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。

新型双馈入直流输电系统无功调节特性分析

针对多馈入直流输电（MIDC）系统的稳定性问题，将电压源型高压直流输电（VSC-HVDC）引入MIDC系统组成一种新型双馈入直流输电（DIDC）系统。在基于dq同步旋转坐标下，提出VSC-HVDC的基于有功、无功独立解耦控制策略，实现了DIDC的协调控制。充分利用VSC-HVDC对无功快速调节的能力，将其与常规无功补偿装置进行配合运行，提高系统稳定运行的能力。在PSCAD／EMTDC仿真环境下实验结果表明，在系统发生扰动的情况下，DIDC系统能够更有效地维持逆变侧母线电压的稳定，防止无功补偿装置振荡性投切，减少HVDC换相失败的概率，提高HVDC^4系统运行的可靠性。

新型双馈入直流输电系统供电无源网络的运行特性研究

提出由传统高压直流输电系统(HVDC)和电压源换流器高压直流输电系统(VSC-HVDC)组成的新型双馈入直流输电系统(Double-Infeed HVDC)向无源网络输送电能。建立了利用VSC-HVDC启动HVDC的详细模型,并设计了Double-Infeed HVDC的控制系统。为了研究该双馈入直流输电系统的稳态和暂态性能,分别针对VSC-HVDC启动HVDC的特性和HVDC逆变侧发生三相短路故障时的特性进行了研究。PSCAD/EMTDC下的仿真结果表明,Double-Infeed HVDC系统可以为无源网络供电,同时具有良好的动态和故障恢复性能。

基于混合双馈入直流输电系统有功无功协调的后续换相失败控制方法

基于电网换相换流器的高压直流输电(LCC-HVDC)系统的换相失败是威胁电网安全的关键因素,但是受自身调节能力的限制,目前LCC-HVDC后续换相失败的抑制效果有限,甚至对电网产生不利的影响。为此,充分考虑影响LCC-HVDC换相失败的因素,提出了利用基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)系统无功控制能力并兼顾直流有功传输对换相失败影响以及交流有功缺额对电网安全影响的混合双馈入直流输电系统换相失败控制方法。建立了LCC-HVDC逆变站关断角、LCC-HVDC直流电流和VSC-HVDC输出无功的关联模型;计及VSC-HVDC和LCC-HVDC运行约束,提出了基于LCC-HVDC直流电流与VSC-HVDC无功坐标平面的混合双馈入直流输电系统换相失败可控域;建立了以直流系统传输功率变化量最小为目标函数和以换相失败可控域为约束的优化模型,提出了考虑LCC-HVDC有功与VSC-HVDC无功协调的后续换相失败控制方法。仿真算例表明,该方法不仅能够提高LCC-HVDC的换相失败免疫能力,还能最大限度地降低直流传输有功的变化,有利于交直流电网的安全稳定运行。

混合双馈入直流输电控制系统交互影响机理分析

针对由彼此落点接近的一条基于模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multilevel converter based HVDC,MMC-HVDC)线路和一条电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)线路所构成的混合双馈入直流输电系统,基于多变量反馈控制理论建立可定量分析和评估MMC-HVDC与LCC-HVDC控制系统之间交互影响的等效独立控制通道。在此基础之上,定量分析评估LCC定关断角控制器、锁相环以及MMC锁相环、外环控制器、环流抑制器对MMC-HVDC与LCC-HVDC控制系统交互作用及小干扰稳定性的影响。最后,在PSCAD/EMTDC上搭建混合双馈入直流输电系统的电磁暂态详细仿真模型,仿真验证理论分析结果的有效性。

基于虚拟电感的双馈入直流输电系统连续换相失败的抑制方法

文章基于传统直流输电的换相机理,引入虚拟电感这一概念,将其与低压限流控制(voltage dependent current order limiter,VDCOL)相结合共同实现抑制多馈入系统发生连续换相失败的作用。首先从理论上分析了该控制方法的作用机理;然后以传统双馈入系统为例,通过仿真试验分析了该控制方法中的相关参数对其抑制作用的影响;最后,通过模拟交流系统发生故障情况下的仿真试验,验证了所提出的控制方法能够在一定程度上起到抑制连续换相失败、优化故障恢复特性的作用。

混合双馈入直流输电系统控制回路间交互影响定量分析

随着直流工程建设的推进,混合双馈入直流输电系统内部的交互影响受到愈来愈多的关注。为进一步明确混合双馈入直流输电系统内部交互影响的产生机理,利用控制理论中的相对增益矩阵方法对混合双馈入直流输电系统控制回路间的耦合作用进行定量分析。研究受端交流系统强度、联络线长度、直流功率传输水平以及直流系统功率振荡频率等多种因素对控制回路间耦合程度的影响。最后利用电磁暂态仿真模型进行验证,证明了所提方法能够定量分析混合双馈入直流输电系统内部交互影响的产生机理。

基于定关断面积的混合双馈入直流输电系统换相失败抑制策略

为充分发挥电压源型换流器高压直流输电（voltage source converter high voltage direct current,VSC-HVDC）对交流系统无功支撑的作用,抑制电网换相换流器高压直流输电（line-commutatedconverterhighvoltagedirectcurrent,LCC-HVDC）换相失败的发生,提出了一种基于定关断面积的混合双馈入直流输电系统换相失败抑制策略。基于定关断面积得出交流电压补偿值,附加至VSC-HVDC逆变器外环无功控制环节,提升故障发生后VSC-HVDC对受端交流系统的无功支撑能力;增加VSC-HVDC动态功率限幅调节控制,优先保证无功功率的传输,同时尽可能减少有功功率的降幅。基于PSCAD/EMTDC进行了仿真分析,仿真结果证明了该控制策略可显著提升LCC-HVDC抵御换相失败的能力,且有效减少直流系统传输功率的降幅。

基于多角度预测的混合双馈入直流输电系统换相失败抑制策略

提出了一种基于多角度预测的混合双馈入直流输电系统换相失败抑制策略.结合定关断面积预测法和零序检测及αβ转换预测法的优势综合得出关断角参考值γref,利用关断角参考值γ_(ref)和关断角设定值γ_(set)的差值获得无功补偿量,附加至电压源型换流器高压直流输电(VSC-HVDC)的外环无功控制环节,调节其故障后发出的无功功率,提升电网换相换流器高压直流输电(LCC-HVDC)抵御换相失败的能力.该方法不依赖于对LCCHVDC关断角的实时测量,在实际工程中更易实现.采用PSCAD/EMTDC仿真软件进行了算例仿真分析,仿真结果证明了该控制策略的有效性.

混合双馈入直流输电系统的交互作用机理研究(一):等值单馈入直流输电模型

为了研究混合双馈入直流输电系统中电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)子系统和电压源换流器型高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)子系统的交互作用机理,通过将LCC-HVDC(或VSC-HVDC)子系统进行等值,提出并建立混合双馈入直流输电系统的等值单馈入VSC-HVDC(或LCC-HVDC)模型。在此基础之上,建立了等值单馈入直流系统的对应等效单输入–单输出控制回路,并与PSCAD/EMTDC详细电磁暂态仿真模型对比,验证所建立模型的准确性。所建立的等值单馈入模型可以用于定量评估混合双馈入直流输电系统的交互作用机理。

混合双馈入直流输电系统的交互作用机理研究(二):小干扰稳定裕度分析

针对由电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)系统和电压源换流器型高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统构成的混合双馈入直流输电系统,基于推导建立的等值单馈入直流输电模型,采用增益裕度(gain margin,GM)指标、相位裕度(phase margin,PM)指标和灵敏度函数最大峰值指标Ms,定量评估交流系统强度、LCC-HVDC子系统的定关断角和锁相环,以及VSC-HVDC子系统的外环功率控制器、内环电流控制器和锁相环对混合双馈入直流输电系统稳定裕度的影响规律;最后,通过PSCAD/EMTDC下的详细电磁暂态详细仿真,验证所建立单馈入直流输电模型的有效性及理论分析结果的正确性。

一种适用于混合多馈入直流输电系统的附加虚拟电阻阻尼控制方法

针对混合双馈入直流输电系统由于交流系统强度下降而造成的系统小干扰失稳现象,提出一种附加虚拟电阻阻尼控制(supplementary virtual-resistor damping control,SVRDC)。该控制基于联络线上流过的电流和引入的虚拟电阻,将产生的附加分量反馈到电压源换流器子系统定交流母线电压外环控制器上,通过增加虚拟阻尼电阻和增强电气联系紧密度,来提高系统阻尼特性。采用特征根分析法研究交流系统强度对混合双馈入直流输电系统小干扰稳定性的影响;建立包含SVRDC控制的混合双馈入直流输电系统的小干扰动态模型,并通过与PSCAD详细电磁暂态模型仿真结果的对比,验证了小干扰动态模型的正确性。对比研究了有无SVRDC控制时对系统小干扰稳定性的影响。结果表明,SVRDC控制可以有效抑制由于交流系统强度下降而造成的系统小干扰失稳现象,在不增加系统实际损耗的前提下增强了系统的小干扰稳定运行能力。

LCC-HVDC直流控制模式对混合双馈入直流系统运行特性的影响

建立了含LCC和VSC换流器的混合双馈入直流系统电磁暂态仿真模型。基于换相失败免疫性指标,在VSC-HVDC采用定交流电压控制条件下,分析了LCC-HVDC在3种不同条件下的换相失败抵御能力。1)电流-关断角模式:整流侧定直流电流控制,逆变侧定关断角控制。2)电流-电压模式:整流侧定直流电流控制,逆变侧定直流电压控制。3)功率-关断角模式:整流侧定直流功率控制,逆变侧定关断角控制。同时,改变VSC-HVDC和LCC-HVDC之间的联络线长度,研究了电气距离对LCC-HVDC换相特性的影响。基于故障恢复时间指标,对比了上述3种控制模式下LCC-HVDC的短路故障恢复特性。研究发现LCC和VSC电气联系紧密时,LCC采用电流-电压模式时其换相失败抵御能力和故障恢复能力优于其余2个控制模式,电气联系不紧密时则相反。结论可以为混合双馈入直流输电系统中LCC-HVDC控制方式及馈入落点的选取提供理论指导。

混合双馈入直流系统中VSC-HVDC对LCC-HVDC换相失败抵御能力的影响

混合双馈入直流输电系统中VSC-HVDC能够改善LCC-HVDC的换相失败抵御能力。基于PSCAD/EMTDC搭建了混合双馈入直流输电系统的电磁暂态仿真模型,研究了当VSC配备2种典型无功控制器,即定无功功率控制器和定交流电压控制器情况下,LCC-HVDC的换相失败抵御能力。通过分析LCC交流母线接地故障情况下系统的运行特性,揭示了VSC-HVDC改善LCC-HVDC换相失败问题的机理。在此基础上,分析了VSC-HVDC对LCC-HVDC换相失败问题改善程度的主要影响因素,研究了VSC与LCC电气距离、VSC控制器调节速度变化时LCC-HVDC的换相特性和故障后直流功率恢复速度。结果表明:结论可以为相关工程的设计和分析提供理论指导。

半控和全控器件串联的耦合关断模型及协调配合策略

换流器拓扑改造是从器件角度彻底解决换相失败(commutation failure,CF)问题的尝试。然而,目前相关研究忽略器件开关特性,导致关断模型不清晰,无法准确判断晶闸管阻断能力恢复过程并分析作用机理。文章基于器件层面的考虑分析CF的原因,研究一种半控和全控器件串联的结构。首先,分析其耦合关断过程的电流流通路径,进而建立耦合关断特性模型并详细分析其作用机制。然后,基于该机制,提出一种考虑器件阻断特性的半控和全控器件串联协调配合策略。最后,仿真验证半控和全控器件串联结构能够改善晶闸管的关断特性,提高双馈入高压直流输电系统抵御CF的能力。