计及控制响应的多端混合直流输电系统短路电流近似计算方法

多端混合直流输电系统故障发展迅速、短路电流水平超标问题严重,换流站高度非线性特征使现有短路电流求解忽略了控制系统的响应过程且多依赖建模仿真结果,无法得到短路电流的具体解析式,实现故障特性的定量分析计算。为此,该文提出三种兼顾准确性与计算复杂程度的系统模型简化措施,并在此基础上提出计及控制系统作用的短路电流复频域近似求解方法,利用Pade逼近以及分段线性化法对模型进行降阶处理,通过拉普拉斯逆变换求得短路电流的时域解析式。最后,基于PSCAD/EMTDC对不同故障距离、过渡电阻以及故障类型进行了仿真分析。结果表明,该方法能在故障的暂态阶段(10 ms内)对短路电流有较为准确的刻画,能为直流保护定值整定、断路器额定容量选取、直流输电控制策略切换以及系统规划设计等提供重要依据。

计及换流站控制特性的多端混合直流输电系统故障暂态计算方法

精确的故障暂态计算是多端混合直流输电系统参数设计及其控制保护策略研究的基础。为此,该文计及不同换流站的控制特性,提出一种适用于多端混合直流输电系统的故障暂态解析计算方法。首先,分别构造考虑LCC整流站和MMC逆变站控制系统的复频域等值模型,建立计及直流架空线路频变特性的分布参数模型,推导多端混合直流系统的节点阻抗矩阵。在此基础上,计算故障节点电压和故障支路电流的复频域值,再利用拉氏反变换获得电压和电流的时域值。最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件搭建三端混合直流输电系统模型,对所提故障计算方法的准确性和快速性进行仿真验证。

基于信号复杂度的特高压多端混合直流输电线路方向保护

提出一种基于信号复杂度的特高压多端混合直流输电线路方向保护方法。分析T区两侧暂态功率正负性的差异特征,提出基于暂态功率能量的故障方向识别方法。分析线路边界频率特性,根据线路边界衰减高频分量的特征,利用经验小波奇异熵作为评价暂态量信号复杂度的指标,提出了基于信号复杂度的直流线路区内外故障识别方法。在方向判据和区内外故障识别方法的基础上设计了完整的保护动作方案。仿真结果表明,该保护方案能准确判别故障方向,能正确区分区内外故障,具有较强的耐过度电阻和抗干扰能力,可靠性较高。

向无源网络供电的多端混合直流输电系统小信号模型及解耦控制

该文以向无源网络供电的多端混合直流输电系统为研究对象,旨在揭示系统中各换流站之间的交互作用关系,并研究解耦控制策略以削弱换流站之间的相互干扰,保证无源网络的电压稳定性。首先从LCC换流站及所连交流系统、VSC换流站及所连无源网络以及直流网络三部分构建混合直流输电系统小信号模型,并采用小信号分析方法,揭示换流站之间交互作用产生的机理,然后提出一种广域直流电压反馈控制,以抑制换流站之间的耦合。通过仿真证明,该解耦控制策略可有效削弱换流站之间的相互干扰,有效提高无源网络电压的稳定性。

适用于特高压多端混合直流输电系统的稳态电压控制方法

特高压多端混合直流输电系统稳态运行时,定直流电压站的控制目标是维持首端整流站的端口电压为设定值。当首端整流站不是定直流电压站时,则需考虑线路压降带来的影响,而此时传统的电压偏差控制和下垂控制无法实现对电压和功率的无差控制。因此基于主从控制思想,提出了一种适用于特高压多端混合直流输电系统的稳态电压控制方法。基于当前直流系统的接线方式、线路电阻和电流,计算出定直流电压站和首端整流站之间的压降。然后对定直流电压站的电压参考值进行修正,从而实现对首端整流站电压的精确控制。在此基础上,针对线路电阻变化或者未知的情况,又提出了一种自适应的稳态电压控制方法。最后利用实时数字仿真仪(RTDS)搭建了三端直流系统仿真模型,仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。

特高压多端混合直流输电系统阀组计划投/退控制方法

现有的阀组投入/退出控制策略只适用于特高压两端常规直流输电系统,不能适用于特高压柔性直流输电系统,更不能适用于特高压多端混合直流输电系统。为此,以乌东德电站送电广东广西工程为背景,提出基于混合桥模块化多电平换流器的阀组计划投入/退出控制方法,并对现有常规直流阀组计划投/退控制方法进行改进。在RTDS仿真试验平台上进行硬件闭环测试,结果表明所提阀组计划投入/退出控制方法能够平稳、快速地完成特高压多端混合直流输电系统阀组的计划投/退。

多端混合直流输电系统谐波传递特性及交互影响

为分析多端混合直流输电系统的谐波传递特性及交互影响,首先建立考虑交流系统和交流滤波器的电网换相换流器(line commutated converter,LCC)直流侧等值谐波阻抗模型,根据模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)直流侧回路方程得到MMC直流侧等值谐波阻抗模型以及输电线路分布参数谐波模型,从而得到多端混合直流输电系统的谐波阻抗模型;随后,基于系统节点阻抗矩阵中各元素的频率特性,研究多端混合直流输电系统各换流站之间的谐波传递特性及交互影响;结果表明,少数谐波在换流站之间传递会发生谐波电压传递放大现象,并且各换流站之间的谐波传递特性与整流侧平波电抗器、直流线路长度、换流变压器换相电抗等有关。最后,在PSCAD/EMTDC中的仿真验证了所提谐波传递特性分析方法的准确性,该方法无需列写高阶传递函数,适用于多端混合直流输电系统的谐振特性分析。

特高压多端混合直流输电系统的控制策略研究

以乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程为背景,针对混合多端直流运行方式复杂、可靠性要求高的特点,研究了特高压混合多端直流输电系统的控制策略,提出了适用于特高压混合多端直流输电系统的控制模式以及启动/停运方案,实现了混合直流的外特性匹配、两端/三端启动/停运,以及第三端在线投入/退出;同时,提出了各端稳态控制策略和多端协调控制策略,可适应混合多端直流输电系统复杂的运行方式。最后,基于PSCAD/EMTDC的数字仿真结果验证了所述控制策略的有效性,可以保证特高压混合多端直流输电系统可靠稳定运行。

特高压多端混合直流输电系统稳态控制策略

与传统的两端直流输电相比,多端混合直流输电系统可实现多电源供电、多落点受电,且总体损耗和造价相对较低,是一种更为灵活的输电方式。本文介绍了特高压多端混合直流输电系统基本特点,设计了该系统所能具有的控制模式及运行方式,详细设计了送受端的控制策略,实现了多端的协调。考虑柔性直流高低阀组串联的特点,设计了阀组的均衡控制。通过搭建PSCAD/EMTDC仿真模型,对系统的平稳启动、停运和稳态运行等工况进行了仿真,验证了所提策略的有效性。

特高压多端混合直流输电实时数字仿真系统

介绍了以电网换相换流器(LCC)与模块化多电平换流器(MMC)组成的特高压(UHV)多端混合直流输电系统,并搭建了基于实时数字仿真(RTDS)与物理控制保护装置的闭环试验系统。仿真系统为三端混合直流输电系统,其中送端为常规直流站,其他两端为柔性直流站,三站均为双极四阀组,每个极由双阀组串联组成。柔直阀组仿真采用RTDS的GTFPGA UNIT,子模块为全桥拓扑结构。应用该闭环测试系统进行了多端直流输电系统的解闭锁以及阀组投退的试验,为实际工程的开展提供了十分重要的数据支持。

基于行波理论和改进Hausdorff距离的多端混合直流输电线路保护方案

多端混合直流输电系统输电容量大、拓扑结构复杂,具有“多送点、多受端”的特征,线路容易发生故障且故障后的影响范围广,因此对保护的可靠性要求极高。为保证多端混合直流输电系统安全稳定运行,提出了一种基于行波理论和改进Hausdorff距离的保护方案。根据行波理论测算线模分量与地模分量,并应用输电线路的贝瑞隆模型,由线路一侧的线模分量推演线路对侧线模电流;引入改进的Hausdorff距离算法来量化推演值与真实值的差异并构造判据以识别故障线路,同时根据地模波的大小与变化率确定故障极、根据行波检测时间计算故障位置,实现故障精准定位。采用乌东德三端混合直流输电工程模型,通过PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果表明该保护方案能在5 ms内识别全线范围的故障且能够耐受过渡电阻与噪声干扰,兼具可靠性、选择性、速动性与灵敏性。

混合多端直流输电系统限流控制策略配合及限流参数全局优化

混合多端直流输电系统短路电流水平超标对其安全稳定运行造成极大威胁。现有通过控制策略限流的方法多以本站出口侧最严重的极间故障展开分析,忽略了过渡电阻对两侧系统的耦合作用,且控制参数的不合理配置会降低故障点非零电位大小,进而加剧线路过电流现象。为此,首先,阐述了混合多端直流输电系统常见控制限流策略;其次,对换流站自身的控制特性及站间交互作用对故障电流的影响机理展开分析,提出计及过渡电阻耦合作用下故障电流的计算方法;然后,在此基础上,综合考虑控制参数灵敏性、限流效果等约束,建立控制参数全局优化数学模型,通过层次分析法得到控制参数的最优解;最后,基于PSCAD/EMTDC对传统限流特性及全局优化下的限流特性进行对比分析。结果表明,所提方法能在提高限流效果及满足参数灵敏性的基础上更好地适应经过渡电阻故障的情况,降低故障时电流上升率和电流峰值,协助降低两侧换流站因增流现象加剧线路过电流情况而闭锁的概率。

考虑容量分配系数的混合多送端直流输电系统可靠性评估

随着大规模新能源的逐步接入,混合直流输电系统(hybrid multiple sending terminals HVDC,H-MSTDC)逐步由单送端结构发展为多送端多受端结构,多个换流站的运行方式及送端换流站之间容量分配增加了可靠性评估的复杂度。考虑多个送端和受端换流站之间的容量分配系数,分析了混合多送端直流输电系统的典型接线和运行方式,构建了混合多送端直流输电系统各受端及系统综合可靠性指标体系,基于子系统划分和均匀设计法提出了H-MSTDC可靠性评估模型。最后,基于我国藏东南工程某二送二受备选接线结构,计及容量分配系数,进行直流输电系统可靠性评估,并分析了极端地理环境影响下系统可靠性的变化趋势,为实际工程提供参考。

基于LCC-VSC多端混合直流输电系统的启停控制策略及动模试验

为了研究验证基于电网换相换流器-电压源换流器(line commutated converter-voltage source converter,LCCVSC)多端混合直流输电系统的启停控制策略,搭建了完整双极的LCC-VSC三端混合直流输电动模平台,在LCC(整流)-VSC(逆变)、VSC(整流)-LCC(逆变)以及VSC(整流或逆变)接入常规LCC直流输电系统等混合直流输电运行模式下,对系统的启动和停止等关键控制策略以及一端投退对多端混合直流输电网络的影响进行了实验研究,并根据实验结果对混合直流系统的主要控制功能和特点进行了分析。实验结果表明所提出的控制策略能够实现混合直流输电系统的平稳启停和在线投退。

适用于海上风场并网的混合多端直流输电技术研究

针对海上风电并网的需求,提出了采用VSC换流器连接海上风场和弱受端交流系统,LCC换流器连接较强交流系统的混合多端直流输电系统拓扑结构,并对一个混合5端直流输电系统进行了详细研究。分析了5个换流器的电压电流控制特性,设计了直流系统控制策略,研究了系统在风速波动、逆变侧VSC和LCC分别出现三相短路故障以及直流线路故障时系统的动态响应特性。仿真结果表明所提出的混合多端直流输电系统具有较好的运行特性,可以适应海上风电并网的需求。

基于CSC和VSC的混合多端直流输电系统及其仿真

研究了一种新型混合多端直流输电系统,其换流器可以分别由电压源换流器(VSC)和电流源换流器(CSC)构成,各个换流器之间以并联方式连接。为验证该直流输电模式的有效性和可行性,建立了一个混合三端直流输电系统仿真模型,包含1个电流源整流器、1个电流源逆变器和1个电压源双向换流器,并分别设计了2种控制策略。当采用第1种控制策略,即电流源整流器采用定电流控制,电流源逆变器采用定电流控制,电压源双向换流器采用定直流电压控制和定交流电压控制时,混合多端直流输电系统在启动、稳态运行、直流和交流故障等情况下具有良好的运行特性,不失为一种有效的直流输电模式,能够综合利用常规直流输电和轻型直流输电各自的优点,有效扩展常规直流输电系统的适用范围。

特高压混合多端直流输电系统中串联换流阀组间的电压平衡控制策略

特高压混合多端直流输电系统结合了电网换相换流器(line commutated converter,LCC)与模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的优势,可以实现多电源供电、多落点受电的远距离大容量输送要求。针对特高压混合多端直流输电系统中同一换流站内串联换流阀组之间的电压不平衡问题,分析了电压不平衡的原因,并提出了一种基于串联换流阀组间电压–功率偏差量的电压平衡控制策略,该控制策略简单有效便于工程实现。然后基于PSCAD/EMTDC搭建了特高压多端混合直流系统的仿真模型,通过对比切除/投入电压平衡控制时系统的动态特性验证了电压平衡控制策略的有效性。为进一步分析该控制策略对系统动态性能的影响,研究了特高压混合多端系统在功率阶跃变化和交流故障情况的动态响应,结果表明所提出的控制策略简单有效,且在不同运行工况下均可以实现串联换流阀组之间的电压平衡。

LCC-MMC混合多端直流输电系统的潮流计算和机电暂态建模方法

为实现含混合直流输电系统的大规模交直流电力系统暂态稳定计算,提出了电网换相换流器–模块化多电平换流器(LCC-MMC)型混合多端直流输电系统的潮流计算和机电暂态建模方法。首先分析了混合直流输电系统机电建模的总体思路,然后分别建立了LCC/MMC的交直流侧等效电路模型;与MMC直流侧的传统等效电路模型不同,采用了二阶微分方程描述的MMC直流侧等效电路来构建混合直流系统的机电暂态模型。此外,提出了一种考虑LCC触发角约束条件的混合多端直流输电系统交替迭代潮流计算方法。最后在机电暂态仿真平台PSS/E里实现了LCC-MMC型混合多端直流输电系统的潮流计算和机电暂态仿真,并将模型应用到南方电网的算例中。仿真计算表明:所提出的混合直流系统交替迭代潮流计算方法确保了系统模型初始化的可靠性;所建立的混合直流系统机电暂态模型和详细电磁暂态模型的阶跃响应特性基本一致;含乌东德三端混合直流系统的南方电网算例表明,在相对严重的受端换流母线三相短路故障下,送端系统在故障清除后能够恢复稳定运行。因此,所提出的混合多端直流输电系统潮流计算和机电暂态建模方法能够满足大规模交直流电力系统的暂态稳定计算。

混合多端直流输电系统的小干扰建模方法

针对整流站采用电网换相型换流器(linecommutated converter,LCC)、逆变站采用模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的混合多端直流输电系统(hybrid multi-terminalHVDC,H-MTDC),提出了一种通用的小信号建模方法。该建模过程将混合多端直流输电系统分为直流线路、LCC子系统和MMC子系统3大部分,各部分独立建模后通过连接变量连接在一起从而构成系统完整的小信号模型。然后,根据所提出的建模方法为一个混合三端直流输电系统建立了小信号模型,通过对比小信号模型在MATLAB中的仿真结果与PSCAD/EMTDC中系统的电磁暂态模型的仿真结果,验证了小信号建模方法的正确性。最后,采用特征根分析法,研究了三站的控制系统参数对混合三端直流输电系统小干扰稳定性的影响。该建模方法可以为混合多端直流输电系统小信号模型的建立以及后续的分析提供有价值的指导。

适用于混合多端直流输电系统的非线性下垂控制策略

针对混合多端直流输电系统功率协调控制问题,提出了一种非线性下垂控制策略。该策略考虑了各换流站的电流裕度,由多个换流站共同维持直流电压的稳定,使电流裕度大的换流站承担较大的功率变化量,电流裕度小的换流站承担较小的功率变化量,避免出现部分换流站满载而失去对功率变化响应能力的情况。该控制策略可以协调分配各换流站有功功率,有效降低各换流站直流电压的静态偏差,且提高了系统的响应速度。用根轨迹法对所提控制策略进行了稳定性分析。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。