基于线性变参数方法的VSC-HVDC变增益附加阻尼控制器设计

电压源型高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统的直流附加阻尼控制器能够提高交/直流并联输电系统的稳定性,增大系统区域间的阻尼,但VSC-HVDC的非线性特性,使附加阻尼控制器的性能受到影响。为解决这个问题,文中通过选取并联交流线路的有功功率作为变参数向量,应用线性变参数(linear parameter varying,LPV)方法,设计了VSC-HVDC的变增益附加阻尼控制器。仿真系统的特征值分析和时域仿真结果均表明：在系统运行方式大范围变化的情况下,文中所设计的LPV附加阻尼控制器能有效抑制交流系统区域间的低频振荡。     

一种阻断HVDC控制环节中次同步频率分量的方法

为抑制火电机组经高压直流输电(high voltage direct current transmissions,HVDC)系统送出的次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)问题,设计了一种阻断HVDC控制环节中次同步频率分量的方法,并进行了参数设计。通过机理分析研究了次同步作用路径的阻尼敏感度,研究结果表明在HVDC的整流侧通频带范围内(10~20 Hz),电气阻尼对触发角最为敏感。因此,在触发角控制量的生成环节中采用带阻滤波阻断方法可以直接有效地阻断次同步频率分量。采用PSCAD/EMTDC搭建某实际系统的电磁暂态仿真模型,进行了时域仿真和基于复转矩系数法的阻尼扫描,并采用Prony算法提取了模态振荡的特征量。分析结果表明,不同参数下的带阻滤波阻断法均能够显著提高模态频率附近的电气阻尼,有效抑制SSO问题,与附加次同步振荡阻尼控制器(supplementary sub-synchronous oscillation damping controller,SSDC)相比,阻尼能力较强。根据分析结果,给出了工程建议的最优参数。对采用滤波阻断法及未采用滤波阻断法时的系统直流电压和电流的动态过程进行了仿真对比,结果表明,所提出方法对直流系统的正常运行和控制的影响较小。     

高压直流系统附加次同步阻尼控制器的综合设计

交直流混联电力系统中由于高压直流系统(HVDC)的快速可控性,可能导致系统产生次同步振荡,附加次同步阻尼控制器(SSDC)是解决这一问题的有效方法。以含HVDC电力系统的小干扰数学模型为基础,结合经典自动控制理论,提出了一种基于最佳相位补偿和模态分离的SSDC设计方法。结合贵广II回直流输电系统,从特征值和电气阻尼曲线两方面验证了SSDC抑制次同步振荡(SSO)的效果,同时还分析了控制器参数对电气阻尼改善效果的影响。     

基于射影控制的直流输电和静态无功补偿器协调控制

为消除高压直流输电和静止无功补偿器在动态过程中附加阻尼控制的相互干扰,文章设计了基于射影控制的协调阻尼控制器。该控制器以广域信号为反馈输入,根据时滞系统稳定性定理形成参考状态反馈控制系统,基于射影控制原理获得低阶输出反馈控制。时域仿真和特征值分析结果均证明该控制器具有的良好阻尼效果,在不同的时滞下仍然可以很好地提供阻尼。     

考虑广域测量时滞的广义预测电网阻尼控制

针对大型电力系统模型的复杂性和时变性使得离线计算结果可靠度不高的问题,利用广域测量条件下数据实时同步高速采集的优点,将广义预测控制理论应用于电网阻尼控制系统,提出一种适用于广域测量条件的电力系统阻尼控制器设计方案,以实现系统的实时监测、滚动优化和反馈控制。该方案引入预估补偿器以克服远方反馈信号的时滞对控制性能的影响;通过在线辨识参数不断修正广义预测控制器模型和预估器参数进行优化控制,达到改善互联电网阻尼、抑制低频振荡的目的。基于EPRI 36节点系统和国内某实际电网的仿真试验结果证实了控制方法的有效性。     

考虑广域测量时滞的电网广义预测阻尼控制

针对大型电力系统模型的复杂性和时变性使得离线计算结果可靠度不高的问题,利用广域测量条件下数据实时同步高速采集的优点,将广义预测控制理论应用于电网阻尼控制系统,提出一种适用于广域测量条件的电力系统阻尼控制器设计方案,以实现系统的实时监测、滚动优化和反馈控制.该方案引入预估补偿器以克服远方反馈信号的时滞对控制性能的影响;通过在线辨识参数不断修正广义预测控制器模型和预估器参数进行优化控制,达到改善互联电网阻尼、抑制低频振荡的目的.基于EPRI 36节点系统和国内某实际电网的仿真试验结果证实了控制方法的有效性.     

一种抑制多馈入直流系统后续换相失败的低压限流单元参数优化策略

多馈入直流输电系统受端换流站电气距离近,直流系统与交流系统之间、直流系统与直流系统之间相互作用也更为复杂。当交流系统较弱时,故障恢复期间提供的无功支撑不足,容易引起多回直流系统发生后续换相失败。配置无功补偿装置,优化控制环节参数等措施均有利于改善直流系统的故障恢复特性。基于此,提出一种抑制多馈入直流系统后续换相失败的低压限流单元参数优化策略,利用静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)输出的无功大小来衡量直流系统恢复程度,并将STATCOM输出的无功功率和直流电压相结合作为输入信号,随故障发展过程自适应调整低压限流单元输入输出特性,降低系统发生后续换相失败的概率。在PSCAD/EMTDC中搭建含STATCOM的双馈入直流输电系统模型,仿真结果验证了所提策略的有效性。     

南方交直流混合电网区域振荡的协调控制策略

针对南方电网弱阻尼区域振荡模式的抑制问题,在分析了电力系统稳定器(PSS)、直流阻尼调制的控制机理及其控制效果的基础上,考虑到南方电网近距离直流多落点的特点,提出了一种PSS和直流阻尼调制的协调控制策略。在该策略中,结合模式可控性指标首先进行相关控制点的PSS参数优化以抑制直流调制不敏感的模式,在前一层优化的前提下再进行直流阻尼调制控制器的参数优化。这样既能保证二者的协调控制,又能有效地控制优化进程和降低计算量。最后通过仿真计算验证了协调控制策略的合理性和有效性。此工作可为研究近距离直流多落点交直流混合电网的低频振荡抑制问题提供新思路。     

南方交直流混合电网区域振荡的协调控制策略

针对南方电网弱阻尼区域振荡模式的抑制问题,在分析了电力系统稳定器(PSS)、直流阻尼调制的控制机理及其控制效果的基础上,考虑到南方电网近距离直流多落点的特点,提出了一种PSS和直流阻尼调制的协调控制策略。在该策略中,结合模式可控性指标首先进行相关控制点的PSS参数优化以抑制直流调制不敏感的模式,在前一层优化的前提下再进行直流阻尼调制控制器的参数优化。这样既能保证二者的协调控制,又能有效地控制优化进程和降低计算量。最后通过仿真计算验证了协调控制策略的合理性和有效性。此工作可为研究近距离直流多落点交直流混合电网的低频振荡抑制问题提供新思路。     

基于微粒群优化算法的最优电力系统稳定器设计

传统电力系统稳定器的性能受其参数影响很大,为提高电力系统机电暂态模型的阻尼,文中提出了一种优化电力系统稳定器参数的新方法。该方法以两个特征值基目标函数为基础,采用改进的微粒群优化技术对电力系统稳定器进行参数优化。特征值分析和非线性仿真结果表明,经过参数优化的电力系统稳定器能有效抑制本地和区域间振荡,提高系统的鲁棒性。     

向无源网络供电的VSC-HVDC系统控制策略

在同步旋转坐标系下,利用电压源型高压直流输电(voltage source converter based high voltage DC,VSC-HVDC)的暂态数学模型,提出了一种向无源网络供电的VSC-HVDC系统新型控制策略。基于非线性系统反馈线性化控制的逆系统方法,推导了VSC-HVDC的逆系统模型,构造了伪线性系统,实现了对VSC-HVDC系统有功功率和无功功率的解耦。采用极点配置方法对该伪线性系统进行了综合,设计了控制器,并对反馈线性化中重要的隐动态问题进行了讨论,保证了控制系统的稳定性。仿真结果表明,该控制器具有较好的动态性能。     

基于最优潮流的含VSC-HVDC交直流系统最大输电能力计算

已有的交直流系统最大输电能力计算模型无法直接应用于含电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)的交直流系统的最大输电能力计算问题。文中提出了一种基于最优潮流的最大输电能力计算方法,通过将最优潮流模型拓展到系统的多种运行状态,从而能够准确反映N-1安全约束及N-1故障后VSC-HVDC的控制约束。为解决因考虑N-1安全约束导致的模型求解规模过大的问题,针对含VSC-HVDC的交直流系统的特点,进一步提出一种同时考虑故障对静态电压稳定性及支路传输容量越限影响的N-1故障筛选方法。为保证解的性能,在优化软件AMPL中调用COUENNE求解器对以上模型进行求解,能够同时给出最大输电能力和相应的VSCHVDC控制方式及参数整定值。通过修改的4节点系统、IEEE 118节点系统及辽宁省鞍山电网,验证了所提方法的有效性。     

风电场柔性直流输电的故障穿越方法对风电机组的影响

柔性直流输电(VSC-HVDC)系统是大型风电场并网的较好选择,当发生交流系统故障时,故障穿越控制器可维持该系统的稳定性。然而,控制器会对风电机组造成一定影响。针对大型风电场VSC-HVDC系统接入的故障穿越问题,文中首先在PSCAD/EMTDC中建立了含有普通异步/双馈风电场详细模型的两端VSC-HVDC系统仿真模型,并验证了升频法和降压法两种典型的故障穿越方法。然后进一步研究了不同类型风电机组在不同的故障穿越方法下的特性和差异,从而得出风电场VSC-HVDC系统的故障穿越方法对风电机组的影响规律。研究得出的结论可以为不同类型的风电机组接入VSC-HVDC系统时故障穿越方法的选择提供一定的参考依据。     

多回LCC-HVDC分区馈入电网中柔性直流接入位置的确定方法

馈入同一交流系统的多回传统直流(LCC-HVDC)存在发生同时换相失败的可能,通过柔性直流(VSC-HVDC)实现交流电网的分区运行是解决该问题的方法之一,而柔性直流接入位置的确定方法是实现分区互联的重要研究内容.首先,基于雅可比转移矩阵搭建了考虑电网换相换流器(LCC)和电压源型换流器(VSC)的全系统微增量模型,计算了VSC的运行阻抗,进而计算出基于阻抗的有效短路比(IESCR).随后,对分区拓扑进行了理论分析,得到了VSC-HVDC接入位置、传输功率和IESCR的关系.而后,充分考虑正常运行和N-1运行状态,提出了包括IESCR在内的9个评价指标,给出了VSC-HVDC接入位置的评价流程.基于IEEE 39节点模型给出了算例,对3个VSC-HVDC接入位置计算出了各评价指标的值并给出了得分,确定了其中的最优接入位置.     

含VSC-HVDC的交直流系统内点法最优潮流计算

电压源换流器(voltage source converter,VSC)在稳态模型和工作原理上与传统高压直流输电(high voltage directcurrent,HVDC)的换流器有本质区别,因此传统的交直流系统最优潮流计算方法不适用于含基于电压源换流器高压直流输电(VSC based HVDC,VSC-HVDC)的交直流系统。讨论一种适用于原对偶内点法(primal-dual interior-pointmethod,PDIPM)和预测校正内点法(predictor-corrector PDIPM,PCPDIPM)解最优潮流的VSC-HVDC稳态模型。基于该稳态模型,将VSC-HVDC直流网络与交流系统结合起来,对交直流系统进行联立求解,并对多组算例进行仿真和分析,算例结果表明原对偶内点法在解决含VSC-HVDC的最优潮流问题的能力上,保持了传统内点法最优潮流的高效性,而在同样的条件下,预测–校正内点法迭代次数大大少于原对偶内点法。     

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。     

含VSC-HVDC的交直流混合发输电系统可靠性评估

建立了含柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)的交直流混合发输电系统的可靠性分析模型,该模型既考虑了VSC-HVDC的稳态功率特性,还计及了发输电网络的故障率和输电线路的有功限制,采用非序惯蒙特卡罗仿真实现;在满足系统安全约束的前提条件下,对系统进行模拟调度,重点评价了与发输电网络连接的VSC-HVDC对电网可靠性的影响,给出系统和节点的风险指标,为VSC-HVDC规划和运行提供参考依据,最后算例分析证明了该算法的可行性和合理性。     

±320 kV厦门双极柔性直流输电工程系统设计

为了避免采用对称单极接线柔性直流工程在可靠性、绝缘水平以及大容量换流变压器运输制造上的缺点,±320kV/1 000 MW厦门柔性直流输电工程是世界范围内第一个采用双极接线的柔性直流工程。文中以厦门工程为背景对双极高压大容量柔性直流工程的系统设计展开研究。首先,通过主接线优化设计使得采用双极接线的柔性直流工程具备3种运行方式,提高了系统的可靠性。其次,高压大容量柔性直流工程中设备裕度通常较小,通过对主回路参数开展精确计算从而实现小容量可关断器件支撑工程大功率传输。最后,对比了采用对称单极接线和双极接线柔性直流工程的暂态特性,即采用双极接线的工程暂态过电压较低但暂态电流恶化。提出通过暂态电流精确解析计算方法以及优化布置等方法,确保工程可关断器件的安全性。实践表明所提设计方法是可行和有效的。     

柔性直流输电控制及保护系统

介绍了柔性直流输电控制及保护系统的工作原理。结合上海南汇柔性直流输电示范工程,描述了中国制造的柔性直流输电控制及保护系统的组成和软件配置,并给出了实时数字仿真器（RTDS）仿真验证结果,表明其在稳态和暂态过程中均具有良好的控制效果,适合实际工程应用。