综合FACTS和HVDC协调优化的大规模风电脱网控制方法

随着交直流混联电力系统的快速发展,目前灵活柔性交流输电系统(FACTS)和特高压直流输电系统在我国电力系统中已得到广泛应用,为近年来我国风电大规模脱网问题提供了新的控制技术和有效手段。分析了系统交直流故障后的风电脱网场景,表明抑制故障后系统电压大幅波动是减少风电大规模脱网的关键。在此基础上,阐述了事故前FACTS优化配置和事故后采取HVDC紧急功率支援协调抑制风电大规模脱网的必要性。并基于对风电场汇集母线电压波动的改善灵敏度,以保证系统安全性为前提,通过协调优化事故前FACTS动态无功补偿设备布点、容量配置和事故后直流紧急功率支援,提出一种风电脱网控制代价最小的FACTS和HVDC的协调优化方法,实现风电脱网的抑制和电网的经济运行。最后,以实际规划电网进行了仿真验证,证明了该方法的有效性。

基于相对增益矩阵和Prony技术的南方电网FACTS和HVDC之间交互影响分析

高压直流输电(HVDC)及灵活交流输电(FACTS)装置因其优良特性被广泛应用于现代电网中,但是其实际应用时间较短,加之其控制器的复杂性,使得对大规模交直流混联电网中FACTS装置之间及FACTS装置与HVDC间的交互作用的研究不够成熟和完善。文中以定量分析南方电网中FACTS装置之间以及FACTS装置与HVDC系统间的交互作用大小为目标,建立了含FACTS装置和HVDC系统的多机电力系统的线性化模型,并详细阐述了引入不同FACTS装置及直流系统时,控制变量、输出变量的选择及对代数方程的处理。接着对南方电网进行等值,利用该线性化模型推导出等值系统的传递函数,利用RGA方法找出FACTS装置之间以及FACTS装置与HVDC系统间的交互作用的大小。最后通过大扰动下的Prony分析验证了RGA分析结果的正确性。

Technology and engineering application of cross area HVDC interconnection system high-precision simulation modeling based on ADPSS

In recent years, a large number of high voltage direct current(HVDC) transmission projects have been connected to AC systems. This has started to have an impact on AC/DC hybrid power grids, particularly receiving terminal power grids. An HVDC system is a large-scale power electronic integrated nonlinear system, and it includes a primary system and a control and protection system. Hence, the precision and degree of detail of HVDC systems directly affect the actual effect of simulation. In recent years, in the case of the normal operation and failure of AC power grids, the abnormal fluctuation and even locking of HVDC systems caused by the inappropriate strategies of the control and protection system component have strongly affected power grids. This has significantly affected the safety and stability of receiving power grids and normal operation. In this study, the actual engineering HVDC control logic provided by a manufacturer is analyzed and simulated based on the user defined component library of the ADPSS electromagnetic transient calculation program, and an HVDC control model based on an actual system is established. The accuracy of the DC control custom model based on ADPSS is verified through the simulation of an actual power grid.

System security of hybrid AC-HVDC-systems challenges and new approaches for combined security assessment,preventive optimization and curative actions

The intense application of Voltage Source Converter based HVDC interconnections and grids will result in a hybrid AC-HVDC-system. The operation of such a system becomes complex regarding system security and system operation. This paper describes major challenges and proposes potential solutions, including a combined security assessment, preventive optimization and curative actions. A coordination of both systems enables an efficient application of existing transport capacity.

Performance of PSS to Damp Power Oscillations Caused by an HVDC Link in AC-DC Power System

HVDC (High Voltage Direct Current) systems are increasingly being applied to improve power system operation and controllability. However, inappropriate setting of HVDC controller may have a detriment effect on the system performance. Generally, PSS (Power System Stabilizer) is known as a simple concept, easy to perform, and computationally effective to enhance damping of power system oscillations through excitation control of synchronous generator. This paper examines the effectiveness of the PSS to enhance the dynamic performance of AC-DC power systems and to compensate the negative damping of HVDC system. The dynamic performance is evaluated by examining the system response to various disturbances. In order to ensure the reliability of the simulation test results as well as the performance of the PSS, detailed HVDC modeling is adopted using SimPowerSystems toolbox in the MATLAB, and some important conclusions are drawn.

Stability Enhancement and Blackout Prevention by VSC Based HVDC

This paper deals with the operation and performance of VSC （voltage source converter） based HVDC （high voltage direct current） interconnecting two extremely weak AC networks, the experience of Caprivilink project. It is shown in the paper that the HVDC converter automatically provides the supreme voltage and frequency stabilizing function when a critical situation is detected, no matter the disturbances appeared in sending end or receiving end AC networks. This supreme voltage and frequency stabilizing function makes it possible to avoid the blackout even if all the generators are tripped under an extra-ordinary worst contingency. By plots of recorded transients, the paper will show how the eventual blackouts are avoided.

Research on Scheduling Strategy of Flexible Interconnection Distribution Network Considering Distributed Photovoltaic and Hydrogen Energy Storage

Distributed photovoltaic(PV)is one of the important power sources for building a new power system with new energy as the main body.The rapid development of distributed PV has brought new challenges to the operation of distribution networks.In order to improve the absorption ability of large-scale distributed PV access to the distribution network,the AC/DC hybrid distribution network is constructed based on flexible interconnection technology,and a coordinated scheduling strategy model of hydrogen energy storage(HS)and distributed PV is established.Firstly,the mathematical model of distributed PV and HS system is established,and a comprehensive energy storage system combining seasonal hydrogen energy storage(SHS)and battery(BT)is proposed.Then,a flexible interconnected distribution network scheduling optimization model is established to minimize the total active power loss,voltage deviation and system operating cost.Finally,simulation analysis is carried out on the improved IEEE33 node,the NSGA-II algorithm is used to solve specific examples,and the optimal scheduling results of the comprehensive economy and power quality of the distribution network are obtained.Compared with the method that does not consider HS and flexible interconnection technology,the network loss and voltage deviation of this method are lower,and the total system cost can be reduced by 3.55%,which verifies the effectiveness of the proposed method.

HVDC系统换相失败对交流电网继电保护影响的机理分析

在交直流互联系统中,交流电网故障引发的直流换相失败可导致交流电网保护不正确动作。分析建立了换相失败情况下逆变器的开关函数模型和直流电流暂态变化模型;根据调制理论及卷积定理,推导出了换相失败情况下直流系统注入交流电网的等值工频及工频变化量电流的动态相量模型;通过分析表明该等值工频及工频变化量电流的变化特性有别于纯交流系统,可能造成交流电网故障引发换相失败时交流电网保护的不正确动作;最后,结合两种具体的交流电网保护,分析了直流换相失败导致交流电网保护不正确动作的机理,为交直流系统继电保护策略研究提供了理论基础。

HVDC换相失败典型暂态响应特性及其抑制措施

以CIGRE第一标准模型为研究对象,分析了交流系统发生各种故障时可能引发的换相失败,即不对称故障相相连的逆变器的上下2个换流阀最易发生换相失败,对称故障则依情况而定。基于电力系统电磁暂态仿真工具PSCAD/EMTDC对其发生常见故障时典型暂态响应过程进行详细的仿真分析与计算,据此提出了一些发生换相失败故障时通过控制模式的转换抑制其危害及恢复系统运行的举措,如逆变器一次换相失败故障可以通过改变换流器触发脉冲的次序以控制换相失败发展过程,避免发生更为严重的换相失败;对于2次换相失败,应投入包括最后一个开通阀在内的旁通对,以减少因故障而使换流变压器造成直流偏磁。

含VSC-HVDC的交直流混合系统状态估计

针对以电压源换流器(VSC)为基础的新一代高压直流输电(HVDC),对含VSC-HVDC的交直流混合系统进行静态状态估计。介绍了VSC-HVDC的稳态模型,通过确定交直流混合系统的量测函数、状态变量和雅可比矩阵,建立了含VSC-HVDC的交直流混合系统的状态估计模型;在基本加权最小二乘状态估计算法的基础上,提出了含VSC-HVDC的交直流混合状态估计同时迭代求解法;对经过修改的IEEE 14、IEEE30、IEEE 57节点系统算例进行仿真,从算法的估计误差、迭代次数和计算速度等方面验证了算法的有效性和实用性。

交流电网强度对模块化多电平换流器HVDC运行特性的影响

模块化多电平电压源换流器高压直流输电(modular multilevel converter high voltage direct current,MMC-HVDC)技术是一种新型的电压源换流器直流输电技术。计及交流系统与换流站交换功率的数学关系,应用图解法分析了交流电网强度对MMC-HVDC系统稳态特性的影响,同时分析了接入强、弱交流电网的直流系统在不同控制方式下设定值改变时的暂态特性。结果表明功率圆的大小及其相对位置可以直观地反映交流电网的强弱,以及控制方式对MMC-HVDC系统运行特性的影响。最后PSCAD电磁暂态仿真验证了上述结论的正确性。

用于改善交流系统暂态稳定性的VSC-HVDC交流电压–频率协调控制策略

小水电群富集的地区电网与主网的交流联络较弱时,容易引起系统低频振荡问题。用电压源换流器型直流输电系统(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)异步联接小水电群电网与主网的方式可消除小水电群引起的低频振荡问题。但小水电群电网属于弱交流系统,此场景下VSC-HVDC有必要参与弱交流系统的电压和频率控制。该文设计了一种改善交流系统暂态稳定性的VSC-HVDC交流电压–频率协调控制策略,该策略的首要控制目标是保证VSC-HVDC设备的安全,第二控制目标是提高交流系统的电压稳定性,第三控制目标是提高交流系统的频率稳定性。设计的协调控制器结构能够确保暂态过程中多个控制目标按照优先级顺序实现。以云南电网的实例分析表明:VSC-HVDC异步联网方案能够有效提高系统的小扰动稳定性水平;VSC-HVDC交流电压–频率协调控制策略能够改善交流系统的暂态稳定性。

电压源换相HVDC站内交流母线故障特性及保护配合

基于电压源型换流器的高压直流输电(voltage sourced converter based HVDC,VSC-HVDC)是一种以电压源换流器、自关断器件为基础的高压直流输电技术,其换流阀价格昂贵,需要进行必要合理的保护来保证换流阀的安全运行。内部交流母线故障是换流站内部一种严重的故障形式,因此,有必要对该故障进行分析从而进行保护设计。分析了内部交流母线故障的故障机制,同时针对故障换流站不同控制方式、不同运行模式下,非故障站的动作配合进行了深入的研究。通过在PSCAD/EMTDC中建立相应的电磁暂态模型,对内部交流母线故障进行了详细的模拟,给出了分析验证。结合不同应用下的系统运行要求,提出了故障后相应的两站保护动作配合要求。

降低多回HVDC同时换相失败风险的交直流混联受端系统STATCOM配置方案

在有多回直流馈入的交直流混联受端系统中,若交流系统短路故障引起多回直流同时换相失败,甚至闭锁,将对电网的安全运行造成严重影响。将风险的概念引入交直流系统同时换相失败问题,以三相短路故障为研究对象,提出一种以降低多回直流同时换相失败风险为目标的静止无功补偿器（static synchronous compensator,STATCOM）配置方法。首先提出一种考虑故障发生位置随机性的多回直流同时换相失败风险评价指标;根据换相电压幅值在故障暂态过程中跌落的规律以及STATCOM对暂态电压的调节特点,给出了预选故障的筛选和分类方法;建立了考虑同时换相失败风险的STATCOM优化配置模型,利用遗传算法求解该模型,得到不同风险下STATCOM的最优补偿方案;最后,通过仿真验证了配置方案的有效性。

风电场交直流混合输电并网中VSC-HVDC的控制

为提高风电场交直流混合输电并网的系统性能,提出一种更加灵活的电压源换流器高压直流(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)控制策略。对于风电场侧电压源换流器,设计了一种新的交流电压–功角控制方法。对于交直流混合输电模式,该方法通过调节风电场交流母线电压与电压源换流器输出电压间的功角来实现定有功功率控制。对于纯柔性直流输电模式,风电场交流母线电压自动被调节为具有恒幅恒频的交流电压,实现了对波动风电的同步输送。该方法中输电模式的变化无需切换控制;另外,通过附加电流高通滤波器增强了对系统谐振的阻尼作用。对电网侧电压源换流器,采用一种新的直接电流矢量控制,使直流电压稳定在参考值上。运用PSCAD/EMTDC仿真软件对分别接入笼型感应发电机(squirrel cage induction generator,SCIG)风电场和双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)风电场的交直流混合输电系统建模仿真。一系列运行条件下的仿真结果验证了控制方法的有效性与可行性。

AC/DC混合输电系统分散协调控制

针对电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)在应用中带来的AC/DC交直流输电系统的协调控制问题,建立了AC/DC数学模型,并对AC/DC提出了一种新的分散最优协调控制模式。在该模式中,逆系统线性化理论被应用于直流输电系统的控制。文中为了与交流电网相配合,将标幺制引入了直流输电系统,并以Lyapunov间接法证明了该闭环非线性系统的稳定性。AC/DC混合输电系统的数值仿真结果表明了该控制策略的有效性和鲁棒性。

交流系统接地故障对HVDC的影响分析

以最常见的交流系统单相接地故障为例,详细分析了 HVDC换流器的动态过程,包括换流母线电压特性、锁相环输出特性和阀换相特性。提出改进的开关函数法以求解故障期间的直流电压,该方法将直流侧电压表示为3部分,分别对应交流侧正序电压、负序电压以及导通时间变化量。建立了直流侧谐波计算的等值电路,该电路中故障侧换流器以谐波电压源表示,其幅值由开关函数计算得到,对侧换流器计及了换相过程的影响并以换相电抗的平均值表示。算例以及与 PSCAD／EMTDC的结果对照表明对故障期间换流器的动态过程分析正确,直流电压和谐波计算准确。该文所提出的改进的开关函数法解决了开关函数法不能应用于换流器不对称运行的问题,并可用于交流系统单相接地故障及阀不对称运行时的谐波分析。该谐波计算方法可用于HVDC控制保护中谐波保护定值的整定计算与校核。

基于自适应加权预测-校正内点法的含VSC-HVDC电力系统最优潮流

加权预测-校正内点法(WPC-IPM)求解含电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)的电力系统最优潮流时,迭代中后期校正环节加权会减慢收敛速度。提出一种自适应加权预测-校正内点法(AWPC-IPM),该方法以对偶间隙的变化趋势作为加权与否的判据,对偶间隙增大时加权,以抑制校正方向错误导致的收敛性变差,对偶间隙减小时不加权,以加快收敛。算例仿真结果表明,所提方法既有效抑制了校正方向错误对预测-校正内点法(PC-IPM)的影响,又加快了迭代后期的收敛速度。

MMC-HVDC典型扰动暂态响应特性分析

为揭示具有新型拓扑结构的基于模块化多电平换流器直流输电系统MMC-HVDC(modular multilevel converter high voltage direct current)的电磁暂态特性,对该系统进行典型扰动暂态响应的特性分析根据MMC拓扑结构,推导了交流电网不平衡时的MMC交流侧电磁暂态模型,并基于模型设计了正、负序双内环电流控制和外环功率控制的控制策略。同时,对MMC-HVDC在各种典型扰动下的暂态响应特性进行了详细的仿真分析,仿真结果表明所设计的控制策略的正确性。MMC-HVDC在遭受各种典型扰动时具有良好的暂态响应特性,并能稳定、充裕地运行。

交流系统横向故障对HVDC100Hz保护影响及特性分析

交流系统故障会引起直流后备保护动作。首先利用开关函数法分析得出对直流后备保护影响的主要因素是交流系统负序及3次谐波分量,而负序分量是最主要因素;然后采用对称分量法对影响直流后备保护的主要因素进行分析:交流系统主要故障参数如故障类型、地点、无功补偿、短路比等发生变化时,对直流后备保护的影响是不同的,有的呈现单调性、有的随故障类型及运行方式而异;最后利用文中分析确定反时限保护的动作范围。