用电压源型高压直流输电解决高压电网中工业系统引起的电能质量问题

为解决高压电网中工业系统引起的的电能质量问题,文章采用电压源型高压直流输电方式向工业系统供电,设计了可隔离谐波、进行功率和频率调节的电压源型高压直流换流站的控制器,并运用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了由VSC-HVDC供电的工业系统模型,仿真实验验证了上述供电方式和控制器的正确性和有效性,表明采用电压源高压直流供电方式能有效解决高压电网中工业系统引起的电能质量问题,且控制方式灵活、简单。

高压直流输电电压源换流器的等效模型及混合仿真技术

文章提出了混合仿真的概念和实现以及高压直流输电电压源换流站(Voltage source converter based HVDC,HVDC-VSC)的等效仿真模型,该模型忽略了VSC的开关纹波。采用混合仿真技术和等效仿真模型既能提高仿真速度又能很好地反映HVDC-VSC的动态特性。文章提供的仿真结果证明了HVDC-VSC的等效仿真模型和混合仿真技术的有效性。

伪双极LCC-VSC型混合高压直流输电系统向无源网络供电的研究

电网换相换流器高压直流输电系统(Line Commutated Converter based High Voltage Direct Current,LCC-HVDC)在功率传输特性、线路故障时的自防护能力、过负荷能力等方面均优于交流输电,但却无法向弱交流系统和无源网络供电。电压源换流器高压直流输电系统(Voltage Source Converter based HVDC,VSC-HVDC)可实现向无源网络供电的目的,但由于电力电子技术的局限性,VSC-HVDC系统投资成本过高。结合两者的优势,提出了一种新型混合高压直流输电系统(Hybrid High Voltage Direct Current,H-HVDC)。该系统的整流侧为两个6脉动LCC接一交流网络,逆变侧为三相二电平VSC接无源网络。在此基础上,对该H-HVDC的稳态数学模型、启动特性、稳态特性与暂态特性、单极闭锁进行了研究。仿真结果表明,该H-HVDC系统能实现向无源网络供电,且具有较高的稳定性,为混合直流的进一步发展提供了理论基础。

适用于电压源型高压直流输电的控制策略

将电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)两端节点等效为两个有源节点,推导得到VSC-HVDC两端等效节点注入电流的表达式,从而可以方便地通过修改系统导纳矩阵,得到含VSC-HVDC系统的数学模型。在该模型的基础上,考虑VSC内部电流环和系统控制要求,提出了一种新的VSC-HVDC控制策略。以一个含VSC HVDC的6机电力系统为例,仿真表明,采用该控制策略,在系统发生大扰动后,VSC HVDC不仅能够迅速恢复正常运行,而且对系统电压和频率稳定没有太大影响。

电压源换流器型直流输电系统的启动控制

启动控制是VSC-HVDC工程应用中需要解决的一个重要问题。为此,分析了电压源换流器交流侧电压的建立过程,介绍了换流站不同控制方式下启动控制策略的选择原则。为避免电压源换流器在启动时的过电流和过电压问题,提出了采用串联限流电阻与基于直接电流控制的矢量控制器相结合的复合启动策略。最后,在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC上构建向无源网络供电的VSC-HVDC两端系统。数字仿真结果验证了所提方案的正确性和有效性。

基于电压源换流器的高压直流输电系统多尺度暂态建模与仿真研究（英文）

针对基于电压源转换器的高压直流(high voltage direct current based voltage source converter,VSC-HVDC)输电系统,该文提出电磁暂态–机电暂态多尺度建模方法并验证多尺度仿真算法的准确、快速和灵活性。该模型采用频移分析(shifted-frequency analysis,SFA)等多尺度建模方法。首先推导移频(shifted frequency,SF)域和dq域之间的解析变换关系,并提出用于系统特性分析的VSC移频多尺度模型;其次,选择性插入π模型获得直流输电线的多尺度暂态模型;最后,通过调整仿真参数,如仿真时间步长和移动频率,使得建立的模型能够灵活仿真具有多个时间尺度和不同网络位置的各种暂态。采用两端和五端VSC-HVDC输电系统作为算例,仿真结果对比表明,提出的模型和算法能够精确模拟高频暂态,快速仿真慢变化暂态,降低计算成本。此外,多尺度模型还可提高VSC-HVDC输电系统电磁–机电暂态混合仿真的灵活性。

带有源滤波功能的新型高压直流输电系统的研究

针对传统高压直流输电技术存在的一些缺点,笔者首先介绍了新型高压直流输电系统的基本原理,并建立其稳态的数学模型,然后以新型高压直流输电系统接入含有会产生大量谐波的相控整流设备的低压电网为例,通过瞬时无功功率理论,分析了新型高压直流输电系统功率传递和谐波补偿相结合的控制算法。最后通过试验样机进行了验证,证明了该方法的可行性。

多端电压源型直流输电系统的控制策略

以提高多端电压源型直流输电系统的运行可靠性为目的,提出了基于直流电压—有功功率调节特性的多端直流输电系统控制策略。在系统负荷发生突变或任一换流站故障退出后,所有具备功率调节能力的换流站根据给定的调制方式在一定程度上分担系统功率的缺额,这样既维持了系统内的功率平衡,又避免了单个换流站承担功率过大的情况。最后通过数字仿真验证了所提出的控制策略设计的正确性和可行性。

高压直流输电中电压源型换流器的运行机理和特性分析

在比较电压源型换流器(VSC)与传统换流器的基础上,讨论了基于VSC的高压直流输电系统的结构与原理,分析了其功率特性、谐波特性、控制特性以及运行方面的特点,并指出了需要进一步研究的问题。分析表明,VSC控制和运行方式简单,输出波形品质好,运行模式灵活,具有良好的发展前景。

轻型高压直流输电系统的动态建模及非线性解耦控制

轻型高压直流输电是基于脉宽调制电压源型换流器的新一代直流输电,具有功率控制灵活、可向有源和无源网络输电、产生的谐波含量小等优点。建立了基于同步旋转坐标系下的轻型高压直流输电系统的动态模型,采用反馈线性化方法设计了非线性解耦控制器,实现输送有功、无功功率的独立控制。应用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对轻型直流输电系统的功率调节控制原理进行了仿真分析,对模型和控制器的有效性进行了多角度验证。

海上风电场柔性直流输电变流器的无源性控制策略

由于海上风能并网直流输电变流器模型本身存在非线性强耦合特性,常规PI调节器控制方式需调节的参数较多,难以获得理想的动态特性。提出利用非线性系统无源性理论,将变流器两相同步旋转坐标系下的数学模型以拉格朗日方程形式表达,验证被控对象为严格无源系统,选取光滑可微的正定存储函数作为Lyapunov函数,满足控制系统在原点渐近稳定要求。同时,为使系统快速收敛到期望平衡点,在控制方程中加入阻尼相加快系统能量耗散。最后,利用Matlab建立的系统仿真模型,分析研究定直流电压、定有功功率、定无功功率等控制方式及其输出特性,结果表明上述方法能够独立控制瞬时有功功率、无功功率,暂态控制性能优于常规PI。

交流电网不平衡情况下电压源换相直流输电系统的控制策略

推导了交流电网不平衡情况下电压源换相高压直流输电系统(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)电磁暂态模型,提出了适用于该场合的抑制直流电压二次波动的控制策略。通过分析αβ坐标与dq+和dq-坐标之间的变换关系,得出结论:在正序旋转坐标下正序分量为直流量,负序分量是频率为100Hz的交流量;而在负序旋转坐标下负序分量为直流量,正序分量是频率为100Hz的交流量。通过简化交、直流侧电路,建立考虑换相电抗器损耗的交流系统不平衡情况下VSC-HVDC系统电磁暂态数学模型。为了抑制发生不平衡故障时直流电压的二次波动给VSC阀和直流电容器产生额外应力等问题,设计基于正、负序旋转坐标系的双电流内环控制器和直流电压外环控制器。仿真结果证明所提出的数学模型正确、可靠,所提出的控制策略能够有效地抑制直流电压二次波动。

电压源换流器式高压直流输电的动态建模与暂态仿真

基于节点电流注入法建立了交直流统一基准值下的电压源换流器式高压直流输电(VSC-HVDC)的详细动态模型。该模型包括电压源换流器模型、直流系统内部动态模型以及控制系统三个部分,具有一般性。利用电力系统分析综合程序提供的用户自定义功能(PSASP/UD)对VSC-HVDC交、直流并联输电系统进行的暂态仿真分析验证了VSC-HVDC动态模型的正确性。仿真结果还表明,VSC-HVDC的直流侧电容以及换流变压器漏抗的大小对抑制功角振荡无明显效果;两端VSC采用定交流电压控制方式时系统具有较好的电压稳定性,但在这种控制方式下,在系统受扰期间VSC的过载程度较两端定无功功率控制方式下更为严重。

电压源换流器高压直流输电装置中IGBT的过电流失效机制

为满足电压源换流器高压直流输电(voltage source converter high voltage direct current,VSC-HVDC)装置可靠性及其试验方法和试验等效机制研究的需要,重点研究了该装置中绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)阀在过电流故障状态下的失效机制。介绍了VSC-HVDC系统及其阀的结构,将IGBT阀过电流故障分为3种不同的类型,分析IGBT阀在不同过电流故障状态下的电压和电流应力及其在故障应力下的内部物理过程。最终得到了IGBT阀在3种过电流故障下的失效机制。

向无源网络供电的MMC型直流输电系统建模与控制

模块化多电平换流器(MMC)是一种适合用于电压源换流器型高压直流输电(VSC-HVDC)的多电平电压源换流器拓扑。本文分析了向无源网络供电的MMC型VSC-HVDC的系统结构和工作原理,给出了MMC型VSC-HVDC通用的换流系统和受端交流系统的数学模型,据此建立了无源逆变的内环电流和外环电压的双闭环控制系统。通过给定无源逆变的同步相位,保证了供电频率的不变性。在PSCAD/EMTDC中搭建了向无源网络供电的MMC型VSC-HVDC仿真系统,对有功和无功负荷增加以及交流电压抬升等三种工况进行了仿真研究。仿真结果表明所设计的控制器可以实现快速精确的电压电流反馈控制,具有良好的稳态精度和暂态响应特性,能够向无源网络提供高质量的电能供应。

基于电压源换流器的高压直流输电小信号动态建模及其阻尼控制器设计

基于电压源换流器(VSC)和脉宽调制(PWM)技术的新型高压直流输电(VSC-HVDC),具有快速、灵活的有功功率和无功功率控制能力,能够改善系统的稳定性。文中建立了VSC-HVDC的小信号动态模型,该模型包括VSC与交流系统接口的线性化方程、VSC-HVDC内部直流系统动态过程的线性化方程以及控制系统线性化方程3个部分,具有一般性。以VSC的有功功率整定值为输入,VSC-HVDC并联交流输电线路的有功功率为输出,通过对系统频率响应的辨识,得到了两者间的开环传递函数。在此基础上,利用极点配置技术,设计了单输入单输出结构的VSC-HVDC附加阻尼控制器。对一VSC-HVDC/AC交直流并联输电系统特征根的分析及非线性仿真表明,配备该阻尼控制器的VSC-HVDC能有效地抑制系统低频振荡,增加系统阻尼。

电网电压不平衡时电压源换流器型直流输电的负序电压补偿控制

电网电压不平衡或交流系统发生故障是电压源换流器型直流输电(VSC-HVDC)实际运行时不可避免的问题。针对这一问题,提出了一种基于负序电压实时补偿的控制策略。换流站控制系统采用该策略后,能够有效地抑制交流系统电压不对称引起的负序电流,实现限流控制,避免系统短路故障引起换流装置的过电流;同时为确保电网电压不平衡或交流系统故障时控制系统能正常运行,设计了正负序分量和同步相位检测环节。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,所设计的控制系统具有良好的动稳态性能,且结构简单,具有一定的工程应用价值。

电压源型直流输电的动态相量建模与仿真

为适应电力系统快速精确仿真和分析控制的需要,采用了一种新的建模方法—基于时变傅立叶级数的动态相量法,对电压源型直流输电(VSC-HVDC)进行建模和仿真。该方法通过保留与系统状态变量相对应的时变傅立叶级数中的重要项对原系统进行简化,首先建立用开关函数描述的VSC-HVDC换流站详细时域模型,在此基础上,给出VSC-HVDC动态相量模型的详细推导过程。在对VSC-HVDC进行动态相量建模的过程中,换流站的开关函数考虑直流分量和基频分量,直流传输线路只考虑直流分量,从而大大简化高频开关过程,在保证仿真精度的同时,大大缩短了仿真时间。通过MATLAB仿真软件用动态相量模型与详细时域电磁暂态(EMT)模型分别对VSC-HVDC进行仿真比较的结果表明,动态相量模型精确而有效,不仅可以精确描述VSC-HVDC的暂态变化过程,而且可以大大节省仿真计算时间。

基于电压源型变流器的HVDC系统的控制方式研究综述

新型高压直流输电作为一种新技术能弥补传统直流输电的部分缺陷,其应用和发展潜力得到了研究人员的广泛关注。为了进一步推广VSC-HVDC在电力系统中的研究和应用,该文从控制方式方面综述了新型直流输电研究的主要成果,并对进一步研究方向进行了展望。

基于电压源换流器型直流输电分区联络线的黑启动方案

提出了基于电压源换流器型直流输电(High Voltage Direct Current Based on Voltage Source Converters,VSC-HVDC)线路作为分区联络线的黑启动方案,对区域电网实施软启动和恢复过程进行了研究.VSC-HVDC良好的电压、频率控制特性使得黑启动过程快速且平稳,不发生涌流和暂态过电压.通过PSCAD软件进行了仿真试验及数据分析,验证了所提出的基于VSC-HVDC分区联络线黑启动方案的可行性.