大规模光伏经柔性直流送出系统交流侧故障穿越特性分析及参数优化

为研究大规模光伏经柔性直流送出系统交流侧故障对系统故障穿越期间直流电压、有功功率等的影响,提出了基于等效受控电流源模型的建模分析方法。首先,定性分析了大规模光伏经柔性直流送出系统交流故障穿越特性,将送端交流侧故障对柔性直流系统直流电压的影响间接转化为系统有功功率特性研究。然后,基于故障期间光伏侧逆变器和送端换流站运行控制特性建立了全系统等效受控电流源模型,探究了光伏侧逆变器电流设定值和送端换流站电流限幅值对有功功率传输特性的影响,进而提出了故障期间光伏侧逆变器和送端换流站电流参数的优化设计方法。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提方法的有效性。     

风电–多端柔直送出系统电压源型控制

为解决风电–多端直流送出系统并网带来的惯量缺失及稳定性问题,该文提出一种适用于受端换流站的电压源型控制策略。在受端换流站利用直流母线等效电容固有动态特性实现无锁相环自主电网同步控制,使受端换流站对交流电网体现为电压源,解决并入弱电网的谐振问题;并在直流侧附加虚拟电阻,使直流侧体现为下垂特性,以协调多受端换流站间的功率分配。此外,受端换流站直流侧电压还能自主响应电网频率变化,自动调节直流系统潮流,从风场或其他电网调用功率,为出现频率偏差的电网提供频率支撑。最后通过PSCAD/EMTDC仿真软件构建四端直流系统仿真算例,验证所提控制方法的有效性。     

直驱风电场经LCC-HVDC外送系统阻抗建模及振荡机理分析

由于大规模远距离输送的客观需要,直驱风电场经电网换向换流器高压直流(line-commutedconverterhigh voltage direct current,LCC-HVDC)送出已经成为一种常见方式。然而,风电机组与LCC-HVDC的交互作用尚未明确,可能引发的振荡问题会危害电网的稳定安全运行。文中首先采用双傅里叶变换得到交/直流映射函数的频域表达,建立直驱风电场经LCC-HVDC送出系统阻抗模型。然后,基于送出系统在各频段内的主导因素分析,开展送出系统阻抗特性分析,研究对次同步频段和超同步频段内阻抗特性影响较大的因素。最后,结合仿真案例分别揭示直驱风电场经LCC-HVDC送出系统在次同步和超同步存在的振荡风险,并阐述振荡机理。     

LCC-HVDC送端电网等值方案研究

大规模新能源经电网换相高压直流输电(LCC-HVDC)送出时,极易引发送端电网暂态过电压.通过建立LCC-HVDC及送端等值电网电磁暂态仿真模型,可以详细分析其暂态过电压特性,进而优化其控制策略.目前,针对LCC-HVDC送端电网等值的相关研究较少.结合工程需求,给出一种适用于LCC-HVDC送端电网的等值方案.首先,根据主干网各梯级断面点节点残压大小与LCC-HVDC电气耦合强弱的关系,提出一种基于节点残压的内部系统主干网确定方法.该方法在快速确定内部系统范围的同时,可有效避免等值过程中可能因人为因素而引起的等值误差;然后,以梯级断面点为依据划分拓扑区域,以等值前后各拓扑区域电气特性一致为原则,提出内部系统中包括新能源电源在内的等值电源、负荷及变压器等元件的详细参数确定方法;最后,给出LCC-HVDC送端电网多端口戴维南等值方法,简化了外部系统.基于国内某LCC-HVDC送端电网等值方案实际算例,验证了所提等值方案的有效性.     

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。     

观音岩电站送出直流工程系统谐波阻抗特性研究

观音岩电站送出直流工程是南方电网异步联网工程的重要组成部分。相对于其他直流工程,该直流的特点主要有:1送受端换流站可能存在的运行方式较多;2受端换流站送出线路加装串补,且最终串补度尚未确定。针对观音岩电站送出直流工程的特点,采用NIMSCAN程序对该直流工程送受端换流站的系统谐波阻抗特性进行了研究。对于送端换流站,比较了联网运行方式和孤岛运行方式下的系统等值谐波阻抗特性;对于受端换流站,按照送电方向的不同对系统的谐波阻抗进行分别计算。最后,分析了换流站出线串补的串补度变化对系统谐波阻抗参数的影响。     

风电场柔性直流并网与传统直流外送的源网协调控制策略

针对西部高原地区风电场采用柔性直流并网与传统直流外送导致送端电网频率变化敏感的问题,提出传统直流、柔性直流、风电场参与送端电网频率调节的源网协调控制策略。首先,在传统直流和风机中引入一次调频特性和惯性控制环节的变功率附加控制,在柔性直流电网侧换流站引入变电压附加控制,风电场侧换流站引入变频和直流电压偏差附加控制;其次,协调了发电机、传统直流、柔性直流、风电场参与送端电网频率调节的时序;最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型。仿真结果表明:该源网协调控制策略能增加送端电网的惯量,提高系统频率稳定性;能有效减小送端电网故障期间柔性直流的直流电压波动幅度。     

送端多直流落点谐波耦合引发铁心饱和不稳定的研究

换流站的谐波通过交流网络相互作用使得送端多落点直流输电系统的谐波不稳定问题很复杂。在PSCAD/EMTDC中建立只含整流器的送端多直流系统模型的基础上,采用频率扫描和时域仿真相结合的方法,研究了送端多直流落点换流站谐波通过二次耦合阻抗相互作用引起换流变压器铁心饱和直流侧基频阻抗角差对系统的影响;并提出了二次耦合阻抗的阈值来评估送端多落点直流。结果表明：当耦合阻抗阻抗角一定时,阈值的幅值随交流侧二次频率阻抗幅值增大而增大,随直流侧基频阻抗幅值减小而增大,随变压器拐点降低而增大,随变压器磁化电流的降低而增大。     

送端多直流落点谐波耦合引发铁心饱和不稳定的研究EI北大核心CSCD

换流站的谐波通过交流网络相互作用使得送端多落点直流输电系统的谐波不稳定问题很复杂。在PSCAD/EMTDC中建立只含整流器的送端多直流系统模型的基础上,采用频率扫描和时域仿真相结合的方法,研究了送端多直流落点换流站谐波通过二次耦合阻抗相互作用引起换流变压器铁心饱和直流侧基频阻抗角差对系统的影响;并提出了二次耦合阻抗的阈值来评估送端多落点直流。结果表明:当耦合阻抗阻抗角一定时,阈值的幅值随交流侧二次频率阻抗幅值增大而增大,随直流侧基频阻抗幅值减小而增大,随变压器拐点降低而增大,随变压器磁化电流的降低而增大。     

弱受端场景下角型链式STATCOM接入HVDC系统的阻抗建模及稳定性分析

为抑制电网换相换流器型高压直流输电(line-commutated converter based high-voltage direct-current,LCC-HVDC)换相失败的发生,静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)在受端系统得到应用。然而随着LCC-HVDC系统的发展及新型电力系统的构建,受端电网呈现弱电网的特征。在弱电网条件下,LCC-HVDC系统、STATCOM与弱受端电网交互作用容易引发谐波振荡。该文采用阻抗分析法分析了含角型链式STATCOM的LCC-HVDC系统与受端电网的交互稳定性问题。首先提出一种改进的LCC交流电流和直流电压计算方式,以避免LCC复杂的换相开关函数的线性化。然后基于谐波状态空间(harmonic state space,HSS)理论,分别推导了LCC-HVDC系统以及角型链式STATCOM的多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)阻抗模型。此外,为了便于阻抗测量和稳定性分析,将MIMO阻抗模型等效转化为单输入单输出(single-input singl...     

溪洛渡—浙西特高压直流投运后系统稳定特性及协调控制策略

溪洛渡—浙西特高压直流投运后,将与复龙—奉贤特高压直流形成我国届时最密集的特高压多直流送出系统。分析了多直流送出系统与交流电网的耦合特性,提出了多直流送端系统故障后送端交直流协调控制策略。多直流送出系统由于电气距离较近,故障后相互支援可靠性较高,且对送端区域电网潮流影响较小;但存在多个直流同时闭锁的风险,需要采取大量的控制措施。研究了溪浙直流投运后与受端交流电网相互影响规律,并对交流系统和直流系统重要参数进行敏感性分析。结果表明,优化参数能有效提升受端电网稳定性。     

串联混合型直流输电系统的小信号模型及其稳定性研究

针对高压端采用电网换相换流器(linecommutated converter,LCC)、低压端采用模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)串联构成的串联混合型直流输电系统,该文建立了其状态空间及小信号模型。推导LCC与MMC在交、直流侧的数学模型,换流站间及换流站与交直流系统间的接口模型,建立包含LCC、考虑详细内部动态特性的MMC、直流输电线路、交流系统的串联混合型直流输电系统状态空间模型及对应的小信号模型,并与电磁暂态仿真模型的动态响应特性进行对比,验证所提建模方法的准确性。研究了受端交流系统强度对串联混合型直流输电系统小信号稳定性的影响,结果表明高压端LCC和低压端MMC之间的耦合作用在一定程度上降低了弱交流系统下串联混合系统的稳定裕度。     

内蒙古电网——华北电网柔性直流背靠背联网初探

内蒙古电网与华北电网之间采用柔性直流背靠背换流站和交流联络线联网的设计方案,在PSCAD中对柔直矢量控制、内外环控制等控制策略进行详细建模,仿真分析了背靠背换流站的适应性和直流背靠背联网后的系统特性,结果表明,在一定的运行方式下外送交流线路的串补可能引起柔性直流系统与受端交流系统之间的次同步振荡,频率约为48 Hz。     

直流断线故障下海上风电经柔性直流送出系统的暂态特性

断线故障为常见的直流故障类型之一,研究该场景下海上风电经柔性直流送出系统的暂态响应特性对于系统的保护方案设计有着重要参考价值。首先,分析了直流母线正极断线故障下短路电流产生机理,推导了非故障极短路电流表达式,并分析了接地阻抗参数对该短路电流特性的影响。其次,研究了故障期间风电场侧与电网侧换流站交直流侧暂态电压演变特性。研究表明:故障期间风电场侧直流电压与其有功输出正相关,且两端换流站交流阀侧电压产生了一对大小相等、方向相反的直流偏置分量;此外,采用较大的接地阻抗参数可有效降低短路电流对系统运行性能的影响。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了全系统的电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了暂态特性分析的正确性与参数选择的合理性,对于大规模海上风电经柔性直流系统并网的规划设计具有一定的指导意义。     

考虑定功率-定关断角方式的交直流协调三级电压控制方法

在送-受端定功率-定关断角(CP-CEA)的直流控制方式下,两侧换流站调压控制的相互耦合会导致交直流系统自动电压控制(AVC)不协调情况下的额外动作问题更突出。为此,文中提出了考虑CP-CEA方式的交直流协调三级电压控制方法。在常规交流系统三级电压控制模型的基础上,新模型增加了直流线路有功损耗目标、送-受端换流关口无功的控制死区约束以及直流电压和触发角的安全运行约束,从而实现了受端交流系统三级电压控制对直流系统的协调作用。以IEEE 39节点修正系统和实际河南电网为例,仿真验证了所建模型的有效性。仿真结果表明,所提方法不仅可以避免因交流系统潮流波动引起的换流站离散调压设备动作,而且能有效降低交直流系统有功损耗。     

送端交流不对称故障下LCC-MMC-HVDC穿越控制策略研究

混合直流输电系统将LCC-HVDC和VSC-HVDC进行优势互补,其发展面临的一个问题是:当送端交流系统发生不对称故障时,LCC-MMC混合直流输电系统将面临输送功率跌落甚至中断和直流侧二倍频波动的问题。首先阐述了LCC-MMC-HVDC的拓扑结构、数学模型和基本控制策略,在分析系统在送端交流不对称故障情况下暂态特性的基础上,提出集功率续传和二倍频波动抑制为一体的穿越控制策略:基于主动降压控制的功率续传策略通过改变逆变侧MMC运行点减小输送功率跌落幅度;三次谐波注入法增大了逆变侧直流电压的可调节范围;直流电压波动抑制策略中,逆变侧直流电压作为唯一控制变量,有效降低送端交流系统负序分量对系统逆变器及受端系统造成的影响。最后,在PSCAD/EMTDC中建立仿真模型,算例仿真结果验证了所提出穿越控制策略的有效性。     

混合直流输电系统送端交流暂态电压特性研究

对于大规模新能源特高压直流外送系统,受端电网故障可能导致送端电网电压剧烈变化,严重威胁送端电网的安全稳定运行,因此送端电网暂态电压是直流输电系统适应性的重要考虑因素。混合直流输电结合了常规直流和柔性直流的优势。针对大规模新能源混合直流外送应用场景,首先介绍了两端混合直流输电系统典型拓扑,建立了相应数学模型,阐述了基本控制结构。然后分析了当受端交流电网发生短路故障,采用不同直流输电拓扑方案时送端电网的交流暂态电压特性。最后在PSCAD/EMTDC搭建了不同混合直流输电系统仿真模型,验证了上述分析的有效性。     

送出直流对工频变化量元件的影响机理分析

为了从理论上分析送端交流系统工频变化量保护的动作特性,建立了送端交流系统故障下的整流侧直流系统的等值工频变化量阻抗模型。基于所建立的数学模型,并结合直流控制系统的故障响应特性,对不同故障情况下直流系统的等值工频变化量阻抗特性进行了分析,进而分析了送出直流对工频变化量元件的影响。研究表明:在送端交流系统故障情况下,直流等值工频变化量阻抗在大部分条件下呈容性,可造成工频变化量距离元件保护范围的缩小和工频变化量方向元件的误判。最后通过PSCAD/EMTDC仿真软件对理论研究进行了仿真验证。     

柔直电网多换流站有功功率协调控制策略研究

不同于以往的多端柔性直流工程,柔性直流电网工程送端采用交流耗能装置来解决功率盈余问题。针对柔直电网换流器故障退出导致直流电网正负极有功功率失衡的问题,提出直流电网各端换流站正负极换流器自适应有功功率控制策略。基于RTDS搭建柔直电网系统实时仿真平台,分别模拟功率送端、功率受端和调压端单换流器故障及双换流器故障。对所提出的多换流站有功功率协调控制策略进行了仿真验证,试验结果表明提出的多换流站有功功率协调控制策略正确可靠。     

考虑谐波耦合特性的LCC-HVDC换流站小信号建模

谐波间的耦合作用关系着系统的动态稳定性能,为在对电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)系统数学建模时考虑该动态耦合过程,提出了基于12脉波换流器的开关函数理论与指数傅里叶级数相结合的LCC-HVDC小信号谐波状态空间(harmonic state space,HSS)建模方法。该建模方法不仅考虑了谐波的相互耦合作用,具有较高建模精度,同时也揭示了换流站处于不同运行模式下,交/直流侧谐波通过换流站传递到直/交流侧的动态耦合机理。最后,通过PSCAD电磁暂态仿真结果与小信号模型计算结果的对比,验证了文中提出的LCC-HVDC系统小信号HSS模型的有效性及内部谐波动态分析的正确性。该研究结果还为系统稳定性评估与参数优化奠定基础。