柔性低频输电系统宽频振荡研究现状与展望

柔性低频输电系统中含有交交换流器等电力电子设备,导致控制环节存在宽频带动态耦合,从而引发宽频振荡问题。同时,柔性低频输电系统相比于直流输电系统多出异频交互特性,其动态特性更加复杂,宽频带动态交互问题更为突出,解决系统宽频振荡问题是保证系统稳定运行的重要前提。首先阐述了柔性低频输电系统可适用于3种不同类型下的输电场景,并在此基础上分析不同应用场景下系统可能存在的宽频带动态交互过程和现有工程中存在的振荡现象。然后,对柔性低频输电系统宽频振荡问题和抑制策略进行概述和总结,指出目前研究在宽频振荡分析和抑制上存在的不足。最后,对柔性低频输电系统宽频振荡场景、机理和抑制方法等方面进行展望,为柔性低频输电系统宽频振荡问题的后续研究提供参考和借鉴。

基于M3C的柔性低频输电系统启动控制策略研究

基于模块化多电平矩阵变换器(M3C)的柔性低频输电系统,其在远距离大容量输电、城市电网和海上风电送出等领域具有较大的应用潜力,近年来得到了广泛关注。目前对该系统启动控制策略的研究还较少,为此文中对该领域开展相关研究。首先对柔性低频输电系统结构和M3C基本原理进行研究,分析出了启动过程中将会面临的问题。然后结合全桥子模块特点为M3C设计合理的充电策略,并以双端M3C柔性低频输电系统为对象设计合理的启动逻辑,确保启动过程中低频断路器无冲击合闸并实现站间无扰动连接,同时在M3C解锁及低频电压建立过程中降低电流冲击。最后通过在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建仿真模型进行仿真研究,验证了所提启动控制策略的正确性和可行性。文中所提启动控制策略安全、可靠且易实现,具有较高的工程应用价值。

柔性交流输电系统装置在煤矿供电系统中的应用

柔性交流输电系统(FACTS)装置在煤矿供电系统中的应用可以显著提高供电系统的可靠性和稳定性,从而保障煤矿的安全生产和高效运行。本文分析了FACTS器件在煤矿电力系统中的作用,以及的使用效果,通过仿真研究煤矿供电系统中实施FACTS装置的有效性,对FACTS装置在某煤矿采区的效果进行了总结。随着技术的不断进步,FACTS装置的应用也将变得更加普及和成熟,为煤矿行业的发展提供有力支撑。

构网型柔性直流输电系统附加阻尼控制器设计

构网型柔性直流输电系统对受端弱电网有较好的惯性支撑作用,但是也呈现出类似同步发电机的振荡特性,使系统的动态特性更为复杂。针对该问题,构建构网型柔性直流输电系统与受端电网的状态空间模型和传递函数模型,揭示构网型柔性直流输电系统在电网扰动下的振荡特性,并设计一种构网型柔直系统的附加阻尼控制器,该控制器仅利用构网型柔性直流输电系统自身的状态量即可对交直流混联系统的关键振荡模态进行阻尼。在DIgSILENT/PowerFactory中搭建仿真测试系统,对所提控制策略进行测试,结果表明所提出的附加阻尼控制器能够有效提升系统对直流电压振荡和交流侧机电振荡的抑制效果。

柔性直流输电系统高频振荡建模分析与抑制策略综述

柔性直流输电技术凭借其自身的经济性优势在可再生能源大规模外送和跨区输电等方面得到了广泛应用。近年来,在国内外基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统中发生了多起高频振荡事件,严重威胁电力系统的安全稳定运行并制约可再生能源的大规模消纳。为深入研究并解决该新型电力系统高频振荡问题,该文首先归纳了国内外实际发生的部分典型高频振荡事件及其危害。在此基础上,从振荡稳定分析、阻抗建模和抑制策略等三方面入手,总结柔性直流输电系统高频振荡的研究现状。最后,针对柔性直流输电系统的高频振荡问题,给出当前研究面临的困难与挑战,并对未来研究方向进行了展望。

混合双馈入直流输电系统的高频振荡特征及机理研究

在混合双馈入直流输电系统中,由于电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)的存在,系统在不同的联络线长度下呈现出不同的高频振荡特征。为研究混合双馈入直流输电系统的高频振荡特征及机理,首先建立系统的状态空间模型,基于此研究系统的高频振荡特征,结果表明,由于LCC子系统的存在,在不同的联络线长度下混合双馈入直流输电系统呈现出不同的高频振荡特征。然后,建立混合双馈入直流系统的高频阻抗模型,研究LCC子系统、联络线长度、模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)控制链路延时、交流线路长度等对系统高频阻抗的影响。结果表明,对于无电气距离的混合双馈入系统,LCC滤波器的存在使其无高频振荡风险;对于有电气距离的混合双馈入系统,当LCC和MMC子系统之间的电气距离较近时,LCC交流滤波器对系统高频振荡的抑制效果随着联络线长度的增大而减弱。最后,提出混合双馈入系统无高频振荡风险的联络线临界长度确定方法,并通过理论分析和电磁暂态仿真进行有效性验证。

受端电网故障下真双极柔性直流输电系统电压协同控制方法

盈余功率积累可能诱发基于模块化多电平换流器的高压柔性直流输电系统(high-voltage direct current based on the modular multilevel converter,MMC-HVDC)过压闭锁,乃至引发海上风电场机组失步或受端电网低频减载。现有降压或升频等直流电压控制方法仅针对伪双极接线,缺乏讨论不同控制模式的换流器间协同原则;且控制参考值未能自适应受端电网的故障严重程度,导致海上风电场有功功率调节过量。该文基于受端电网故障下MMC-HVDC平均值模型,解析了海上正负极换流器和风电场的功率耦合特性,提出了交流母线电压控制极换流器平衡换流站间有功功率,有功和无功功率控制极换流站抑制极间不平衡的协同原理。通过解析海上风电场在交流母线电压控制极换流器降压作用下的功率外特性,提出了恰好避免直流电压越限的临界交流母线电压计算方法。通过解析使得受端换流站有功电流受限的交流母线电压作为启动门槛,提出了受端电网故障下真双极MMC-HVDC电压协同控制方法。理论分析和仿真结果表明,所提方法令海上正负极换流器分别运行于临界交流母线电压和抑制极间不平衡的有功功率,可在避免直流电压越限的前提下,最大限度提升MMC-HVDC在受端电网故障工况下的有功功率传输能力。

基于无源阻尼的柔性直流输电系统高频振荡抑制策略

柔性直流输电系统的控制链路延时效应使系统阻抗在高频段呈现负阻尼特性,可能导致与交流线路分布电容相互作用产生高频振荡。现有抑制策略中,附加低通滤波器等有源阻尼策略对运行工况和延时时间变化的适应性较差,无源阻尼策略适应性较好但面临功率损耗较大等问题。基于此,本文首先建立考虑完整控制环节和延时效应的模块化多电平换流器交流阻抗模型,通过阻抗分析法分析高频振荡的产生原因,其次提出基于无源阻尼的高频振荡抑制策略及参数设计方法,最后通过抑制效果分析和功率损耗比较证明所提高频振荡抑制策略的有效性。结果表明,所提振荡抑制策略可适应延时时间的变化,实现高频振荡的有效抑制且基波功率损耗低。

海上风电柔性低频交流送出系统输送能力计算与分析

柔性低频交流输电应用于中远距离海上风电送出具有技术经济优势,研究其输送能力对确定系统参数和方案具有重要参考意义。文中分析了约束海上风电柔性低频交流送出系统输送能力的电压、电流条件,推导建立了由最大输送功率和最远输送距离描述的输送能力计算方法;计算了220 kV和330 kV系统的输送能力,分析了系统频率和海缆截面的影响。结果表明,选择12.5~30 Hz频率范围、最大1200 mm^(2)海缆截面,离岸距离为250 km时,单回220 kV和330 kV系统输送的风电场最大容量分别约为200~400 MW和200~570 MW。实际风电场柔性低频交流送出系统的参数还应在经济性分析的基础上具体确定。

基于稀疏采样与差分演化的柔性直流输电系统高频振荡抑制技术

为确保电网的安全、平稳运行,提出了基于稀疏采样与差分演化的柔性直流输电系统高频振荡抑制技术,以快速恢复系统平稳供电能力。构建了模块化电平换流器(MMC)高频阻抗模型,获得了链路时延对交流系统高频阻抗特性的影响,以及输电线路参数变化的联合效应。通过A/I转换器,基于差分演化的匹配跟踪算法,实现了高频阻抗信号的稀疏表示,降低了柔性直流输电系统高频阻抗信号的采样率,合理设定附加RLC二阶高通滤波器的截止频率、品质因数、补偿容量参数,可以抑制柔性直流输电系统的高频振荡。仿真实验结果表明:高频振荡抑制后电压信号可快速恢复正常,抑制效果突出。

柔性直流输电系统低频振荡机理及抑制策略

柔性直流输电技术已经发展为超高压直流输电的一种主要方式。然而多个工业现场出现低频振荡现象,从而影响了供电的可靠性。现有理论从感应发电机效应和次同步控制相互作用角度解释了暂态短路等异常工况下低频振荡的原因,却无法分析正常功率调动时低频振荡的机理。基于此,该文从多个角度,系统地研究了柔性直流输电系统的低频振荡问题:1)通过数学模型定量地分析了其作用机理,MMC阻抗特性、开关频率、低频运行特征和环流的低通特性共同引起了低频振荡;2)采用环流抑制、开关频率优化和有源阻尼等多种控制手段,改进了现有的低频振荡抑制算法;3)搭建了双端±420kV柔性直流输电系统的基于实时数字仿真系统(real time digital simulation system,RTDS)的硬件在环仿真,利用典型柔性直流输电工程的参数,对比所提算法和传统算法的实现结果,验证工业现场的适用性。该文所提低频振荡机理能够解释低频振荡发生的各种原因,所提控制策略可以抑制低频振荡发生,提高柔性直流输电系统的可靠性。

交流电网互联的双端柔性直流输电系统小信号建模

小信号模型是稳定性分析及控制器设计的基础。对交流系统异步互联的双端柔性直流输电(voltage source converter based high-voltage dc,VSC-HVDC)系统小信号模型展开研究。通过同步旋转坐标系的灵活选择与转换,构建逆变器及所连交流系统、整流器及所连交流系统、控制器及直流线路的线性化方程,结合状态空间法,建立不受交流系统强度约束的双端柔性直流输电系统小信号模型。通过仿真对比,证明无论交流系统强弱,该小信号模型都能精确反映双端柔性直流输电系统的小干扰情况,具有普遍适用性。

基于嵌套多目标粒子群算法的多类型柔性交流输电系统优化配置

以投资费用最小和系统可用输电能力(available transfer capability,ATC)最大为目标,建立了多类型柔性交流输电系统(flexible AC transmission system,FACTS)的多目标优化模型,并考虑了多个约束条件。提出一种嵌套的多目标粒子群优化算法求解该多约束非线性N-P困难问题的Pareto解集,该算法的外层用于计算多目标优化问题,内层用于计算系统的可用输电能力和静态电压稳定指标。结果表明不考虑其他因素时,晶闸管控制串联电容器(thyristor controlled series capacitor,TCSC)是最合理的配置选择;当FACTS安装数量有限时,相比统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)和静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM),多种FACTS设备混合安装可以在经济上和效果上取得较好的平衡;若电网在有限投资水平下需要较高的可用输电裕量,应首先考虑并联型和串联型FACTS混合安装的方案。在IEEE-14节点中对所提方法进行的验证表明该方法的正确性和有效性,该方法可以同时确定FACTS的安装类型、安装地点和补偿容量。

相对增益矩阵方法在柔性交流输电系统多变量控制器交互影响分析中的应用

提出了一种分析FACTS多个控制回路之间交互影响的新方法:改进相对增益矩阵(Relative gain array,RGA)方法,使其可对合成控制系统不同控制过程之间的交互影响进行分析,以利于设计人员通过考察各输入对输出变量的影响程度,选取控制变量与被控量之间的最佳搭配。为了验证所提出方法的有效性,将其用于指导FACTS阻尼控制器的设计。数字仿真结果表明,利用该方法进行UPFC阻尼控制器附加回路的选取,能取得较满意的效果。

柔性交流输电系统设备对电力系统暂态失稳风险的影响

分析了现有暂态稳定分析方法的缺点,建立了3种典型的柔性交流输电系统设备的控制策略和暂态稳定分析模型。基于概率风险评估理论,在考虑各种随机因素的前提下,采用蒙特卡洛仿真方法对加入柔性交流输电系统设备前后的系统暂态失稳风险进行了评估。以切机风险为指标,给出了柔性交流输电系统设备安装位置的选择方法,对柔性交流输电系统中不同类型的设备配置效果进行了比较。分析了各种随机因素对柔性交流输电系统设备效果的影响。RTS79系统的仿真结果证明了所提出的模型和算法的有效性。

基于统一潮流控制器的柔性交流输电系统的控制

本文提出一种具有统一潮流控制器（ＵＰＦＣ）的柔性交流输电系统（ＦＡＣＴＳ）的控制方法。控制系统由静态控制和暂态控制组成，其中静态控制用于系统正常工作状态的潮流调节，动态控制是根据暂态能量最小方法设计的，用于增加系统受扰后的振荡阻尼，以提高系统暂态稳定性，数字仿真的结果表明，这种控制系统和控制方法是可行的，而且有效的。

基于相对增益矩阵原理的柔性交流输电系统控制器交互影响分析

随着柔性交流输电(FACTS)控制器在电力系统中的广泛应用,FATCS控制器之间可能存在交互影响作用,从而给电力系统的运行和控制带来负面影响。该文介绍了相对增益(RGA)方法的基本原理,并用RGA原理分别研究了含SVC和STATCOM的单机无穷大系统和含2个SVC的两区域四机电力系统中FACTS控制器之间交互影响的强弱,时域仿真结果与RGA原理的分析结果一致,表明了RGA原理分析FACTS控制器之间交互影响作用的可行性和有效性。

双端柔性低频输电系统低频侧两相运行控制策略

基于模块化多电平矩阵变换器(M3C)的柔性低频输电系统(LFTS)具备低频侧两相运行能力,但其控制策略需特殊设计。文中首先介绍了双端柔性LFTS的基本情况及两相运行的基本要求,给出基于工、低频侧输入解耦及桥臂环流控制的M3C数学模型。为实现低频侧不对称运行条件下桥臂子模块电容电压的均衡,提出M3C桥臂功率再平衡的双重低频环流控制法。然后,分别给出两相运行条件下V/f站和PQ站的低频侧输入电流控制策略,并在静止坐标系统通过对9个桥臂电流的完全独立控制实现两个站M3C的控制。最后,在实时数字仿真系统中搭建双端柔性LFTS仿真模型,分别对稳态、动态及交流系统不对称故障等典型工况进行仿真测试。仿真测试结果表明,所提控制策略可有效实现双端柔性LFTS的低频侧两相运行要求。

分布式柔性交流输电系统静止串行补偿器的研究

分布式柔性交流输电系统是FACTS技术的最新发展方向,该技术通过将大量静止串行补偿器分布挂在电力传输线上实现对传输网络的潮流控制,减轻拥塞,限制环流,增大电力传输能力。本文对这种分布式静止串行补偿器的结构及原理做了简要介绍,设计了基于有源可变电感的分布式静止串行补偿器。仿真和实验表明,该补偿器具有良好的潮流控制作用,结构特点满足分布式FACTS需要。

双极柔性直流输电系统换流站交流三相接地故障分析及保护

随着电压等级和传输容量的提高,基于对称双极接线的多端柔性直流输电技术被越来越多地应用到实际工程中。换流站交流接地故障会对双极柔性直流输电系统产生严重危害,因此换流站的快速保护技术尤为重要。为此,首先分析了基于双极结构的多端柔性直流电网换流站交流三相接地故障的暂态特性,推导了故障电流中各组成成分的解析表达式。其次,根据故障暂态特性提出了一种适用于双极拓扑结构和金属回线接地方式的多端柔性直流电网快速保护策略。该保护利用换流器桥臂电流识别故障,动作速度快,可靠性高,并具有一定抗过渡电阻能力。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建四端直流电网模型,仿真结果验证了故障暂态特性分析及所提出的保护方法在不同故障情况下的正确性。