基于RTDS闭环实时仿真的电网VSC-HVDC黑启动控制策略的改进

随着大规模高压柔性直流工程的投运,制定满足调度运行部门需要的电网黑启动方案对基于VSC-HVDC的电网黑启动的实际工程应用提出了迫切的需求。对实际工程中的黑启动控制策略开展了机理研究,同时对黑启动带目标网架逐级升压充电开展了可行性研究。针对现有控制策略在充电过程中所造成的电压电流冲击,以及严重情况下致使换流器跳闸黑启动失败的案例,提出了优化合闸时序的改进升压控制策略,实现了VSC-HVDC系统黑启动带目标网架的零起升压。首次搭建了以鲁西背靠背VSC-HVDC系统作为外部电源的云南电网/广西电网黑启动RTDS模型,并通过高速通讯接口与实际控制保护装置构成的闭环实时仿真平台,开展了黑启动改进策略的仿真验证,仿真结果证明了所提改进策略的有效性。     

电网不对称故障下VSC-HVDC系统的直接功率控制

针对在电网传输线路发生不对称故障时,采用稳态的电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)系统控制算法将引起直流电压波动,交流电流畸变等问题,提出采用改进的直接功率控制(DPC)算法对VSC-HVDC系统的稳态和暂态过程进行控制。该方法以瞬时无功功率理论和dq变换为基础,通过实时控制电压源换流器(VSC)系统输入输出功率平衡,从而完成系统的交直流功率传输。对于不对称故障时直流电压出现的波动问题,通过对输入的瞬时功率进行分解,采用正序功率和相位作为控制信号对电压波动进行抑制。最后,通过PSCAD软件对所提出的控制算法进行系统仿真,从仿真的结果看出当系统故障时,改进的算法能够有效的抑制直流电压的波动,降低电流的谐波含量。同时也验证了该算法不仅能够很好的完成系统的稳态和暂态的过程控制而且能够有效隔离电网故障增强电网的稳定性。     

基于Simplex算法的VSC-HVDC控制参数优化

以电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)的稳态模型为基础,根据VSC功率传输方程的直角坐标形式,采用逆系统方法和PI控制相结合的方法设计了VSC的有功功率和无功功率独立调节的VSC-HVDC控制系统。基于非线性单纯形Simplex算法,对PI控制参数进行优化。PSCAD/EMTDC下的仿真结果表明,通过参数优化,VSC-HVDC控制目标的最大误差百分比低于1.5%;同时也证明所设计的控制系统能独立控制有功功率和无功功率。     

VSC-HVDC的虚拟磁链直接功率控制算法

阐述了电压源换流器高压直流输电 (VSC-HVDC) 系统的结构和工作原理,利用基于虚拟磁链直接功率控制的方法对 VSC-HVDC 系统进行了仿真,实现了双侧换流器的独立控制.仿真结果证实了基于此算法的VSC-HVDC系统可以正常稳定地运行,对有功功率和无功功率实现了协调控制,并且可以满足系统不同的无功需求.     

基于P-Q控制模式的VSC-HVDC小干扰稳定性研究

针对目前基于电压源换流器型高压直流输电(VSC-HVDC)工程中常采用的定有功功率-定无功功率(P-Q)控制模式,建立了基于P-Q控制模式的VSC-HVDC系统的小干扰数学模型,分析了整流和逆变工作状态下交流系统强度、等值阻抗角、无功功率运行点对VSC-HVDC稳定性的影响;提出了一种综合考虑系统小干扰稳定性和电压安全运行约束的临界运行短路比(CSCR)指标,可以定量评估不同运行工况下VSCHVDC系统的安全稳定运行极限,为VSC-HVDC系统的安全稳定运行提供理论依据;最后在PSCAD/EMTDC下搭建仿真模型,验证了分析结论的正确性。     

VSC-HVDC控制器抑制风电场电压波动的研究

风电潮流的波动会引起并网系统公共连接点(PCC)电压的波动.在基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)交直流混合风电场并网系统中,控制VSC-HVDC送端站注入到PCC点的无功功率可以抑制电压波动.本文讨论了VSC-HVDC的无功功率控制器和定电压控制器抑制电压波动的原理.基于电磁暂态软件PSCAD/EMTDC建立了并网风电场模型、VSC-HVDC模型及控制系统模型.仿真结果表明VSC-HVDC采用定电压控制器的并网系统能更好的抑制电压波动,采用无功功率控制器的系统具有较好的风电场并网性能.     

连接海上风电场的基于直接功率控制的三电平VSC-HVDC

研究了连接海上风电场的基于电压源换流器的VSC-HVDC系统。多电平逆变器应用于VSC-HVDC系统提高系统传输容量并改善电能质量问题。利用基于功率控制的方法对VSC-HVDC系统进行了仿真,实现了双侧的独立控制,风电场侧由风机带换流器组成,采用基于滞环比较的功率控制,而系统侧三电平换流器采用基于直接功率控制,三个滞环控制器分别控制有功功率、无功功率和中点电压。仿真结果证实了基于此算法的VSC-HVDC系统连接大型海上风电场,可以正常稳定地运行。系统侧三电平换流器降低谐波含量并提高功率因数。     

连接海上风电场的基于直接功率控制的三电平VSC-HVDC

研究了连接海上风电场的基于电压源换流器的VSC-HVDC系统.多电平逆变器应用于VSC-HVDC系统提高系统传输容量并改善电能质量问题.利用基于功率控制的方法对VSC-HVDC系统进行了仿真,实现了双侧的独立控制,风电场侧由风机带换流器组成,采用基于滞环比较的功率控制,而系统侧三电平换流器采用基于直接功率控制,三个滞环控制器分别控制有功功率、无功功率和中点电压.仿真结果证实了基于此算法的VSC-HVDC系统连接大型海上风电场,可以正常稳定地运行.系统侧三电平换流器降低谐波含量并提高功率因数.     

基于VSC-HVDC提高系统电压稳定性研究

针对无功功率投切的过程中引起系统的电压不稳定问题,提出将基于电压源换流器的高压直流输电系统(VSC-HVDC)能够起到STATCOM的作用,稳定交流母线电压。建立了交流系统和VSC-HVDC系统的物理模型,在PSCAD/EMTDC环境下的仿真,比较交流系统与具有VSC-HVDC的交流系统下在投切相同无功负荷时,实验表明VSC-HVDC从而避免了出现无功功率大幅度不平衡情况,提高系统的电压稳定性。     

双馈风电场柔性高压直流输电系统的故障穿越运行控制

为了实现风电场柔性高压直流(VSC-HVDC)接入结构下的故障穿越(FRT)运行,以双馈风电场为例,构建了双馈风电场通过VSC-HVDC接入电网的数学模型,并分析了电网故障下的系统脱网机理。针对风电场设计了基于电网故障下风电场侧电压源换流器功率变化特性的故障越权控制模块,使得风电场在电网故障情况下快速减载,实现系统直流母线电压的稳定;针对电网侧电压源换流器,分别设计了直流电压外环和电流内环的故障越权控制模块,以期分别实现对故障电网提供无功支持和减少换流器的故障电流冲击。通过这些电网故障越权控制模块的配合,有效地实现了通过VSC-HVDC输电系统接入电网的双馈风电场的FRT运行能力。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台上分别对不同的电网电压跌落故障和不对称故障情况进行仿真验证,仿真结果和对比分析都表明所提控制策略的正确性和有效性。     

柔性直流输电系统的黑启动控制能力研究

柔性直流输电系统中的可关断器件具有自关断能力,能够对开通、关断时刻进行控制,可以与无源系统连接进行换流。本文针对VSC在无源逆变方式下不需要外加换相电压的快速恢复控制能力,研究了柔性直流输电系统的黑启动控制能力。设计了黑启动过程中VSC-HVDC送端换流站控制策略采用定直流电压/定无功功率控制,受端换流站控制策略采用定交流电压/定频率控制,研究了电源并网时控制策略协调优化对黑启动的作用。以Kunder四机两区域系统为例,对整个黑启动过程在PSCAD/EMDTC中进行了仿真,研究表明本文采用的控制策略具有良好的电压、频率特性,完成了黑启动的实现。     

柔性直流接入对弱受端电网恢复特性的影响及优化措施

随着柔性直流输电系统电压等级和输电容量不断提升,采用电压源型换流器的柔性直流输电技术在我国得到了大量应用,同时其对电网的影响也进一步增强。文中基于PSD-BPA机电暂态仿真软件中新开发的计及故障穿越策略的柔性直流控制系统,比较了不同直流接入方案下弱受端电网受扰恢复特性的差异。在此基础上,分析了柔性直流控制方式、直流传输功率大小以及故障穿越控制策略等因素对换流站动态有功和无功功率特性的影响。最后针对西藏弱受端电网电压稳定问题提出了优化方案,仿真结果表明优化柔性直流故障穿越控制关键参数可以改善弱受端电网故障后的恢复性能。     

采用软启动方式的VSC-HVDC黑启动能力研究

合理的黑启动方案对于快速可靠地恢复供电至关重要。分析了VSC-HVDC作为黑启动电源的优势。通过PSCAD/EMTDC软件验证了VSC-HVDC软启动主要电力设备的能力。仿真过程中记录的波形显示了VSC-HVDC良好的电压、频率特性。对VSC-HVDC黑启动控制到正常潮流控制的转换过程也做了仿真研究。仿真结果表明,当采用软启动方式时,VSC-HVDC是一种理想的黑启动电源。     

支撑城市电网分区互联的柔性直流优化控制技术

针对城市电网分层分区网架供电能力不足、负载不均衡、安全可靠性差等问题,提出一种支撑城市电网分区互联的柔性直流优化控制策略。首先,针对城市电网安全经济运行需求建立了稳态和暂态优化控制目标;其次,建立了计及负载均衡和网络损耗的综合评价指标,采用逐步逼近法快速求解柔性直流最优功率,以实现稳态下城市电网潮流最优控制;设计了基于换流站功率裕度的多端柔性直流自适应下垂控制策略,合理分配故障后各分区紧急功率支援,同时减小直流电压偏差。以郑州城市电网实际算例仿真验证了所提方法的有效性和工程实用性。     

中海油文昌柔性直流输电系统现场试验

柔性直流输电的优点之一是可以向海上钻井平台这种无源网络供电。介绍了国内首套用于海上石油作业区的柔性直流输电系统——中海油文昌柔性直流输电系统的现场试验情况,包括了系统启动、孤立负荷供电、电动机负载并网和发电机并网等试验项目。结果表明,柔性直流输电系统能够平稳启动,在逆变侧产生稳定交流电压,可为孤立电阻和电动机负荷供电,并能够与平台上的发电机实现并网和退网运行。     

无源负荷侧无功功率快速供给的VSC-MTDC系统故障穿越协调控制

考虑到无源负荷对电压变化敏感,同时交流故障期间直流电压会出现大幅波动,研究了向无源负荷供电的基于电压源型换流器的多端直流输电(VSC-MTDC)系统交流故障穿越策略,提出了一种故障穿越协调控制方法：受端站在满足无功优先的原则下,依据交流电压跌落情况直接计算电流指令,仅采用电流内环控制以实现对无源负荷侧无功功率的快速供给,为负荷侧交流电压的恢复提供无功支持;为与受端站协调,连接电网的送端站也切换至快速电流控制,故障电流指令值由直流电压变化大小和方向直接计算得到,并满足多端VSC-MTDC系统的I-V下垂特性,以优先保证VSC-MTDC系统的有功需求,快速实现系统功率平衡,减小故障期间直流电压的波动幅度。在MATLAB/Simulink中搭建了向无源负荷供电的三端VSC MTDC系统模型,仿真结果表明所提协调控制策略能够提高无源负荷的故障穿越能力,实现VSC MTDC系统的稳定运行。     

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。     

基于拉格朗日对偶松弛的多区域柔性直流互联电网无功优化

现有方法对互联后的电网进行无功优化时难以满足大规模电网实时计算、快速反应的需要,并且面临全网数据收集的难题。为了解决上述问题,采用分解协调算法的思想,提出一种基于拉格朗日对偶松弛的多区域柔性直流互联电网无功优化方法。首先根据支路潮流模型,利用二阶锥松弛和二次旋转锥松弛方法建立了多区域柔性直流互联电网的集中式无功优化模型。然后利用拉格朗日对偶松弛理论在集中式优化模型的基础上,提出了可以并行计算的多区域柔性直流互联电网无功优化方法。通过算例计算,验证了所提算法的有效性和正确性。此外,还对比分析了所述的分解协调算法和基于交替方向乘子法(ADMM)的分布式优化算法的计算结果,证明所用算法在计算时间上更具优势。     

含光储系统的增量配电网时段解耦动态拓展无功优化

从增量配电网安全运行及经济效益出发,针对高渗透率分布式光伏接入配网引起的相关问题,构建以系统有功损耗、电容器及变压器调节代价、储能调节代价综合最小为目标的时段解耦动态拓展无功优化模型。在传统无功优化的基础上增加储能有功调节能力和光伏无功调控能力,将动态无功优化解耦为多时段静态无功优化,采用灾变遗传算法求得含高渗透率光伏及储能的增量配网无功优化方案。仿真结果表明,提出的时段解耦动态拓展无功优化模型能够提高增量配电网的无功优化效果,在减少电网损耗、降低设备调节成本的同时,兼顾电网电压运行的安全性。     

柔性直流输电受端交流侧故障下的控制策略

为了柔性直流输电受端交流侧故障下的电网电压尽快恢复,在详细分析了传统电压裕度控制的切换过程后提出了一种改进的电压裕度控制策略,通过在跌落瞬间的积分清零及给定值调整,缩短了切换的动态过程,减小了直流电压的冲击。同时设计了故障期间的有功和无功协调控制,根据电网跌落深度发出相应的无功电流,剩余的电流容量用于维持故障前的有功水平。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了柔性直流输电系统的仿真模型,验证了本文所设计控制策略的有效性。