直流电压测量时间常数对直流送端孤岛系统运行的影响

由于直流送端交流系统"孤岛"、不联网方式运行,送端交流系统强度一般都比较弱。送端交流系统故障会导致交流系统电压和直流电压的降低。在直流送端"孤岛"运行、直流定功率控制方式下,基于实时闭环仿真系统模型,对直流电压测量时间常数对系统运行稳定性的影响进行理论分析和仿真验证。较小的直流电压测量时间常数使直流控制系统响应较快,电压降低后,直流控制系统迅速增加电流定值以维持直流输送功率的恒定,有可能导致送端交流系统因无功不平衡而电压严重降低,甚至是电压失稳;较大的直流电压测量时间常数使直流控制系统响应较慢,在系统电压恢复后,直流电流定值有可能继续增加,从而使直流功率不断增加,有可能导致送端有功不平衡,交流系统频率严重降低,甚至失稳。还针对系统分析和实际工程给出了启示性的建议。     

描述直流孤岛送电系统的3个指标

送端电网采用直流孤岛运行方式,能有效解决大容量直流双极闭锁后大规模潮流转移导致的交流主网暂态稳定问题,但缺陷是送端系统自身的短路比和等效惯性常数较联网时显著减小,承受扰动能力较弱,因此,定量评估这类直流孤岛送电系统的强弱对直流工程的规划与运行具有重要指导意义。基于直流孤岛送电系统等效模型,考虑发电机电压调节器的作用,详细阐述了不同时间尺度下送端交流系统的戴维南等效电压源与等效阻抗的取值原则,并在PSCAD/EMTDC中搭建简化系统验证其正确性。在此基础上,提出了交流系统暂态阻抗、交流系统稳态阻抗以及等效惯性常数3个指标,分别用来描述直流孤岛送电系统的暂态过电压水平、直流功率输送能力以及频率暂态性能。3个指标可以直观体现直流孤岛送电系统的一些运行特性,从而实现对直流孤岛送电系统强弱的定量评估。     

云广直流孤岛运行机网控制特性实时仿真平台研发及其应用*

为了研究云广直流孤岛运行的机网控制特性,对送端机组的控制系统进行建模,将送端机组的励磁、调速和监控等控制系统接入RTDS仿真系统以及直流系统的控制保护系统和安稳系统,研发了一个新的云广直流孤岛运行闭环仿真平台。基于该平台对送端机组的调速、励磁控制器的逻辑和参数进行了辨识,进而搭建了调速、励磁系统的RTDS数字控制模型。纯数字控制模型与实际控制器的仿真对比,以及孤岛实时仿真结果与现场试验结果的对比表明,所建立的仿真平台与实际孤岛在响应特性和控制性能上具有很高的一致性。     

云广直流孤岛系统逆变侧交流故障仿真研究

云广特高压直流孤岛运行时,送端电网短路比和有效惯性常数显著低于联网方式,承受扰动能力较弱。如果逆变侧交流系统发生接地故障导致逆变站换相失败,直流电压和直流功率将大幅降低,引起送端孤岛系统过电压和频率升高。利用PSCAD/EMTDC电磁仿真软件,针对云广直流孤岛系统两种典型运行方式,研究了逆变侧交流系统故障对送端孤岛系统的影响。仿真结果表明:逆变侧交流系统故障引起的直流换相失败持续时间越长,整流侧交流系统短路比和有效惯性常数越小,送端孤岛系统受故障影响越严重;云广直流在两种典型孤岛运行方式下,逆变侧交流系统发生故障时,送端孤岛系统都能保持暂态稳定。     

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。     

基于稳态特性的特高压半波长与直流混联系统电压无功控制

基于半波长输电系统准稳态模型,建立了特高压半波长与直流混联系统,即通过直流线路异步联网的系统间接入半波长输电线路的系统方程,结合直流线路滤波器投切、送受端无功补偿装置等,研究了半波长输电线路两侧端口处系统电压和无功特性,提出了半波长不同送电功率和直流运行功率变化时基于系统的稳态潮流特性的特高压半波长与直流混联系统的送受端联合电压无功控制方案,分析了不同送电功率和负载功率因数情况下半波长输电线路的电压和电流分布特性,以及直流运行功率变化对半波长输电系统潮流电压的影响。     

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。     

抑制换相失败期间送端电网过电压的控制策略研究

在受端交流系统发生故障时,基于电网换相换流器的直流输电系统存在换相失败的问题,这会导致直流输送功率中断,送端无功功率过剩将造成送端交流电网过电压,可能会造成风机等新能源设备脱网。因此,提出了一种抑制换相失败期间送端过电压的控制策略,在发生换相失败时快速投入逆变侧旁通对,并根据交流滤波器总输出无功功率计算出故障期间低压限流控制特性(VDCOL)的直流电流指令值。该策略可使直流系统在有功功率中断的运行模式下,保证送端换流阀能够正常换相并维持一定的直流电流,从而避免发生送端交流电网过电压的问题。仿真结果验证了该控制策略的有效性,在不同短路比的强、弱交流系统中均可适用。     

±800 kV雁淮特高压直流系统送端孤岛运行闭锁策略

特高压直流系统送端系统属于弱系统时,一旦被迫进入孤岛运行方式,面临无法稳定运行风险。目前推荐的解决策略是闭锁直流系统、切除交流滤波器和切除配套发电机等。各策略执行过程必然存在先后动作时序,不同时序可能产生不同的结果。文章以±800 kV雁淮直流工程为研究对象,考虑湖关Ⅰ线检修时最大输送功率为4 300 MW的运行方式,进行电磁暂态仿真分析。结果表明：雁淮直流工程送端进入孤岛方式后,交、直流电压与功率均发生无序波动,频率跌入机组低频保护动作范围。通过分析不同解决策略下各电气量运行情况,得到如下结论：孤岛后若闭锁直流系统早于切除机组,交流系统将产生约2.0 pu过电压;若只切除机组而不闭锁直流系统,则受端电网有2.00 s以上的功率缺额冲击,频率降低0.2 Hz。针对上述策略存在的不足,提出孤岛后极控系统经短延时闭锁直流系统,确保送端发电机组先被切除情况下,受端协控系统能及时启动功率调制措施。     

特高压混合三端直流输电系统换流站电流转移抑制策略

特高压混合多端直流输电系统需要具备有效的换流站电流转移抑制策略,尤其针对阀组投退过程,应避免因过流而触发暂时性闭锁。基于特高压混合三端直流输电系统,提出了2种采用受端直流电流作为控制量的电流转移抑制策略：基于直流电流-直流电压偏差量的电流转移抑制策略控制对象为阀组的直流电压;基于直流电流-直流功率偏差量的电流转移抑制策略控制对象为交流有功功率。然后基于PSCAD/EMTDC搭建了特高压混合三端直流输电系统的仿真模型,通过对比采用策略前、后系统的动态特性验证了所提抑制策略的有效性,并对比了2种电流转移抑制策略性能的优劣。仿真结果表明,投阀时基于直流电流-直流电压偏差量策略的抑制过流性能更为优越,退阀时基于直流电流-直流功率偏差量策略的抑制效果更为优越。     

适应风电接入的异步联网高压直流输电系统自适应调频控制策略

大规模风电接入高压直流送端系统将导致系统惯量降低,送端系统调频能力不足。为充分挖掘直流和风电协同调频的潜力,提高含风电高压直流送端系统的调频性能,提出一种基于频率轨迹规划的异步联网高压直流输电系统自适应调频控制策略。分析了含风电高压直流送端系统的频率控制特性;综合考虑风电主动频率支撑和直流辅助频率控制,以频率偏差和频率变化率为量化指标,生成参考频率轨迹;在此基础上,对频率轨迹进行区域划分,以参考频率轨迹为基准,实现高压直流输电对送端系统频率的自适应调节。基于MATLAB/Simulink平台搭建改进的两区域4机模型进行仿真分析,验证了所提策略的有效性和优越性。     

基于多直流功率支援的直流偏磁治理策略

现有的直流偏磁治理均是从抑制设备的研发层面着手,无法实现从根源上治理直流偏磁。该文提出了一种基于多直流功率支援的直流偏磁抑制方法。首先在PSCAD/EMTDC平台上搭建了宜昌电网变压器中性点直流电流分布仿真模型,根据同一输电断面内多条直流输电线路可进行功率支援的特点,提出主动降低处于单极-大地运行方式的直流线路的输送功率,由同一输电断面中其他直流线路承担相应输送功率缺额,主动制造反向不平衡入地电流以中和单极-大地回线中的直流电流,以此降低交流电网中变压器中性点直流电流的幅值。最后,采用遗传算法对送端机组出力进行优化,并借助PSASP平台对功率转移后送端电网的静态稳定性及暂态稳定性进行了校验。     

基于调相机与SVC协调的抑制高压直流送端风机脱网的控制策略

在大规模风电接入的高压直流送端电网中,针对发生直流故障后送端交流电压大幅波动导致的风机连锁脱网问题,探讨了直流故障导致风机连锁脱网的内在机理,分析了调相机和静止无功补偿器(SVC)在换相失败和闭锁过程中的动态无功响应特性;在此基础上,提出一种基于换流站侧调相机与风电场侧SVC协调的抑制高压直流送端风机脱网的控制策略:在换相失败和直流闭锁的不同时期,根据送端电压变化特点,分时发挥调相机自发无功响应能力、励磁控制能力和SVC无功调节能力,以抑制暂态压降或暂态压升的幅度超过风机脱网的保护阈值.最后,通过对测试系统和实际电网的仿真,验证了所提控制策略可有效抑制直流故障后送端暂态电压变化,降低风机连锁脱网的风险.     

南方电网西电东送暂态功率传输极限研究

对2005年南方电网的暂态功率传输能力进行了仿真分析以研究各种大扰动条件对西电东送传输功率极限的影响.仿真结果表明,直流线路的单/双极闭锁故障对南方电网暂态功率传输能力的影响相对较小,贵广直流闭锁故障对功率传输的影响最大;交流系统发生单一故障时,合理分配云南和贵州的机组发电功率、适当减少临界机组的发电功率及在某些关键节点加装静止无功补偿装置(SVC)等措施,可以明显提高暂态条件下西电东送的功率传输极限.     

特高压混合级联多端直流输电系统的协调控制策略研究

逆变侧采用电网换相换流器(LCC)和模块化多电平换流器(MMC)串联组成的特高压混合级联多端直流输电系统,为特高压直流输电提供了一种更为经济、灵活、快捷的输电方式。基于现有直流电网的协调控制策略,文中对受端MMC阀组之间的协调控制策略进行了深入的分析研究,并考虑了5种协调控制策略。然后,在PSCAD/EMTDC中,对上述5种策略遭受不同故障的响应特性分别进行仿真,故障包括送端交流故障、直流线路故障、受端LCC交流故障、受端MMC1交流故障及MMC1紧急闭锁退出。最后,基于仿真结果,对上述5种协调控制策略的适用性进行了对比分析。仿真结果表明:策略1和策略3遭受各种故障均能有效穿越;策略2、策略4和策略5在遭受直流线路故障时均发生不同程度的功率倒转,需要采取措施抑制。     

直流闭锁后系统暂态稳定紧急协同控制策略研究

交流故障引发的电网换相换流器型高压直流输电在短时间内多次换相失败将导致直流闭锁,严重威胁故障后系统的安全稳定运行。提出了考虑直流闭锁过程的多直流功率支援和送端切机的紧急协同控制策略,以保障故障后系统的暂态稳定。首先,基于相轨迹首摆过程中斜率变化特性,定义了紧急控制投入判据,并推导出所需控制量与控制投入时刻、系统惯性等参数的解析表达式。其次,建立了可提供控制量与直流参与功率支援条数和送端切机台数的数学关系,并基于故障后稳定平衡点变化特性,确定了直流参与功率支援顺序以及送端切机顺序。最后,搭建了改进的IEEE 68节点交直流混联系统机电-电磁混合仿真模型,验证了所提策略的正确性和有效性。     

换相失败下柔性直流与传统直流互联输电系统的暂态无功协调控制策略

为了抑制柔性直流与传统直流互联输电系统中传统直流换相失败导致的送端电网暂态低电压和过电压,充分发挥柔性直流为传统直流提供无功支撑的能力,提出一种基于触发角的暂态无功协调控制策略。传统直流换相失败时触发角与送端暂态电压关系密切,基于此,将暂态过程中根据触发角得出的无功补偿值附加到柔性直流逆变器外环无功环节中,调整柔性直流逆变器发出的无功功率,改善送端电网电压的暂态特性。对比分析所提控制策略与柔性直流定交流电压控制的控制性能。在PSCAD/EMTDC中搭建互联输电系统的仿真模型,结果验证了所提控制策略的适应性,且该控制策略的控制效果优于柔性直流定交流电压控制。     

MGP提高直流送端新能源动态无功补偿能力研究

高压直流输电线路送端常伴随一定比例的新能源电源接入,新能源占比过高会导致电网动态无功补偿能力不足,并降低送端系统电压调节能力和直流线路有功功率传输稳定性。同步电机对系统(motor-generator pair,MGP)具备动态无功补偿能力,能较好满足新能源电场与直流输电线路送端暂态无功需求。本文根据MGP的系统结构和数学模型,分析了MGP提供动态无功补偿的响应过程,得出适当减小Xd″、Xd′、Td0′与励磁调节器励磁增益倍数可以增强MGP无功输出能力的结论。对比了交流系统不同程度电压降落下MGP的动态无功响应能力;在此基础上,还研究了改善MGP系统结构参数后其无功补偿能力的提升表现。仿真结果表明:交流系统电压跌落幅值越大,MGP的动态无功补偿能力越强,更有利于维持直流线路功率传输稳定;改善MGP系统参数后,其动态无功响应能力得以进一步增强。     

基于感性模糊识别的MMC直流输电线路单极接地故障分析

伪双极模块化多电平换流器(MMC)直流输电系统发生单极接地故障时的故障电流较小,在高阻故障下故障电流更是极其微弱,很难快速识别单极接地故障.考虑MMC直流输电系统中,单极接地故障暂态过程与其他类故障暂态过程的故障回路的区别,提出一种基于感性模糊识别的单极接地故障识别方法.利用电流变化率与电压的相关系数近似表征回路测量点的电感特征,定义正、负极相关系数的比值为感性模糊系数.根据感性模糊系数的符号识别单极接地故障,然后根据感性模糊系数的绝对值判断故障极.大量仿真实验表明,所提方法有较强的速动性和灵敏性,并有很强的耐受过渡电阻能力.     

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。