏大4种运行方式,分别对应直流系统的3种运行方式(双极大地回路、单极大地回路、单极金属回线),进行各种故障时的电磁暂态计算,为防止交直流互联系统的电磁暂态交互影响提供电磁兼容设计及测试参数。结果表明,直流系统对交流系统的电磁暂态影响较小,发生各类故障时在交流侧750、330kV线路及母线产生的过电压幅值均在规程中规定的允许范围内。该研究为分析交、直流互联系统的电磁暂态交互作用打下了基础。

互联系统电磁暂态交互作用研究,Ⅲ:交流侧对直流侧的影响

我国电力系统正在形成交直流互联的巨大网络,交直流系统操作及故障、直流换流阀的动作、负荷变化产生的ns、μs、ms级的电磁暂态将在直流系统和交流系统中交互作用,交直流互联系统的电磁暂态交互作用可对交流系统和直流系统构成危害,特别是导致直流系统的换相失败及闭锁等严重事故。鉴于此,在已有的能比较准确反映交直流互联系统关键元件电磁暂态特征的宽频特性模型基础上,在PSCAD/EMTDC平台上建立计算模型,揭示交流系统对直流侧的电磁暂态传递机理及影响规律。结果表明,交流电网对直流系统的电磁暂态影响较严重,换流站330 kV交流母线的出线发生三相短路故障时,直流极线对地、换流阀两端的过电压达到了1000 kV,超过了绝缘保护水平的设计值。该研究为分析交、直流互联系统电磁暂态交互作用打下了基础。

互联系统电磁暂态交互作用,Ⅰ:直流侧设备电磁暂态模型

我国电力系统正在形成交直流互联的巨大网络,交直流系统操作及故障、直流换流阀的动作、负荷变化产生的ns、μs、ms级的电磁暂态将在直流系统和交流系统中交互作用,交直流互联系统的电磁暂态交互作用可对交流系统和直流系统构成危害,特别是导致直流系统的换相失败及闭锁等严重事故。鉴于此,采用理论分析及测试相结合的方法建立基于地上交直流互联电网络、控制系统和地下接地系统全波过程的特高压系统电磁暂态精确分析方法,通过研究,最终换流变压器采用UMEC三相双绕组换流变压器模型;直流线路采用考虑频变特性的J-Marti模型;单阀的等效电路由晶闸管、饱和电抗器、阻尼电阻和阻尼电容、铁损电阻、并联均压电容元件组成;直流控制器、直流滤波器、交流滤波器也由相应的电路等值。该研究通过建立直流侧设备的电磁暂态特征的宽频特性模型,为分析交直流互联系统电磁暂态交互作用打下基础。

多运行方式下恢复交直流系统潮流可行域的控制策略

电力市场化后,电力系统将运行在更加接近稳定约束边界的状态。当系统按正常网架运行时,由节点负荷和发电机出力确定的运行方式随时都在变化,系统可能在某些运行方式下出现不满足稳定约束条件的情况。针对一系列预想故障,提出了一种多运行方式下交直流互联系统静态电压稳定的预防控制策略,以使系统在所有的运行方式下对N-1情况都运行在潮流可行域范围内。以潮流雅可比矩阵的最小模特征值确定系统的最严重预想故障,根据节点注入无功对最小模特征值的参与因子,挑选出在恢复潮流可行域的优化计算中需要切除负荷和调整发电机出力的节点,并配合调整直流变量恢复系统至可行域范围内。算例分析表明所提方法是有效的。