VSC-HVDC联接弱交流系统下的新型附加频率阻尼控制方法

电压源型换流器高压直流输电（voltage source converter based HVDC，VSC．HVDC）联接弱交流系统时，很容易受到锁相环（phase．10ckedloop，PLL）特性的影响而使传输功率受限甚至出现系统不稳定的现象。该文从传统交流发电机的运行原理角度出发，提出了一种简单有效且适用于VSC-HVDC联接弱交流系统时的附加频率阻尼控制（supplementary frequency-based damping control，SFDC）方法，该方法基于PLL的输出频率特征量同时引入阻尼系数仇，产生了有功功率的附加阻尼分量来抑制或消除由于PLL引起的系统失稳现象。首先，建立了基于传统电流矢量控制的VSC系统的小信号模型，采用特征根分析和参与因子分析方法，研究了PLL参数对系统小干扰稳定性的影响及不同短路比（short circuit ratio，SCR）下PLL参数的可行域。然后，建立了含有SFDC控制的VSC系统联接弱受端交流系统时的小信号模型，并通过详细电磁暂态仿真验证了模型的正确性；基于特征根分析方法研究了阻尼系数仇对VSC系统小干扰稳定性的影响及其参数可行域。最后，对比研究了SFDC控制闭锁和投入时，VSC系统在不同SCR下的最大传输有功功率及不同PLL参数下所允许的最小短路比的变化规律，并提出了一种基于阻尼系数Dk的临界短路比裕度增加量指标，来定量评价所提出的SFDC控制对VSC系统稳定裕度的提升能力。结果表明，所提出的SFDC方法不仅可以有效抑制或消除弱交流电网下由于PLL引起的VSC系统失稳现象，而且可以提升VSC系统的最大传输功率及临界稳定裕度。

一种适用于MMC-HVDC联接弱受端交流电网的附加频率–电压阻尼控制方法

提出一种新型附加频率–电压阻尼控制（supplementary frequency-voltage damping control,SFVDC）,可以有效改善联接弱受端交流系统的模块化多电平换流器直流输电（modular multilevel converter based HVDC,MMC-HVDC）的小干扰稳定性。该控制方法基于锁相环的输出角频率和引入的阻尼系数,产生交流电压的附加阻尼分量,用以抑制由于交流系统强度低而导致的系统小干扰失稳现象。首先建立了包含SFVDC在内的MMC系统的详细小干扰模型,并与PSCAD/EMTDC中的电磁暂态仿真结果进行对比,验证了模型的正确性。然后采用特征根分析法研究了阻尼系数对MMC系统小干扰稳定性的影响及其在不同短路比下的可行范围。最后,针对交流系统频率变化,研究了SFVDC控制下MMC系统的动态特性。结果表明,SFVDC控制可以有效抑制MMC联接弱系统时出现的小干扰不稳定现象,明显改善了系统的稳定性。

极弱受端交流系统下LCC-MMC型混合直流输电系统的附加频率-电压阻尼控制

针对换相换流器(LLC)-模块化多电平换流器(MMC)型混合直流输电系统在联接极弱受端交流系统时容易出现的系统小信号失稳现象,提出一种附加频率-电压阻尼控制(SFVDC)。该控制方法基于逆变站模块化多电平换流器锁相环的角频率偏差信息产生附加直流电压阻尼分量,引入外环定直流电压控制器中,用以抑制极弱受端交流系统时LCC-MMC型混合直流输电系统的小信号失稳现象,从而提升系统的小信号稳定性。结果表明,所提出的SFVDC方法能够有效地抑制极弱受端交流系统下容易出现的系统小信号失稳现象,降低了系统稳定运行对于受端交流系统强度的要求,同时能够保证系统在较大的功率扰动下也具有良好的动态响应特性,在受端交流系统故障情况下具有良好的故障恢复特性。

弱交流系统下光伏经柔直送出系统的稳定运行极限及提升方法

弱交流系统下大规模新能源接入的柔直系统的稳定运行范围影响着系统的新能源消纳能力。建立了弱交流系统下光伏经柔直送出系统的稳态数学模型与状态空间模型,综合考虑了系统稳态运行约束和小信号稳定性约束,提出了系统稳定运行区域的计算方法,定量评估了不同送端交流系统短路容量和光伏出力下系统稳态约束范围与小信号稳定性约束边界的变化特征。研究发现随着送端交流系统短路容量的降低与光伏出力的增大,小信号稳定性约束在稳态约束范围的基础上进一步限制了系统的稳定运行区域。通过特征值分析和参与因子分析,研究了影响弱交流系统下小信号稳定性的关键影响因素,提出了一种附加频率阻尼控制策略,由此在一定程度上扩大了系统稳定运行范围。在PSCAD/EMTDC中搭建了弱交流系统下光伏经柔直送出系统的仿真模型,验证了理论分析和计算结果的正确性。