混合直流输电控制策略研究

为充分利用传统高压直流输电(LCC-HVDC)与柔性直流输电(VSC-HVDC)各自的优点,建立了整流侧采用LCC换流站,逆变侧采用VSC换流站的混合直流(hybrid HVDC)输电系统。对直流系统两侧换流站主控制器进行了设计,并针对该系统设计出双侧功率/频率调制的辅助控制器。最后对混合直流输电系统与交流输电线路并行输电和单独的混合直流输电系统进行了仿真与分析,通过仿真验证了当系统受到扰动时所加辅助控制器能提高系统的稳定性。     

一种CIGRE直流输电标准模型锁相环的改进方法

为了实时追踪换相电压的相位变化,提高高压直流输电(HVDC)系统中换流器脉冲触发装置的控制精度,本文提出了一种改进的锁相环(PLL)同步倍频技术。基于PSCAD传统直流输电模型,在原脉冲触发控制装置的基础上改进了锁相环,并通过一种特殊的前置滤波技术,滤除故障时换相线电压的谐波和噪声,使之作为锁相环的输入信号。在交流系统发生不对称故障导致换流器换相电压过零点偏移的情况下,应用本文提出的方法,通过CIGRE提出的HVDC第一标准模型进行仿真验证,得出所搭建的模型完全能满足特高压直流输电系统极控制层对等间隔触发脉冲的要求。     

直流输电控制器原理及稳态特性分析

高压直流输电系统包含了各种分层控制方式,具有高度的可控性,其目的在于向系统提供高效稳定的运行.主要对分层控制中极控制层的控制器原理进行研究,并理论分析了整流侧定电流与定最小触发角控制器和逆变侧定关断角与定电流控制器从系统发生故障直至故障后系统再次恢复到稳态时的相关动作特性.在此基础上,基于PSCAD/EMTDC 的仿真程序研究了CIGRE直流输电标准测试系统在有扰动的情况下系统恢复到稳态时运行点的变化以及恢复过程中相应控制模式的转换.结果证明,故障时极控制器能迅速作出反应,并能根据所处的工况自行切换控制模式,以满足系统的要求.     

特高压直流输电系统的建模与仿真

基于PSCAD/EMTDC仿真软件,建立了特高压直流输电系统模型,详细介绍了特高压系统主电路及核心元件,如换流变压器、滤波器与无功补偿装置、直流传输线。在此基础上,根据华东电网特高压直流输电的系统的实际运行情况,搭建出相应的特高压直流与超高压直流多馈入测试系统。利用该系统对特高压直流系统的不同运行状态进行仿真实验,并针对特高压直流系统的几种典型故障测试进行仿真测试,将测试结果与特高压直流现场数据进行对比分析,结果表明该模型能很好地反映特高压直流输电系统的真实运行情况。     

NETOMAC在直流输电系统仿真研究中的应用

基于NETOMAC软件的混合仿真功能,建立了直流输电系统的混合仿真计算模型。该模型能够在对交流网络进行机电暂态计算的同时,对直流网络进行电磁暂态计算,因而能较精确地考察暂态过程中直流线路的动态行为。针对CIGRE标准测试系统的仿真计算表明了方法的优越性。此外,还针对一个典型的多馈入直流输电系统,定义了影响多馈入直流输电系统中换相失败及其发生类型的2个重要参数,对仿真过程中发理的一些现象也给出了理论上的解释。     

基于MATLAB/SIMUUNK的直流输电系统仿真模型

在Matlab/Simulink环境下,利用电力系统模块(PSB)针对直流输电(HVDC)系统及其控制器建立详细的仿真模型,进行系统稳态、电流参考值突变和直流线路故障仿真,得出相应的仿真波形,验证HVDC和控制器模型的有效性和正确性,且模型仿真精度高,仿真耗时短.     

直流输电系统数字仿真的一种新模型

本文提出了一种新的直流输电系统数字仿真模型——BDF离散化数学模型。在此基础上编制的程序从原理上可适用于任何形式的直流输电系统的数字仿真。例题计算结果表明,该模型具有较高的仿真精度。     

直流输电准稳态模型有效性的仿真验证

换流器的准稳态模型在高压直流输电(HVDC)工程的规划和设计中得到了广泛的应用，该模型以换流站交流母线电压作为换相电压，以换流变压器的漏抗作为换相电抗，忽略交流系统侧的影响。该文从经典换流理论出发，分析了准稳态模型与经典换流器模型(经典模型)之间的矛盾，并针对不同强度的交流系统，利用仿真的方法，对准稳态模型的有效性进行了验证。仿真结果表明：如果换流站交流母线装设有完善的滤波装置，则多桥换流器中各个换流桥之间可以认为是解耦的，因此，利用准稳态模型计算能够达到工程要求。     

电压源型直流输电的动态相量建模与仿真

为适应电力系统快速精确仿真和分析控制的需要,采用了一种新的建模方法—基于时变傅立叶级数的动态相量法,对电压源型直流输电(VSC-HVDC)进行建模和仿真。该方法通过保留与系统状态变量相对应的时变傅立叶级数中的重要项对原系统进行简化,首先建立用开关函数描述的VSC-HVDC换流站详细时域模型,在此基础上,给出VSC-HVDC动态相量模型的详细推导过程。在对VSC-HVDC进行动态相量建模的过程中,换流站的开关函数考虑直流分量和基频分量,直流传输线路只考虑直流分量,从而大大简化高频开关过程,在保证仿真精度的同时,大大缩短了仿真时间。通过MATLAB仿真软件用动态相量模型与详细时域电磁暂态(EMT)模型分别对VSC-HVDC进行仿真比较的结果表明,动态相量模型精确而有效,不仅可以精确描述VSC-HVDC的暂态变化过程,而且可以大大节省仿真计算时间。     

基于RT-LAB的高压直流输电建模方法研究

在进行高压直流输电建模时,RT-LAB仿真结果精确、仿真效率高且成本较低,但国内外关于利用RT-LAB进行建模的研究较少.基于RT-LAB实时仿真平台,以锡盟—泰州±800 kV特高压直流工程为背景,研究了实时仿真技术在特高压直流输电中的应用.首先根据RT-LAB的功能分块进行系统的模块划分,对各模块进行独立建模;在建模过程中,通过自定义建模的方法搭建模型控制部分;最后通过RT-LAB的ARTEMIS求解器将模型离散化.将模型的稳态以及暂态仿真结果与工程设计书所给数据进行比较,验证了模型的准确性.仿真结果表明,所提出的建模方法能够有效地对高压直流输电系统进行建模,对基于RT-LAB的高压直流输电建模具有重要意义.     

连接弱交流系统的高压直流换流站无功补偿协调控制策略

在馈入端交流系统强度较弱、直流传输功率频繁波动的高压直流系统中,换流站无功补偿设备的协调控制对改善换流母线电压的稳定性具有重要意义。提出了一种基于静态同步补偿器(STATCOM)和电容器组相互协调的多模式协调控制策略,主要包括换流母线电压无静差跟踪额定电压的稳态调压模式、换流站参与近区交流系统电压调节的自动电压控制(AVC)模式,以及换流母线发生短路故障时抑制电压波动与换相失败的暂态控制模式。基于实际工程参数,在电磁暂态仿真软件(PSCAD)建立了±800kV酒泉—湖南特高压直流输电系统仿真模型,并在直流功率波动、AVC中心下发指令电压和馈入交流系统短路故障等多种工况下对该多模式控制策略的性能进行了仿真验证。仿真结果论证了所提出的换流站无功补偿设备协调控制策略的合理性和有效性。     

高压直流输电系统低功率运行的无功控制策略

当高压直流输电系统低功率运行时,受换流站接入点谐波性能和交流滤波器设备性能限制,投入的交流滤波器提供的无功功率在满足站内无功消耗外可能仍有大量剩余,导致大量剩余无功送入交流系统,使得换流站及附近厂站的电压容易偏高,继而影响到电网的安全稳定运行。文中提出一种充分利用换流器自身无功调节能力的换流站无功控制策略,该策略在有功输送不受影响的前提下,以直流电压为控制量,以换流站无功交换量为反馈量,通过改变直流电压参考值来对换流器的无功消耗进行定量控制,可有效抑制换流站过剩无功对交流系统电压的影响。该无功控制策略解决了现有直流工程中低功率无功优化功能由于开环控制无法对无功功率进行精确控制的问题。PSCAD/EMTDC和实时数字仿真器(RTDS)中的仿真结果验证了该方法的正确性和鲁棒性。     

高压直流三极输电系统的建模与仿真

高压直流三极输电作为一种新的输电方式可以有效提高交流输出线路的容量。文中首先介绍了高压直流三极输电的工作原理,设计了功率平衡控制器使功率保持恒定。基于PSCAD/EMTDC软件平台,建立了高压直流三极输电系统仿真模型,针对系统的稳态运行特性进行了分析,详细阐述了由暂态故障引起的单个换流站紧急停运以及直流线路发生瞬时性和永久性接地故障时的控制保护策略,当发生故障时,将系统切换为双极直流输电,可以保证系统继续稳定运行。仿真结果验证了控制策略的正确性和有效性,表明高压直流三极输电是一种适用于交流线路增容改造的可行方案。     

适用于混合多端直流输电系统的非线性下垂控制策略

针对混合多端直流输电系统功率协调控制问题,提出了一种非线性下垂控制策略。该策略考虑了各换流站的电流裕度,由多个换流站共同维持直流电压的稳定,使电流裕度大的换流站承担较大的功率变化量,电流裕度小的换流站承担较小的功率变化量,避免出现部分换流站满载而失去对功率变化响应能力的情况。该控制策略可以协调分配各换流站有功功率,有效降低各换流站直流电压的静态偏差,且提高了系统的响应速度。用根轨迹法对所提控制策略进行了稳定性分析。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

计及直流控制特性的直流系统等值模型及其谐波计算

准确的直流系统模型是交直流系统故障分析和谐波计算的基础。文中在换流器开关函数模型的基础上,结合直流控制系统的故障响应特性,建立了可与交流系统直接接口的适用于交直流系统故障分析和谐波计算的直流系统等值模型;结合交流系统等值谐波网络,提出了一种交流电网故障时的高压直流输电系统谐波分析计算方法。将所提方法应用于国际大电网会议高压直流输电(CIGRE HVDC)系统标准模型和贵广Ⅱ回高压直流输电系统详细模型的谐波计算,并与PSCAD/EMTDC软件所得数字仿真结果进行比较,表明所提模型和方法准确、有效,为交直流输电系统的谐波抑制、滤波装置的配置和继电保护的整定配合等提供了定量分析依据。     

VSC-HVDC机电暂态仿真建模及仿真

以VSC-HVDC在dq旋转坐标系下的基频数学模型为基础,总结了VSC-HVDC的机电暂态数学方程。之后基于PSS/E自定义模型功能实现了VSC-HVDC机电暂态模型,并将该模型和PSCAD中VSC-HVDC电磁暂态精确模型进行了对比,仿真结果表明两者的稳态潮流十分接近,动态特性具有很好的一致性,从而验证了VSC-HVDC机电暂态模型的有效性和准确性。最后基于该模型对VSC-HVDC在实际大规模多直流馈入系统中的应用进行了研究,结果表明VSC-HVDC从根本上解决了传统直流输电的换相失败问题。     

多换流器并联特高压直流系统控制策略及仿真

并联高压直流输电系统是多端直流系统的一种特殊方式,并联扩建方案经济性好、运行灵活方便。利用实时数字仿真器(RTDS)建立了±800kV双换流器并联、10GW双极直流输电仿真模型。直流控制保护模型采用所开发的直流输电控制保护样机,与RTDS构成实时闭环仿真试验环境。控制策略采用电流裕度控制,整流侧两个换流器均定电流,逆变侧一个换流器定电压,另一个换流器定电流。控制系统架构按双极/极控制层,换流器层控制进行设置。换流器层控制实现两个换流器的触发控制,双极/极控制层产生电流和电压参考值指令,经分配后,发送至换流器层控制。利用该仿真系统对双换流器并联的直流输电系统启停、稳态运行工况、换流器在线投退、功率分配策略等进行仿真研究,结果表明所提出的控制策略和开发的控制保护样机可以满足双换流器并联的高压直流输电要求。     

采用ATP/EMTP的CIGRE HVDC建模与仿真

为了提高HVDC研究、设计的效率及可信性,同时满足实际复杂的HVDC系统的仿真研究要求,弥补PSCAD软件因模块封装导致软件使用灵活性降低的问题,基于ATP/EMTP电磁暂态仿真软件,利用其强大的自定义模块功能,搭建了CIGRE直流输电模型,开展系统仿真分析,并与PSCAD中标准的CIGRE模型的仿真结果进行比对分析,验证了所搭建的HVDC模型的正确性及可行性;选用适当的仿真步长,保证计算结果正确性同时,提高了计算效率。     

基于改进定有功功率控制特性的VSC-MTDC系统仿真

对基于电压源型换流器的多端直流输电(VSC-MTDC)系统在不同运行状态下的协调控制策略进行了研究。提出了改进的VSC-MTDC系统直流电压—有功功率控制特性曲线,在现有定有功功率控制的调节特性曲线中增加了斜率控制和定直流电压控制,并基于此实现了系统的协调控制策略;推导了环网式接线的VSC-MTDC系统正常运行时各换流站直流侧电压与所传输直流功率的关系式,并给出了各换流站直流电压—有功功率控制特性曲线中拐点处直流电压的计算方法。最后,在PSCAD/EMTDC中分别对不同运行状态下的VSC-MTDC系统进行了仿真,仿真结果表明,该协调控制策略能够满足系统在不同运行状态下的运行要求。     

直流输电控制系统机电暂态模型参数校核误差评价方法

以电网换相换流器为核心的高压直流输电系统（LCC-HVDC,以下简称直流输电系统）的仿真分析普遍采用机电暂态模型及参数,但其参数校核缺乏实用的误差评价方法。基于电力系统仿真可信度评估的相似度法、层次分析法（analytic hierarchy process,AHP）思想,针对直流输电控制系统机电暂态模型和部分关键参数,提出了划分区间独立计算和配置权重总体校验的误差评价方法,并给出较为合理的误差评价标准。该方法将直流输电系统仿真与试验的时间序列划分为多个区间,采用AHP法对各区间配置权重系数,进而计算各区间及总体的误差指标。通过实际直流工程试验数据验证了误差评价方法的有效性。该方法可评价整个时间序列各阶段的仿真准确度及总体仿真效果,为直流输电控制系统机电暂态模型的参数校核提供技术支撑。