基于PSCAD／EMTDC逆变器自定义定关断角控制的实现

在PSCAD中建立了关断角测量模块及定关断角闭环控制框图,从而构建了自定义定关断角闭环控制模块。取代CIGRE原有的标准控制模型,采用所建立的自定义定关断角控制模块对高压直流输电系统的阀控进行了仿真,将结果与标准控制模型下的结果进行了对比,验证了自定义的闭环定关断角控制模块具有良好的动态及静态控制性能,且与标准的CIGRE控制系统具有完全的等价性。同时,针对实际系统的一些故障情况,可以对自定义的定关断角控制模块进行结构优化,使系统具有一定的故障保护功能。总之,自定义的定关断角控制模块为实际的复杂系统实现PSCAD建模和仿真分析提供了更为有效的手段。

定电压与预测型定关断角控制对HVDC小干扰稳定性的影响

定电压控制和预测型定关断角控制是高压直流(HVDC)逆变站常规的控制方法,合理整定控制器参数可提高交直流系统的小干扰稳定性。文中首先基于开关函数法建立了基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)系统的小干扰动态模型,将其动态响应与电磁暂态模型的动态响应进行对比,验证了小干扰动态模型的正确性。接着,采用特征值及其灵敏度方法分析了LCCHVDC系统的振荡模式和阻尼特性,对比分析了逆变侧采用定电压控制和预测型定关断角控制时,换流站控制器参数以及交流系统短路比对系统稳定性影响的异同。最后,整定了能维持系统稳定运行的控制器参数稳定域,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了稳定域的正确性。

一种抑制连续换相失败的定关断角加速控制方法

针对逆变侧交流故障引发高压直流输电系统连续换相失败问题,通过分析首次换相失败恢复过程中的电气量和控制量变化规律,明确了恢复过程中定电流、定关断角、电流偏差控制器之间配合不当是引发连续换相失败的重要原因。同时,在不对称故障后,由交流负序电流引起的直流2次谐波电流会导致控制切换点滞后,增加连续换相失败的风险。基于此,提出了一种能增强控制器配合效果的定关断角加速控制方法。该方法能根据换相恢复过程自适应投切,利用关断角偏差动态调整关断角控制指令值,提前实现控制切换,降低切换后不当控制影响。同时,通过陷波器降低谐波电流从而减弱触发角波动对控制器切换的不利影响。该方法能提升控制器间配合效果,提升直流系统抵御连续换相失败能力。在CIGRE标准测试模型中,验证了理论分析的正确性和优化方法的有效性。

基于阀电压的关断角计算方法对HVDC系统运行性能的影响

HVDC系统常在逆变侧采用定关断角控制控制系统的运行电压,闭环型定关断角控制的性能与采用的关断角计算方法密切相关,用阀电压计算关断角概念直接、简单。在阐述基于阀电压的关断角计算原理,讨论该计算方法与PI控制的配合的基础上,在PSCAD中建立了基于阀电压的关断角计算仿真模型,应用于PSCAD软件的CIGRE标准控制系统中,针对CIGRE标准测试系统进行了稳态与故障的仿真,并且将结果与应用PSCAD中的关断角计算模型的仿真结果进行了对比。仿真结果表明,基于阀电压的关断角计算方法具有良好的静态控制特性,在故障后具有一定的保护功能,故障后系统的恢复性能较差,但对过电压的影响较小,可以应用于过电压的计算。

两类逆变侧控制策略对系统电压与直流主回路设计影响

针对高压直流输电工程逆变站通常采用的定关断角与定电压两类控制策略对系统电压与直流主回路设计的影响进行研究。首先从控制系统原理入手,分析了逆变侧定电压与定关断角两种控制策略的逻辑区别;然后利用电力系统分析计算软件PSD-BPA,模拟了换流站投切滤波器分组的实际工况,明确了两种控制策略在系统电压调节特性方面的差异;最后基于某实际高压直流工程的系统条件和运行参数,借助实时数字仿真系统,校核了定电压与定关断角两种控制策略下系统电压的暂态与稳态恢复特性,进一步验证了相关结论。在此基础上,研究并论证了两种控制策略对于直流换流站无功补偿容量、额定空载直流电压等直流主回路设计基本结论以及主要设备参数的影响。

直流控制系统研究分析

直流控制是发展高压直流输电的核心内容。分析了整流测定电流控制、逆变侧定关断角控制以及低压限流环节控制,特别的分析了低压限流环节与一次换相失败以及连续换相失败之间的关系。分析结果表明不同控制环节共同作用,对维持直流输电系统的安全稳定运行具有重要作用;低压限流环节对预防换相失败的发生也具有积极作用。

电流偏差控制对换相失败及其恢复过程的影响分析

预测型定关断角控制是高压直流工程逆变器常规的控制方式之一,其中,电流偏差环节的比例系数会对系统换相失败抑制能力及系统恢复产生影响。为明确电流偏差环节产生影响的机理并提出应对措施,文中首先基于高压直流基本控制策略,分析了电流偏差环节的小干扰下功能;其次,对故障初期和故障恢复阶段电流偏差控制中比例系数的影响机理展开研究,发现常规电流偏差控制比例系数设置为正会导致换相失败抑制能力下降,但对系统恢复有利;然后,提出一种自适应电流偏差控制,通过多种检测模块快速判别系统状态并输出合适的比例系数,以达到兼顾系统换相失败抑制能力及系统恢复的效果;最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了高压直流输电系统模型,并通过仿真测试验证了理论分析的正确性及所提出应对措施的有效性。

基于直流电流有限时域预测算法的换相失败预防策略

针对故障暂态期间直流电流精确预测困难的问题,建立了含平波电抗器的直流线路暂态数学模型。计及暂态期间换相角变化的影响,提出一种直流电流变化量的预测方法,可准确预测暂态期间的直流电流变化。构建了基于换相期间直流电流变化量的换相失败预测判据,以实现首次换相失败的预测判别,并提出一种可有效预防首次换相失败的控制策略。基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了CIGRE直流标准测试模型,不同故障情况下的仿真结果验证了所提方法及控制策略的有效性。

逆变侧控制策略对换相失败的影响及恢复特性优化研究

针对直流系统逆变侧不同控制策略下的换相失败恢复特性开展研究,首先从原理上分析了定关断角控制与定电压控制方式下换相失败控制器的工作原理;然后基于实时数字仿真平台以及实际工程的录波数据,全面研究比较了这2种控制策略对换相失败恢复特性的影响,结果表明换相失败与直流运行功率、稳态运行时的关断角以及故障发生时刻均有关系,而与采用何种控制方式相关性不强;最后提出对低压限流功能模块(voltage dependent current order limiter,VDCOL)电流指令参数进行优化的措施,以改善换相失败恢复特性并对其效果进行了仿真验证。

电压源电流源混合型高压直流输电控制方法研究

由传统电网换相换流器(line-commutated-converter,LCC)和电压源换流器(voltage source converter,VSC)构成的混合型高压直流输电(hybrid-HVDC),结合了LCC和VSC的优势,是一种新型拓扑,具有广泛的应用前景.研究了整流侧采用VSC,逆变侧采用LCC的混合直流输电系统,建立了其数学模型.针对其逆变侧LCC易发生换相失败的情况,设计了新的抑制换相失败的协调控制策略,即在整流侧VSC采用定直流电压控制的基础上设计低压限压控制,逆变侧LCC采用包含低压限流的定直流电流控制的基础上加入定关断角备用控制.在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC下进行了正常和故障情况下的仿真,对比采用基本的控制策略和新的协调控制策略时系统的故障特性,验证了所设计的控制策略可以有效降低换相失败发生的概率,而且可以改善混合直流输电系统的故障恢复特性.