±800kV云广特高压直流控制方式的动态特性分析

云广±800 kV特高压直流输电系统建成之后,将形成远距离和大容量交、直流输电并列运行的电网格局,特高压直流的控制方式对电网的稳定性有重要影响。为此在电磁暂态仿真软件EMTDC中对±800 kV云广直流双极运行下,整流侧分别采用定电流和定功率控制时,交流系统整流侧与逆变侧故障对直流系统的影响,直流控制系统与交流系统的响应过程进行了详细的计算分析,对两种控制方式下系统的动态特性进行了对比分析。结果表明,与整流侧采用定电流控制相比,定功率控制时,交流系统故障期间系统各电气量的变化较缓慢,故障清除后系统恢复过程中,直流电流的突增会导致短时换相失败,且故障后直流系统的恢复时间较长。     

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。     

基于逆变侧定电压控制的HVDC系统稳态和暂态响应特性研究

为测试逆变侧采用定电压控制和定关断角控制对直流输电系统稳态和暂态性能的影响,在CIGRE高压直流标准测试模型原有控制系统中增加了定电压控制模块,即整流侧采用定电流控制,逆变侧采用定电压、定电流和定关断角控制相互配合的控制方式。在PSCAD/EMTDC仿真平台中对其整流侧和逆变侧三相短路故障下的控制器特性进行了稳态及暂态仿真分析,并与相应的CIGRE标准模型暂态响应特性进行了对比。结果表明逆变侧增加定电压控制方式能够提高直流输电系统在交流故障扰动下的性能,减少换相失败的发生几率。     

LCC-HVDC直流控制模式对混合双馈入直流系统运行特性的影响

建立了含LCC和VSC换流器的混合双馈入直流系统电磁暂态仿真模型。基于换相失败免疫性指标,在VSC-HVDC采用定交流电压控制条件下,分析了LCC-HVDC在3种不同条件下的换相失败抵御能力。1)电流-关断角模式:整流侧定直流电流控制,逆变侧定关断角控制。2)电流-电压模式:整流侧定直流电流控制,逆变侧定直流电压控制。3)功率-关断角模式:整流侧定直流功率控制,逆变侧定关断角控制。同时,改变VSC-HVDC和LCC-HVDC之间的联络线长度,研究了电气距离对LCC-HVDC换相特性的影响。基于故障恢复时间指标,对比了上述3种控制模式下LCC-HVDC的短路故障恢复特性。研究发现LCC和VSC电气联系紧密时,LCC采用电流-电压模式时其换相失败抵御能力和故障恢复能力优于其余2个控制模式,电气联系不紧密时则相反。结论可以为混合双馈入直流输电系统中LCC-HVDC控制方式及馈入落点的选取提供理论指导。     

混联式直流电网的协调控制策略

为解决传统电网换相高压直流输电与电压源换流器高压直流输电在直流电网中的混联问题,针对一种新型的混联直流输电系统进行了研究。该系统是整流侧采用模块化多电平换流器、逆变侧采用晶闸管换流器的四端双极混联直流电网。推导了该系统稳态时的数学模型,针对其逆变侧易发生换相失败的问题,设计了新的抑制换相失败的协调控制策略。在整流侧换流站中通过低压限压和低压限功率控制的配合,抑制逆变侧故障电流的增大,从而减小换相失败发生的概率。在PSCAD/EMTDC中对该混联直流电网的稳态和暂态特性进行了仿真分析,仿真结果证明了所提控制策略的有效性。     

DFIG型海上风电混合直流送出的控制策略

为了减少海上风电经采用电压源换流器的直流输电系统送出的系统的造价,提出的基于双馈风机的海上风电经混合直流输电送出的拓扑结构是:风电场侧换流器为电压源换流器,逆变侧换流器为电网换相换流器(LCC)。为保证系统在正常状态下稳定运行并能够对风速变化进行功率追踪,风电场侧换流站采取定交流电压和给定频率的控制,逆变侧采取定直流电压控制。同时,针对电网为弱系统时易发生连续换相失败故障,提出在LCC的控制系统中加入定关断角控制作为故障备用控制,并在定关断角控制启动时在风电场侧整流站加入定直流电压控制来抑制换相失败。在PSCAD仿真软件中模拟海上风电利用混合直流送出电能,仿真结果验证了混合直流输电系统能够跟踪风电场输出的功率变化,在交流侧故障时协调控制策略的转换能够减少换相失败的次数,保证系统恢复正常运行。     

特高压直流输电工程逆变侧控制策略优化设计

特高压直流输电在电网中的应用越来越广泛,送端电网与受端电网间采用多回直流相连,在一回直流故障时,通过提升其他直流实现功率紧急支援。在受端电网相对较弱的情况下,当需要大幅紧急提升直流功率时,如逆变侧采用传统修正的定熄弧角控制,会出现换相失败的情况。为此,分析了产生换相失败的原因及交流系统强度和提升量对换相失败的影响,并在现有逆变侧控制策略的基础上,提出一种预防换相失败的控制器,通过引入熄弧角测量值,实现熄弧角闭环控制,从而保证换相裕度,避免换相失败。在实时数字仿真系统(RTDS)中进行了试验验证,结果表明,所提策略可解决特高压直流大幅提升功率时的换相失败问题。     

整流侧交流系统故障引发逆变器换相失败的原因分析及抑制方法研究

在高压直流输电系统中，交直流耦合作用日益紧密。当整流侧交流系统发生故障时，若直流控制系统响应不当则可能引发逆变器换相失败。首先分析了整流侧交流系统故障后，直流控制系统的响应过程以及逆变侧换相电压的变化特点。然后结合关断角的计算表达式，探讨故障恢复过程中关断角下降的原因。分析表明整流侧交流系统故障情况下，逆变侧换相电压在小范围内变化，换相失败发生的主要原因是故障恢复过程中直流电压和直流电流的快速上升。在此基础上，提出通过改进整流侧触发角以减缓直流电压恢复速度的方法，提出通过减小电流裕度以及改进整流侧电流指令值以减缓直流电流恢复速度的方法。最后基于CIGRE直流输电标准模型，在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台上验证了所提换相失败抑制方法的有效性。仿真结果表明，2种方法都能抑制整流侧交流系统故障下的换相失败，且共同作用时效果更佳。     

一种抑制多馈入特高压直流换相失败的投旁通控制策略

换相失败是特高压直流输电系统的常见故障之一,常在送、受端交流电网引起剧烈的无功波动。投入旁通对是对直流系统进行保护的重要控制措施之一。当直流输电系统发生故障时,逆变侧保护装置动作后投入旁通对有助于达到快速停运直流输电系统,隔离故障的目的。而现在有关旁通对的研究多集中于其在直流故障中的应用,关于其在换相失败问题中的应用研究较少。通过分析旁通对控制对特高压直流输电系统送、受端电压特性的影响,论证了旁通对控制策略对换相失败后整流侧过电压、逆变侧低电压的改善作用。进而提出了一种换相失败后投旁通对的控制方法,以逆变阀组换相失败及交流电压跌落程度为旁通对控制的启动判据,根据直流运行状态对直流电流进行动态调节,然后根据受端交流系统恢复程度退出旁通对。PSCAD/EMTDC仿真表明,所提旁通对控制器在交流故障导致特高压直流换相失败后,能够起到快速隔离交直流系统、减轻无功电压波动的控制效果。     

云广特高压直流输电系统换相失败研究

换相失败是HVDC系统最常见的故障之一。通过分析换流器换相失败的机理,归纳了HVDC换相失败的影响因数及判据。以南方电网2010年数据为基础,采用PSCAD／EMTDC对云广±800kV特高压直流输电系统建立了详细的电磁暂态仿真模型,并分析了一次系统和控制系统的具体结构。对该直流输电系统逆变侧换流母线发生三相接地短路和单相接地短路故障的情况进行了仿真分析。仿真结果表明,云广特高压直流输电系统故障后发生换相失败,但由于该系统的高度可控性,故障切除后系统从换相失败中恢复性能良好。     

混合级联型多落点直流输电系统交流系统故障协调控制策略

混合级联型多落点直流输电系统整流侧为换相换流器（LCC）,逆变侧为LCC和模块化多电平换流器（MMC）组串联的拓扑结构,可以有效抑制换相失败,具备大容量功率传输的优势。建立了单极混合级联型多落点直流输电系统,针对系统中LCC送受端交流故障引发的直流功率降低、逆变侧换相失败以及受端低端MMC子系统产生的功率反向问题进行了研究,提出了一种提升系统稳定性的协调控制策略。该策略通过改变逆变侧直流电压来维持交流系统故障后功率传输的稳定性,可防止受端MMC功率反送。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提协调控制策略的有效性。     

逆变侧控制策略对换相失败的影响及恢复特性优化研究

针对直流系统逆变侧不同控制策略下的换相失败恢复特性开展研究,首先从原理上分析了定关断角控制与定电压控制方式下换相失败控制器的工作原理;然后基于实时数字仿真平台以及实际工程的录波数据,全面研究比较了这2种控制策略对换相失败恢复特性的影响,结果表明换相失败与直流运行功率、稳态运行时的关断角以及故障发生时刻均有关系,而与采用何种控制方式相关性不强;最后提出对低压限流功能模块 (voltage dependent current order limiter, VDCOL)电流指令参数进行优化的措施,以改善换相失败恢复特性并对其效果进行了仿真验证。     

整流侧换流母线电压恢复导致逆变器换相失败的机理分析

交直流系统中整流侧换流母线电压恢复会引起直流电流增大,从而导致逆变器换相失败。为了解决该问题,文中首先以CIGRE HVDC标准测试系统为例,分析了电压恢复期间逆变侧控制系统的控制特性,发现由定电流控制切换为定关断角控制瞬间及之后一段时间内,直流电流较大及增速过快从而引起电流偏差控制输出较小且快速降低是诱发换相失败的重要原因。其次,提出了一种通过改进定关断角控制器以改善整流侧换流母线电压恢复导致关断角过小的控制方法。最后,在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件中利用CIGRE HVDC标准测试模型仿真验证了所提方法的有效性,由仿真结果可知该方法能有效抑制由整流侧换流母线电压恢复导致的逆变器换相失败。     

CCC的补偿度对HVDC系统的影响分析

利用MATLAB中的SIMULINK仿真工具对逆变器为电容换相换流器(CCC)的高压直流(HVDC)输电系统的稳态特性和暂态特性进行了仿真计算,并对仿真结果进行了详细的分析。研究了整流侧定电流、逆变侧定电压控制方式下,CCC中串联电容器补偿度对稳态运行中的HVDC输电系统的熄弧角、换流器与系统间交换的有功功率、无功功率、换流母线电压以及换流器的基波功率因数等的影响。对整流站换流母线处分别发生单相接地和相间短路两种故障形式进行了仿真计算,并研究了换流母线电压的恢复过程及电压暂降与临界补偿度的关系。研究表明考虑到稳态和暂态特性,在整流侧定电流、逆变侧定电压这种控制方式下,CCC的串连电容器补偿度的选择要兼顾防止换相失败和防止引起交流系统不稳定来考虑,并非越大越好。     

受端多落点级联型混合直流输电系统协调控制策略

针对受端多落点级联型混合直流输电系统发生交直流故障时,电流分配不平衡导致的功率反送、系统稳定性降低等问题开展研究,并提出改善系统稳定性的协调控制策略.该策略在发生故障时根据线路传输功率、逆变侧电网换相型换流器(LCC)输出功率以及采用定直流电压控制的模块化多电平换流器(MMC)稳态输出功率,对MMC的有功功率指令值进行调控,避免采用定直流电压控制的MMC由逆变改为整流,防止受端交流侧功率大范围转移现象的发生.同时在故障清除后仍可缓解系统恢复过程波动较大的问题,使系统能够快速平稳地恢复至额定运行状态.基于PSCAD/EMTDC建立仿真模型,仿真结果验证了所提协调控制策略可有效减小电压和功率的波动,系统在交、直流典型故障下均能实现平稳过渡,提升了受端系统的稳定性.     

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。     

考虑直流电流上升及交流电压下降速度的换相失败分析

针对目前换相失败研究仅考虑电压降低以及考虑直流电流变化理论研究的不足,在经典关断角表达式的基础上,考虑整流侧、逆变侧以及直流线路运行参数,建立了完整的换相失败分析数学模型。该模型计及了交流电压下降对直流电流上升的影响,将交流电压和直流电流解耦,得到关断角与换流母线电压的单一关系表达式,并在此基础上推导了导致换相失败的临界换相电压值和临界电压下降速度。同时,对故障后电压下降速度与故障严重程度和无功补偿容量之间的关系进行了理论推导,电压下降速度随故障严重程度呈非线性加速下降趋势,在前几个换相过程中电压下降幅值越大,换相失败发生的可能性越高。PSCAD/EMTDC算例仿真结果验证了所提方法的准确性。