混合双馈入高压直流系统最大传输功率控制方法

常规高压直流(LCC-HVDC)与柔性高压直流(VSC-HVDC)落点之间存在电气通路时就构成了混合双馈入高压直流系统。VSC-HVDC系统具有有功、无功功率独立可调的特点,通过调节VSC-HVDC系统输出的有功、无功功率,可以提高在同等受端电网强度下LCC-HVDC系统的功率输送能力。在建立混合双馈入高压直流系统的数学模型和仿真模型的基础上,通过给出求解混合双馈入高压直流系统临界稳定状态的数值解法,分析了混合双馈入高压直流系统在不同受端电网强度下的功率输送能力,总结出调节VSC-HVDC系统输出的有功、无功功率对LCC-HVDC系统功率输送能力的作用规律,并在此基础上根据系统状态参数随受端电网强度的变化规律提出了混合双馈入高压直流系统基于定虚拟点电压控制的最大传输功率控制方法,该控制模式能针对受端电网强度的变化自动调节系统的功率参考值,使得混合双馈入高压直流系统能始终运行在输送最大有功功率的工作状态。

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。

基于等效电流源的级联混合直流馈入系统强度影响分析

级联型混合直流系统受端的模块化多电平换流器高压直流系统(modular multilevel converter high voltage direct current,MMC-HVDC)和电网换相换流器高压直流系统(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)会因馈入点电气距离较近而存在强相互作用关系。为明确级联型混合直流馈入系统中MMC-HVDC对LCC-HVDC系统强度的影响,提出考虑幅值和相位的MMC等效电流源的简化等效方法,基于所提MMC等效原理将级联型混合直流馈入系统等效成单馈入LCC-HVDC系统,分析等效单馈入系统的参数计算方法,并提出等效单馈入短路比评估指标。最后通过该指标分析归纳了不同控制方式、不同电气距离下等效单馈入系统的系统强度变化情况,即为MMC-HVDC对LCC-HVDC系统强度的影响规律。机理分析和基于PSCDAD/EMTDC、MATLAB的仿真结果表明,所提等效方法具有有效性且所提指标能很好地反应MMC-HVDC对LCC-HVDC系统强度的影响。

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。

计及不同控制方式的混合直流多馈入系统电网强度评估

综合多种高压直流(HVDC)控制方式,进一步完善基于交流网络模态解耦的混合直流多馈入系统电网强度评估方法,使之适用于异构的基于电网换相换流器的高压直流输电(LCC-HVDC)和基于电压源型换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)的混合直流多馈入系统的电压稳定分析.推导计及多种控制方式的LCC-HVDC直流侧雅克比矩阵,定性分析LCC-HVDC控制方式对电压稳定裕度的影响规律,在此基础上提出异构LCC-HVDC多馈入系统的电网强度评估方法.把握混合直流馈入系统电压稳定问题中的主要矛盾,将次要影响因素以模态摄动的形式进行近似计算,以保持电网强度评估方法的实用性和便捷性.通过数值计算和时域仿真说明所提方法的有效性.分析结果表明,LCC-HVDC的受端定熄弧角控制方式是恶化系统电压稳定性的主导控制模式,混合直流多馈入系统的电压稳定性随着直流容量减小或联络导纳增大而增强.

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。

混合双馈入直流输电系统无功协调控制研究

常规直流输电中常配置功能复杂的辅助无功控制,如Gamma-Kick和QPC功能,通过调节系统触发角.直流电压等运行参数,以牺牲系统特性为代价改善系统无功平衡;而柔性直流可实现有功和无功解耦控制,在输送直流功率的同时,仍具有灵活的无功输送能力。因此,在混合双馈入直流输电系统中,完全可以用柔性直流的无功协调控制功能取代常规直流辅助无功控制。以南方电网鲁西异步联网工程为研究对象,通过现场试验验证柔性直流输电无功协调功能代替常规直流辅助无功的可行性。此外,通过PSCAD/EMTDC仿真研究柔性直流无功协调功能对常规直流换相失败的影响,结果表明:灵活的柔性直流无功协调功能可以显著缩短常规直流换相失败时间,避免长时间换相失败引起的直流停运。

双馈风电场接入交流或交直流混合系统低频振荡模态对比分析

目前,风电并入交直流混合系统低频振荡模态研究未见文献报道。在PSASP中搭建了CEPRI36节点系统中含双馈风电场的纯交流系统和交直流混合系统的小信号稳定性分析的详细模型。对计及了风力机传动链、双馈发电机、变换器和直流输电动态模型及其控制策略,且直流系统运行在双极两端中性点接地、单极大地回线、单极金属回线、单极双导线并联大地回线四种不同接线方式下的小信号稳定性进行了仿真。从双馈风电场接入交流或交直流混合系统并参与有功或无功调度两种运行方式角度,采用模态分析法进行了电网区间和局部区域低频振荡模态对比分析。结果表明:双馈风电场接入交直流混合系统的低频振荡特性不仅与直流线路运行接线方式存在关联,而且受接入的风电场运行方式影响。与接入交流系统比较,接入交直流混合系统区间振荡的恶化程度变大、稳定裕度更差。

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。

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LCC-HVDC对VSC-HVDC稳态运行区域的影响

混合双馈入直流输电系统中电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage directcurrent,LCC-HVDC)子系统对电压源换流器高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)子系统运行特性的影响机理有待深入研究。首先建立了基于不同LCC-HVDC子系统控制模式的混合双馈入直流输电系统数学模型,并分析归纳了VSC-HVDC子系统的安全稳定运行约束条件和判据,提出了一种确定混合双馈入直流系统中VSC-HVDC子系统稳态运行区域的计算方法。在此基础上对比分析了VSC-HVDC子系统稳态运行区域与LCC-HVDC子系统控制模式、交流系统短路比、LCC-HVDC与VSC-HVDC容量配比之间的关系。最后,基于PSCAD/EMTDC软件搭建了混合双馈入直流系统仿真模型,仿真验证了VSC-HVDC子系统稳态运行区域计算方法的有效性。

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。

混合双馈入直流系统最大传输功率控制策略研究

目前,我国南方电网、华东电网等受端负荷中心已经初步形成基于电网换相器型高压直流输电(LCC-HVDC)和柔性直流输电(VSC-HVDC)混合多馈入的格局,直流馈入容量不断增长,直流混合馈入系统将成为我国未来受端电网的常态。为了探究混合多馈系统中LCC和电压源变流器(VSC)的耦合基理,研究混合直流系统传输最大功率的控制策略,该文首先建立混合双馈入直流输电系统数学模型,在考虑设备容量限制、交直流系统稳定约束等边界条件的基础上,提出求解交流电网短路容量变化时双馈系统最大可传输功率的方法。然后结合电网运行控制要求,提出一种离线计算控制策略表、在线辨识电网等效阻抗并查表的控制策略,使得交流系统发生事故后自适应调整直流输电控制模式,从而达到当前工况的最大可传输功率。最后通过PSCAD的数字仿真验证了控制策略的有效性。

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.

混合双馈入直流系统中VSC-HVDC对LCC-HVDC受端系统强度的影响

为了准确评估混合双馈入直流系统中电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)子系统的受端系统强度,对LCC-HVDC子系统的有效短路比进行研究。第一,基于牛顿最优潮流算法,分析混合双馈入直流系统中电压源换流器高压直流输电(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)子系统采用不同的功率输送方向和控制方式时,对LCC-HVDC子系统的交流系统电压支撑强度的影响关系。第二,计算VSC-HVDC子系统的等效阻抗,提出能够有效评估混合双馈入系统中LCC-HVDC子系统有效短路比的等值有效短路比指标。利用该指标可将混合双馈入直流系统中LCC-HVDC子系统等效为受端交流系统电压支撑强度与之相同的单馈入直流输电系统。最后,基于PSCAD/EMTDC进行仿真分析,仿真结果证明了VSC-HVDC对LCC-HVDC子系统影响关系的正确性以及等值有效短路比指标的有效性。

混合直流系统中直流侧故障暂态电流的解析表达与故障特性的研究

由基于线性换流器高压直流输电系统(LCC-HVDC)和基于电压源换流器高压直流输电系统(VSC-HVDC)共同构成的混合直流输电系统,其故障特性与传统直流输电系统不同。针对此问题,对混合直流输电系统中直流侧故障暂态电流特性进行了研究。首先建立了送端电网采用LCC型换流站、受端电网采用VSC型换流站的两端混合直流输电系统,利用拉普拉斯变换定理推导了直流侧故障时的等效电路,解析了LCC侧和VSC侧直流故障电流简易表达式。其次,在简易表达式的基础上,充分考虑送端LCC侧换流站的触发角动态变化过程和受端VSC侧换流站交流电流的馈入,进一步解析了两侧精确的故障电流表达式。然后,从故障电流幅值、谐波等方面对比分析了三种高压直流系统中直流侧故障电流的变化特征。最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提故障电流解析表达式的正确性。

混合双馈入直流输电系统中LCC-HVDC对VSC-HVDC系统强度的影响

为了准确评估混合多馈入直流系统中电压源换流器型高压直流(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)的受端系统强度,对VSC-HVDC的有效短路比进行研究。第一,建立了含有VSC和LCC的混合双馈入直流输电系统的小信号模型,基于该模型提出了LCC的运行阻抗的基本概念和计算方法;第二,结合LCC的运行阻抗,提出了混合多馈入直流输电系统中VSCHVDC有效短路比的计算方法,并分析了计及LCC-HVDC影响时VSC-HVDC的功率运行极限;第三,利用建立的小信号模型,研究了VSC控制器参数对其功率运行极限的影响。通过基于PSCAD/EMTDC的仿真分析,验证了相关结论的正确性。

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。