交流/混合多端直流混联系统最临近静态电压失稳点的求取

为了分析电流源换流器(CSC)和电压源换流器(VSC)结合而成的交流/混合多端直流混联系统的静态电压稳定性,给出了一种寻找最临近电压失稳点的方法。采用改进连续潮流法,从系统初始运行点出发,计及联结变压器电压比的调节和换流器控制方式的转变,根据最短路径原理不断修正负荷增长方向,并且采用自适应负荷增长方向的步长控制策略逐渐逼近最危险负荷增长方向,最终确定混联系统的最临近电压失稳点和最小负荷裕度。对基于IEEE14节点的交流/混合三端直流混联系统进行了仿真分析。仿真结果表明该方法是有效可行的,最临近电压失稳点能够准确反映混联系统的电压失稳情况。

基于行波电流极性差异的交直流混联系统纵联方向保护方法

交直流混联系统中逆变站的换相失败使交流线路发生频率偏移,导致工频量纵联方向保护的可靠性受到影响。提出了一种基于行波电流极性差异的交直流混联系统纵联方向保护方法,利用线路区内、外故障时,传播到两端保护的电流故障初始行波波头之间极性差异构成纵联保护。该方法仅利用电流初始行波极性差异进行方向判别,消除了电容式电压互感器无法准确传输宽频带电压信息导致保护的低可靠性问题,且利用高频电流进行计算,避免了交直流混联系统频率偏移的影响。仿真结果显示,基于行波电流极性差异的纵联方向保护方法能够准确、快速地识别单相故障和多相故障,适用于交直流混联系统。

LCC-FHMMC混合直流输电系统受端交流系统故障穿越控制策略

送端采用电网换相换流器(LCC)、受端采用全半桥子模块混合型模块化多电平变流器(FHMMC)的LCC-FHMMC混合直流输电系统,当受端交流系统发生故障时,受端交流电压跌落,受端功率传输受阻,盈余的功率导致子模块电容过电压,甚至可能造成设备的严重损坏。为此,提出了一种基于FHMMC直流电压降压运行的受端交流系统故障穿越控制策略,使其直流电压始终低于逆变侧交流母线的电压有效值。同时,整流侧LCC保持常规的定直流电流控制,保证逆变侧的直流电流在额定值附近运行,从而实现了进入直流系统的有功功率与逆变器向受端交流系统输出的有功功率之间的平衡。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台上对LCC-FHMMC混合直流输电系统受端交流系统发生的对称故障和不对称故障分别进行了仿真分析,仿真结果验证了所提控制策略能够快速有效地穿越受端交流系统故障,并抑制子模块电容过电压。

基于机电–电磁混合仿真的交直流混联受端电网连锁故障筛选指标及搜索策略

现有交直流连锁故障筛选指标和仿真手段不能准确反映交直流耦合作用和直流暂态过程,难以得到准确的连锁故障演化路径。因此,该文提出一种基于机电–电磁混合仿真的交直流连锁故障筛选指标及搜索策略。首先,基于PSD-PSModel构建交直流混联受端电网机电–电磁混合仿真模型;其次,考虑交直流耦合作用与直流控制环节,提出多馈入交直流交互作用因子(multi-infeed AC-DC interaction factor,MIADIF)和连续换相失败时间窗口(continuous commutation failure time window,CCFTW)指标,能够精确反映交流故障对多馈入系统关键状态变量暂态过程的影响;然后,基于筛选指标与混合仿真提出一种交直流连锁故障搜索策略,实现交直流连锁故障的快速、准确、全面搜索;最后,依托上海交直流混联受端电网进行仿真验证和分析,验证所提指标和搜索策略的有效性。

基于模型识别的交直流混联输电系统时域双端量选相方法

针对传统单端量选相元件在交直流混联系统受端交流长线路不适用的问题,文中提出基于模型识别的时域双端量选相方法。首先,利用模型识别的思想,研究故障期间受端带并联电抗器的交流长线路非故障相和故障相的时域模型,经分析可知,非故障相的差动电流和差动电压满足电容模型而故障相不满足。其次,通过Spearman等级相关系数计算各相的电容模型符合度,与门槛值对比进行故障选相。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建交直流混联系统模型,从故障类型、故障位置、过渡电阻、采样频率以及噪声干扰等方面对所提故障选相方法进行仿真验证。结果表明,该故障选相方法在受端交流线路各位置故障期间均能快速准确地选出故障相,不依赖直流侧电源特性、不受并联电抗器的影响,并具有较好的抗过渡电阻和抗干扰性能。

极弱受端交流系统下LCC-MMC型混合直流输电系统的附加频率-电压阻尼控制

针对换相换流器(LLC)-模块化多电平换流器(MMC)型混合直流输电系统在联接极弱受端交流系统时容易出现的系统小信号失稳现象,提出一种附加频率-电压阻尼控制(SFVDC)。该控制方法基于逆变站模块化多电平换流器锁相环的角频率偏差信息产生附加直流电压阻尼分量,引入外环定直流电压控制器中,用以抑制极弱受端交流系统时LCC-MMC型混合直流输电系统的小信号失稳现象,从而提升系统的小信号稳定性。结果表明,所提出的SFVDC方法能够有效地抑制极弱受端交流系统下容易出现的系统小信号失稳现象,降低了系统稳定运行对于受端交流系统强度的要求,同时能够保证系统在较大的功率扰动下也具有良好的动态响应特性,在受端交流系统故障情况下具有良好的故障恢复特性。

基于改进过压限制器和ACDTS的混联半波长系统故障保护策略

交直流混联半波长输电系统的暂态特性与常规的混联系统存在着很大差异。当混联系统半波长沿线发生不对称故障时,直流系统会受到沿线工频过电压和过电流的冲击。文章详细分析了混联系统半波长沿线故障的传播过程,研究了故障传播耦合机理。针对直流侧过电压问题,提出了在直流母线侧加装改进过压限制器,增设辅助限压通道,分级抑制直流侧过电压,并降低单个通道的电流值,提高了系统保护的限压水平;另一方面,对于直流侧过电流问题,提出了在换流站接口端并联接入双向晶闸管,实现交流系统等效三相短接,隔离交流侧母线馈入的故障过电流,确保换流站设备及线路的安全性。最后利用仿真验证了两种保护策略的可行性。

提高弱交流系统下混合多端直流输电系统小干扰稳定性的控制参数优化调节方法

整流站采用电网换相型换流器(LCC)、逆变站采用模块化多电平换流器(MMC)的混合多端直流输电系统(H-MTDC)连接弱交流系统时,若控制参数设置不合理,系统可能出现小干扰失稳现象,限制了混合多端直流输电系统在弱交流场合下的应用。该文提出一种提高弱交流系统下混合多端直流输电系统小干扰稳定性的控制参数优化调节方法。首先,基于混合多端直流输电系统的小干扰模型,采用特征根分析法研究不同换流站所联接的交流系统强度对混合多端直流输电系统小干扰稳定性的影响,结果表明不合理的控制参数会降低系统的稳定裕度,继而诱发小干扰失稳问题。然后以混合三端直流输电系统为例,给出一种基于灵敏度分析的控制参数优化调节方法,优化了混合三端直流输电系统的控制参数。PSCAD/EMTDC的详细电磁暂态仿真结果表明,采用优化后的控制系统参数提高了连接弱交流系统时混合三端直流输电系统的小干扰稳定性。

虚拟同步发电机控制下多端交直流混联电力系统间的强动态交互过程及其传播

该文针对虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,vsG)控制下的多端交直流混联电力系统,首先建立了VSG控制子系统作为反馈环节的交直流混联系统闭环线性化互联模型,分析强动态交互过程的产生条件,论证其对稳定性的负面影响,提出混联电力系统在强动态交互过程下的稳定性判据。然后,研究上述强动态交互过程的传播路径,得出VSG控制子系统与剩余子系统间强动态交互过程的传播路径包含直流线路和交流线路两部分,其中直流系统的下垂控制参数会对强动态交互过程的传播产生显著影响。因此,提出通过断开交流线路、采用较小的下垂系数来阻断、抑制强动态交互过程的传播,并通过设定合理的VSG控制参数进一步破坏其产生的条件,避免由于VSG接入引起的强动态交互过程及其对稳定性的潜在威胁,提升VSG控制下多端交直流混联电力系统的稳定性。最后,在VSG控制的三端交直流混联电力系统算例中,采用模式分析法和时域仿真法验证上述分析结果。

受端混联型LCC-MMC直流输电系统的自适应电压协调控制方法

受端混联型LCC-MMC直流输电系统是一种在整流侧采用电网换相换流器(line commutated converter,LCC),逆变侧采用高压阀组LCC和低压阀组模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)相串联的混合直流输电系统。当送端交流网侧电压跌落时,整流侧LCC直流电压减小,将会影响整个系统功率的传输。为此,分析了送端交流侧电压不同跌落程度对受端混联型直流输电系统运行特性的影响。在逆变侧MMC电压控制及LCC低压限流的基础上,优化了混联直流输电系统的电压协调控制逻辑,实现低压阀组MMC在正常运行状态与降压运行状态之间进行自适应切换。通过在PSCAD/EMTDC中建立受端混联型直流输电系统模型并进行仿真,结果表明,所提出的自适应电压协调控制方法能够提高受端混联型直流输电系统在送电端低电压状态时的传输功率。

交直流混联电网中交流暂态侵入对直流继电保护的影响分析

为减少交流系统故障情况下直流继电保护误动作事故的发生,引入交流暂态侵入(IAST)的概念,为交直流混联系统中直流继电保护的设计与运行提供新的视角。首先分析了IAST及其暂态响应的机理、形式、特征等。在此基础上,分析了IAST给直流继电保护带来的问题和挑战。结果表明,IAST使得换流器区保护与换流变压器区保护之间的权责不清,导致以100 Hz保护为代表的直流保护与交流保护之间的时序配合不当,影响到直流保护的动作定值与性能。在保证直流输电系统一次设备安全的前提下,可通过改进保护逻辑、优化定值等手段,最大限度地提高交直流混联系统的运行效率和可靠性。

大规模直驱风电场经柔直送出系统交直流线路故障特征分析

针对具有故障穿越策略的永磁风电场经多端柔性直流(Voltage Source Converter Based Multi-terminal Direct Current,VSC⁃MTDC)输电系统外送的交直流混联系统,分析故障穿越控制目标下受端交流电网故障和考虑输电线路频变特性的直流系统输电线路故障发生后的故障特征,以及大时间尺度下,直流系统对交流故障的响应。研究结果表明:基于实时数字仿真(Real Time Digital Simulation,RTDS)搭建的交直流混联系统模型在有效控制故障发展的前提下,不同故障条件、控制策略下具有相对应的故障特征,如:交流并网线路故障时,负序电流将被抑制,换流站仅向故障点提供有限的正序电流,且优先输出无功功率,直流线路累积不平衡功率出现直流过电压现象,计及直流电压波动引起受端换流站的dq轴电流发生变化,造成交流线路故障电流短时间内增大约20%。直流线路发生单极接地故障时,故障极电压以最大700 kV/ms的速率迅速下降到0,非故障极电压上升为原来的两倍,且故障电流会随着接地电阻的增大而减小;当发生双极故障时,故障电流能够在数毫秒内达到额定电流的几十倍,最大速率可达8.25 kA/ms,严重威胁电力电子器件的安全,并且电压迅速降至0,此时通过混合直流断路器快速动作,在故障电流上升至额定电流2倍前切除故障线路,使系统满足N-1运行原则。仿真结果与理论分析结论相符。

VSC-HVDC的控制方式对交直流混联系统小干扰稳定性的影响

首先阐述了VSC-HVDC的控制原理和双闭环控制器的基本构成,然后利用模块化建模方法,并结合状态空间法,给出了含VSC-HVDC的复杂交直流混联系统小干扰建模的一般方法,且不需要解析地推导全系统小干扰模型A,B,c,D矩阵中的每个元素,大大简化了含VSC-HVDC的交直流混联系统的小干扰建模。接着利用所建模型,在相同运行条件下,重点分析了定无功功率和定交流电压2种不同控制方式对全系统小干扰稳定性的影响,结果表明采用定无功功率控制比采用定交流电压控制直流系统具有更好的阻尼系统振荡的性能,但这2种控制方式对发电机相关模态的影响不大,最后用时域仿真验证所得结论。

交直流混联式三端半波长输电拓扑结构

针对半波长输电的点对点现状,为实现半波长输电系统的多端运行,提出了利用柔性直流系统作为半波长交流取能的接口,深入研究了直流系统接入半波长线路的运行特性,探讨了交直流混联拓扑结构实现三端输电的可行性。主要对新型拓扑结构的运行机理进行了研究,通过等效恒流源分析了直流取能接口的接入对沿线电压、电流的影响,并基于功率圆推导了三端输电时传输功率的变化,最后搭建交直流混联仿真模型研究了三端输电情况下交直流侧的特性。通过理论推导和仿真表明,在文中所提出的新型拓扑结构下,引入直流取能接口可实现大功率的抽能且不改变半波长线路的输电特性,但在线路中会引起过电压和无功倒流。

基于节点电流关系的多端柔性直流输电系统潮流计算

多端柔性直流输电系统是近年来的研究热点,而关于其潮流计算的研究是系统稳定控制和故障分析的基础,迄今为止,已有很多文献对此做了研究,但从其使用的求解潮流的数学模型方面看,都是基于节点功率关系的。提出了一种基于节点电流关系的多端柔性直流网络潮流算法,且考虑了下垂控制方式,以6节点直流网络和11节点交直流混联网络为例,在Matlab中编制了相应的程序,并与现有文献中的基于节点功率关系的潮流算法做了对比。对比结果显示,在不同的网络运行方式下达到相同的预定计算精度时,均比基于节点功率关系的潮流算法迭代次数少,所用时间短且当节点电压初值发生一系列变化时,所提算法依然可以快速求解出收敛解,而基于节点功率关系的算法,对于电压初值变化很敏感,迭代次数随初值的变化而变化。算例结果表明,所提算法对含有多端柔性直流系统的网络潮流计算具有较好的快速性和计算精度。

交流系统故障对直流输电系统的影响及改进建议

远距离、大容量、交直流混合运行电网中,交直流系统间的相互影响非常复杂。文中以南方电网交直流混联系统运行实例为基础,讨论了直流系统控制功能在交流系统故障期间的作用,分析了交流系统故障时可能误动的相关直流保护监视功能及换流变和站用变保护等,并给出了相应的改进建议。这不仅有助于提高直流输电系统的运行维护水平,确保交直流系统的安全稳定运行,还为未来直流输电系统的设计、交直流输电系统控制保护功能的合理配合等提供了有益的参考。

含电压源换流器的交直流混联电网状态估计快速解耦法

多端柔性直流输电技术的发展迫切需要改进和完善现有的状态估计算法以支撑调度系统应用。根据含多端柔性直流的交直流混联系统状态估计模型的结构特点,提出了一种含电压源换流器的交直流电网快速解耦状态估计算法。在传统交流状态估计模型上扩展了柔性直流电网模型,并根据交直流系统的稳态物理特性按有功、无功类对交直流量测和状态量进行分类,在保留系统耦合关系的基础上忽略雅可比矩阵中的某些次要因素,通过正常工况下的矩阵元素常数化,从而实现交直流系统的快速解耦估计计算。通过含3端柔性直流系统的IEEE 14和IEEE 118节点交直流系统算例仿真,验证了算法的有效性和实用性。

应用SVG提升交直流混联电网电压稳定性研究

我国能源资源与负荷中心呈逆向分布的特点,电能需远距离输送至负荷中心。随着高压直流输电技术(HVDC)的快速发展,我国逐步形成多个典型的交直流混联大型受端电网,严重交直流故障可能导致系统电压崩溃。为此研究了SVG提升交直流混联系统电压稳定性的作用机制,提出了相应控制策略,并结合广东电网验证了SVG的应用效果。研究结果表明,通过在输电断面的关键节点安装SVG,可大大提升系统电压稳定性。

直流扰动对交流继电保护动态行为的影响

针对直流系统对交流继电保护所带来的新扰动,分析了直流系统扰动在交流电网中传递的机理。在数字实时仿真系统(RTDS)上,以南方电网某直流系统为原型搭建了一次系统模型,通过接入实际保护装置,构成闭环的交直流混合仿真系统,分析了交流继电保护在直流系统3类扰动工况下的动态行为。结果表明,直流正常运行工况变化对交流保护的影响较小,不足以引起交流保护的误动。而在直流扰动及异常工况这类扰动中,以换相失败对交流保护的影响最为严重。换相失败时引起的快速功率倒向导致变化量方向元件及负序方向元件有误动的可能,并增大了零序过流保护的保护范围。在直流系统故障时,直流控制保护系统在故障后的快速响应比直流故障本身对交流保护的冲击更大,以双极闭锁最为严重,这会给交流保护带来一系列不良影响。所得结果为全面评估交直流混联系统中的交流继电保护提供了依据。

基于DSP的多端混合直流输电系统交流侧故障响应特性研究

在昆柳龙多端混合直流输电工程背景下,为研究多端混合直流输电系统交流侧的故障响应特性,建立了基于数字信号处理(digital signal processing,DSP)的多端混合直流输电系统的机电暂态模型。在此基础上,对多端混合直流输电系统各端交流侧进行三相接地故障(交流侧电压降至0)仿真,得到了不同情况下的系统交流侧故障响应特性,并将结果与PSCAD(power systems computer aided design)的仿真结果进行对比,发现两者主要电气量的波形基本一致,验证了该模型的准确性,为本工程后续仿真计算的研究工作提供了基础条件和技术参考。