多馈入直流输电系统后续换相失败安全裕度评估及抑制方法

换相失败可能引起直流输电系统(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)闭锁,严重影响电网的安全稳定运行。多馈入直流输电系统中电气耦合紧密,控制响应造成多回LCC-HVDC交互影响,使换相失败的产生机理变得更加复杂。现有后续换相失败抑制方法多以单回LCC-HVDC为对象,无法兼顾自身换相恢复和相邻直流换相失败抑制的需求。为此,提出了一种适应于多馈入直流输电系统的后续换相失败抑制方法。分析了LCC-HVDC首次换相失败恢复过程中逆变站控制系统的响应时序及条件,提出了考虑故障严重程度和LCC-HVDC控制影响的后续换相失败安全裕度评估方法,进而提出了基于电压安全裕度的后续换相失败抑制方法,并在CIGRE HVDC标准测试系统验证了所提方法的有效性。仿真结果表明,所提方法根据换流母线电压自适应地调节直流电流,能够有效降低多馈入直流输电系统中无功电压耦合影响,有效抑制相邻回LCC-HVDC发生后续换相失败。

多馈入直流输电系统换相失败风险区域识别(一):计及故障期间直流电流动态特性的换相失败判别方法

为快速准确地识别多馈入直流输电系统的换相失败风险区域,该文首先基于稳态潮流方程给出适用于交流母线及线路不同位置故障下的多馈入直流输电系统电压交互影响因子(voltage interaction factor,VIF)计算方法;通过对故障期间暂态直流电流组成分量进行分解,得到直流电流动态特性的近似解析方法,基于此,改进已有的换相失败临界电压计算方法,并确定多馈入直流输电换相失败的边界条件,最终提出计及直流电流动态特性的换相失败判别方法。为验证所提换相失败判别方法的准确性,在PSCAD/EMTDC中搭建双馈入和三馈入直流输电系统的详细电磁暂态模型,对比理论计算结果和仿真结果之间的误差,结果表明,提出的换相失败判别方法与传统方法相比,在计及直流电流动态特性后提高了换相失败判别的准确性,该方法可为后续开展换相失败风险区域量化评估提供基础。

多馈入直流输电系统换相失败风险区域识别(二):换相失败风险量化评估及风险区域快速识别

针对多馈入直流输电系统换相失败风险程度量化评估及风险区域快速识别的难题,该文研究多馈入直流输电系统换相失败的关键影响因素;然后,基于系列文章(1)的改进换相失败临界电压计算方法,并通过归一化思想,提出一种换相失败风险程度量化评估指标,其正负可用于判断不同直流子系统是否发生换相失败,其幅值大小可以反映当前状态至发生换相失败所需要的电压跌落幅度(幅值为负)或当前状态至不发生换相失败所需要的电压提升幅度(幅值为正);最后基于上述量化评估指标,提出不同故障严重程度下的换相失败风险区域快速识别方法。基于PSCAD/EMTDC搭建双馈入和三馈入直流输电系统模型,对换相失败风险程度评估结果和换相失败风险区域快速识别结果进行有效性验证。结果表明,提出的指标可用于量化评估多馈入直流输电系统换相失败的风险程度,且能够在不同故障严重程度下准确识别多馈入直流输电系统的换相失败风险区域。

多馈入直流输电系统换相失败机制及特性

随着多直流接入受端交流系统的规模不断增大,运行人员对多回直流换相失败以及闭锁的关注度日益提升。文中建立了多馈入直流输电系统模型,从换相失败发生的本质出发,分析多种因素对换相失败发生概率的影响。从机制上研究换相失败对交流系统和直流系统的影响,并与直流闭锁对系统的影响进行对比分析。通过对多馈入直流输电系统的机电暂态仿真,验证由交流系统引起的多回直流换相失败与直流闭锁的差异。综合理论和仿真研究可知,在交流系统故障及时清除的情况下,多回直流换相失败并不会导致多回直流同时闭锁,不会对系统造成大的影响。而直流闭锁故障,在不采取控制措施的情况下,会造成系统功率不平衡,严重时导致系统失步,影响系统安全稳定运行。

多馈入直流输电系统中直流调制的协调优化

文章将带参数约束的非线性最优化方法应用于包含多馈入直流输电系统的交/直流互联电力系统,进行各直流调制之间的协调控制研究。研究方法是最小化包含区域间振荡特性的目标函数,同时优化预先选择的多馈入直流输电系统中各直流调制的参数,最终实现各直流系统调制间的优化调节,在最优和全局协调的方式下增强整个系统对交流系统机电振荡的阻尼。并以中国南方电网2005年的规划网络为实例说明了该方法的有效性和鲁棒性。

多馈入直流输电系统中换相失败研究综述

换相失败是直流输电系统最常见的故障之一。对于多馈入直流输电系统而言,交直流系统之间的相互作用更为复杂,单个逆变站的换相失败可能引发几个逆变站相继发生换相失败,甚至导致直流功率传输的中断,影响整个交直流系统的稳定运行。文章详细分析了目前国内外多馈入直流输电系统换相失败问题的研究现状,从换相失败的机理、影响因素和判断依据出发,对近年来针对换相失败提出的预防措施和控制策略及其应用情况进行探讨,并指出准确反映换相过程的交直流系统模型的建立、多馈入直流输电系统换相失败的机理分析及其有效的控制措施和恢复策略的制定、以及换相失败的谐波影响等是今后研究的主要问题。

2015年特高压规划电网华北和华东地区多馈入直流输电系统的换相失败分析

基于2015年"三华"特高压规划电网的丰大运行方式,采用机电暂态仿真软件PSD-BPA,对华北、华东地区多馈入直流输电系统换相失败问题进行深入研究。研究结果表明,华北、华东地区任一直流发生单/双极闭锁故障时,均不会引起其他直流发生换相失败;华北地区大部分直流逆变站换流母线附近三永故障,不会导致其他直流换相失败;华东地区重要交流通道和逆变站换流母线附近三永故障会导致多回直流同时发生换相失败,但这些换相失败持续时间较短,直流系统能快速恢复正常运行,系统能在不采取任何措施下保持稳定;采用静止无功补偿器进行无功补偿,可有效抑制华东地区直流输电系统换相失败的发生。

谐波对多馈入直流输电系统换相失败的影响

从换相失败的产生机理出发,分析出谐波引起换相失败的根本原因,提出了电压时间面积的分析方法,同时定义并计算出了5、7、11、13次主导谐波分别导致换相失败时的换相失败临界偏移角和临界比例系数。以实际上海多馈入直流输电系统为例,通过电网等效谐波模型及Ward等值算法,利用Matlab计算出背景谐波造成的直流接入点电压偏移量,给出各谐波引起换相失败的临界条件并进行了仿真验证。最后提出了直流工程中防止谐波引起换相失败应满足的条件。所得结论对于交直流电网的规划与运行有实际参考作用。

多馈入直流输电系统的动态特性及稳定控制与分析

对多馈入直流输电系统的动态特性及稳定控制与分析进行了综述。首先讨论了多馈入直流输电系统中交直流系统间和直流系统间的复杂相互作用。然后根据国内外的有关研究,对多馈入直流输电系统的稳定性和稳定控制进行了系统的总结,提出了进一步深入研究的建议。最后对多馈入直流输电系统的分析方法进行了综述,并对其存在的问题提出了改进意见。

多端和多馈入直流输电系统中换相失败的研究

借鉴两端直流系统中换相失败的研究结果和熄弧角公式,运用数学和电路基本理论,推导常规控制方式下多端直流(MTDC)系统和多馈入直流(MIDC)系统的熄弧角模型,分析影响换相失败的各种因素,阐述复杂直流输电系统中发生换相失败的一般规律:MTDC系统中,定电压控制的逆变站的参数会对系统中所有逆变站的换相失败产生影响;受影响的逆变站由于自身运行参数、控制方式的变化,可能形成复杂的换相失败故障及故障恢复过程;MIDC系统中,一个逆变站的换相失败除了受自身参数的影响,还受与之相耦合的其他逆变站参数的影响。

基于自适应混沌粒子群优化算法的多馈入直流输电系统优化协调直流调制

为了提高交直流互联系统的整体动态稳定性,提出了一种新的基于混沌优化思想的自适应混沌粒子群优化算法,并将其应用于多馈入直流输电系统中各直流调制的优化协调。该算法利用混沌运动的遍历性来初始化粒子群以增强群体的多样性,在粒子群的每次迭代更新计算中,按适应值大小选取部分粒子对其进行混沌优化以帮助惰性粒子跳出局部极值区域,根据每个粒子的适应值自适应地调整其惯性权重系数以提高整个群体的全局与局部搜索能力。以一三区域双馈入交直流并联输电系统为例,选取与直流线路并联运行的交流联络线上的有功功率偏差和各发电机的功角偏差构成目标函数,应用自适应混沌粒子群优化算法对各双侧频差直流调制控制器的参数进行了全局优化协调整定,并与传统粒子群优化算法、遗传算法的优化结果进行了比较,结果表明该算法能更好地实现各直流系统调制间的优化协调,增强了整个系统对低频振荡的阻尼能力,可作为多馈入直流输电系统中直流调制优化协调的一种有效方法。

多馈入直流输电系统交流侧滤波方案的设计

随着高压直流输电(HVDC)系统的发展及多馈入直流输电系统的逐步形成,多馈入直流系统的谐波问题日显突出。由于多馈入直流系统交流侧的母线电压严重畸变,现有的针对单谐波源的滤波方案已不再适用。文章提出了一种新的适用于多馈入直流输电系统的交流侧滤波方案,即在系统与负载之间并联由无源滤波器串联有源滤波器构成的混合滤波器,再在该混合滤波器之前与负荷串联一个有源滤波器。仿真比较了采用混合有源滤波方案与只投入无源滤波器时的滤波仿真效果,结果表明混合有源滤波方案可以显著降低母线上的谐波含量,从而抑制了负载谐波对系统的影响。

多馈入直流输电系统的协调恢复策略

针对大扰动情形,提出了一种多馈入直流输电系统的协调恢复策略。该策略具有如下的特点:在原有的PI控制器中加入一个前馈回路以便在直流系统2个控制端的被控变量间实现协调控制;在交流故障被切除后的某一短时间内,采取定交流电压控制;在不同的直流子系统间实施渐变的恢复策略,并利用最大梯度下降法对各直流子系统的重启动时间进行优化。以一个三馈入直流输电系统为对象,给出了该协调控制器的设计过程及仿真结果。仿真结果表明,与常规的PI控制策略相比,该协调恢复策略可使多馈入直流输电系统的恢复性能得到很好的改善。

抑制多馈入直流输电系统相继换相失败的协调恢复控制策略

针对多馈入直流系统容易出现的相继换相失败的问题,提出一种渐进恢复控制策略。为了确定各直流系统的恢复顺序,提出多馈入无功运行有效短路比(QMOESCR)指标,用来衡量直流系统受端电网强度和直流系统之间耦合程度的大小,并以此作为协调安排各直流系统故障后功率恢复速率的依据。然后,从改善交直流互联系统故障恢复特性的角度出发,对多回直流系统进行有序恢复,降低多回直流系统恢复过程中的无功需求,从而避免多回直流系统出现的相继换相失败,保证系统的安全稳定运行。分别对简单三馈入直流系统的电磁暂态仿真和南方电网机电暂态仿真的结果表明所提出的渐进协调恢复策略是有效的、可行的。

采用滤波换相换流器的多馈入直流输电系统中换相失败问题的研究

将滤波换相换流器(FCC)引入到多馈入直流输电(MIDC)系统,以CIGRE直流输电标准模型为基础,推导求得含FCC的混合MIDC系统(由FCC和电网换相换流器(LCC)构成)的熄弧角计算模型。通过算例对比分析了传统MIDC系统和混合MIDC系统在不同电气距离和交流强度下逆变站发生换相失败时的相互影响。在PSCAD/EMTDC中建立了传统MIDC系统和混合MIDC系统模型,并进行仿真对比研究,结果表明:与传统MIDC系统相比,FCC提高了熄弧角裕度,有效提升了换相过程中的抗扰动能力,也削弱了子系统间换相失败的影响强度,降低了发生连续换相失败的几率。

基于无功潮流分析的多馈入直流输电耦合作用

为深入分析多馈入直流输电耦合作用机理,提出了无功潮流耦合作用分析方法。该方法通过无功潮流的变化,分析了当某子系统受到无功扰动之后,各子系统电压变化的机理。为定量分析多馈入直流输电各子系统之间的无功潮流支撑作用,提出了无功潮流支撑系数这一稳态指标,同时推导了该指标的表达式。基于无功潮流耦合作用分析方法,推导了双馈入系统中多馈入静态电压稳定性指标的表达式。该表达式揭示了无功潮流支撑系数、多馈入交互作用因子与多馈入静态电压稳定性指标之间的关系,结合表达式对无功潮流支撑系数的影响因素进行分析。最后,在PSCAD环境下的双馈入直流输电模型中进行仿真,验证了理论推导的正确性。

多馈入直流输电系统LQR调制控制器的设计

以含有多馈入直流系统的互联电网为研究对象,采用近似线性化的方法得到整个系统模型,设计了线性最优控制(LQR)直流电流调制控制器。电力系统中的转子角反馈控制一般是改变系统的振荡频率,而对转速的反馈控制改变的是系统的阻尼。结合这一特点,提出了3条实用的简化措施,使各条直流线路只需要自身直流电流及附近几台发电机的转速信号作为调制信号,大大减轻了信号采集和传输的负担。所提出的简化措施能够近似满足全状态反馈时的目标函数,即保证控制器性能与全状态反馈时基本相同。在IEEE 39节点系统上进行了仿真计算,仿真结果验证了所设计的控制器的有效性。

多馈入直流输电系统谐波相互影响的研究

首先给出了交流系统各主要元件谐波频率下的数学模型,利用Ward多端等值法推导出多馈入直流输电系统各直流接入点在谐波频率下的节点导纳矩阵,进而可以得到各直流接入点的谐波电压。对上海电网500k V电压等级电网进行了等值并通过计算得到不同运行方式下各直流接入点的电压总谐波畸变率的范围,经分析可知上海地区多馈入直流输电系统谐波相互影响很小,各直流接入点电压的畸变主要受自身直流线路谐波的影响。

电网故障下多馈入直流输电系统相继换相失败机理与特性

在多馈入的电网换相换流器型高压直流(LCC-HVDC)输电系统中,交直流系统以及不同LCC-HVDC之间的复杂耦合作用造成换相失败形态产生变化,使得LCC-HVDC的控制保护系统面临挑战。目前,由电网故障直接引发的多回LCC-HVDC同时换相失败现象受到关注,但是换相失败过程中LCC-HVDC系统之间的相互影响却被忽视。LCC-HVDC换相失败后的状态和输出特性急剧变化,通过交流系统的耦合势必对相邻LCC-HVDC产生直接的影响。为此,文中研究了LCC-HVDC换相失败对相邻健全LCC-HVDC的影响,分析了受端弱电网故障下多馈入LCCHVDC系统中相继换相失败的产生机理和换相失败期间控制系统作用下逆变站的动态无功特性;推导了计及控制系统响应的逆变站无功功率表达式,解析了相邻LCC-HVDC无功交换特性,分析了相继换相失败的特征和影响因素。最后,通过标准模型验证了理论分析的正确性。

多馈入直流输电系统的协调恢复策略研究

为了改善多馈入直流输电系统的恢复性能,提出了一种协调恢复策略。该策略通过直流双侧附加前馈控制实现多馈入直流各子系统的整流侧和逆变侧的协调,使两侧的控制量能够快速地跟踪系统的给定值;通过Fuzzy-VDCOL环节对系统故障和恢复期间的直流电流指令进行动态调节,维持系统的功率平衡和电压稳定,实现直流子系统之间的协调。仿真分析表明:该协调恢复策略可使多馈入直流输电系统的恢复性能得到很好地改善。