直流输电系统虚拟并联电阻阻尼控制策略研究

增强柔性直流输电系统的阻尼特性有利于抑制系统直流电压和直流电流的振荡,提高系统的运行稳定性。该文提出一种适用于柔性直流输电系统的虚拟并联电阻阻尼控制策略。首先,以换流器平均值模型为基础,建立柔性直流输电系统的数学模型。其次,分析直流系统并联阻尼电阻后的运行性能,并将无源阻尼方式转换至换流器控制系统中,得到虚拟并联电阻阻尼控制策略的实现方式。再次,以简化两端系统为例,研究虚拟并联电阻阻尼控制器参数的对系统运行性能的影响,推导阻尼控制器参数的选择原则。最后,搭建柔性直流输电系统电磁暂态仿真模型,以验证虚拟并联电阻阻尼控制策略的有效性。     

一种适用于混合多馈入直流输电系统的附加虚拟电阻阻尼控制方法

针对混合双馈入直流输电系统由于交流系统强度下降而造成的系统小干扰失稳现象,提出一种附加虚拟电阻阻尼控制(supplementary virtual-resistor damping control,SVRDC)。该控制基于联络线上流过的电流和引入的虚拟电阻,将产生的附加分量反馈到电压源换流器子系统定交流母线电压外环控制器上,通过增加虚拟阻尼电阻和增强电气联系紧密度,来提高系统阻尼特性。采用特征根分析法研究交流系统强度对混合双馈入直流输电系统小干扰稳定性的影响;建立包含SVRDC控制的混合双馈入直流输电系统的小干扰动态模型,并通过与PSCAD详细电磁暂态模型仿真结果的对比,验证了小干扰动态模型的正确性。对比研究了有无SVRDC控制时对系统小干扰稳定性的影响。结果表明,SVRDC控制可以有效抑制由于交流系统强度下降而造成的系统小干扰失稳现象,在不增加系统实际损耗的前提下增强了系统的小干扰稳定运行能力。     

基于PCHD模型的柔性直流输电鲁棒控制

基于柔性直流输电系统的数学模型与端口受控耗散哈密尔顿(PCHD)方程建立了换流器三相坐标系下的PCHD模型,并导出了换流器在dq旋转坐标系下的PCHD模型,证明了换流器的严格无源性。通过配置连接矩阵与阻尼矩阵构造期望能量函数,并确立为Lyapunov函数。通过注入阻尼矩阵消除了换流器直流侧等效电阻对系统的影响。由期望平衡点、状态变量及互联和阻尼分配无源性(IDA-PB)控制原理设计了换流器的IDA-PB控制器。在不同的运行条件下用PSCAD/EMTDC软件对控制系统进行了仿真,结果表明所提出的控制策略具有良好的动、静态性能和鲁棒性。     

高压直流输电双调谐滤波器阻尼电阻的选取原则

阻尼式双调谐滤波器广泛应用在高压直流工程中,其阻尼电阻的选择关系到滤波器的滤波效果和直流系统的运行性能.首先通过比较不同阻尼电阻下的滤波器阻抗频率特性,分析了阻尼电阻对滤波效果的影响;然后以某±800 kV特高压直流输电工程交流滤波器设计为例,考核不同阻尼电阻下滤波器的性能和稳态定值;最后基于性能指标和稳态定值要求的考虑,总结了电阻优化选择的基本原则和规律,对提高滤波器设计的效率、减少盲目性具有一定的工程指导意义.     

风电场经直流送出系统的复合式阻尼振荡方法

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电技术逐步成为大型风电场最佳并网方案,而该系统存在宽频振荡的风险。为抑制该类振荡,基于特征值分析法求取了系统主导振荡模式,并进一步定量分析了系统各参数对振荡失稳模式的动态影响,得出了通过调节风电场网侧变流器控制参数可有效提升系统阻尼比的结论,并提出了一种基于特征值灵敏度的风电场网侧变流器控制参数优化算法;为进一步降低系统发生振荡的风险,使系统适应多种运行工况,在风电场与直流换流站间增设了虚拟电阻,并设计了基于该虚拟电阻的直流换流站送端变流器的附加阻尼控制器。基于PSCAD/EMTDC构建了系统时域仿真模型,仿真结果表明,风电场网侧变流器控制参数优化与基于虚拟电阻的附加阻尼控制器相结合的复合式振荡抑制方法具有更好的阻尼效果。     

多个特高压直流系统共用接地极的研究

根据向家坝－南汇±800 kV直流输电工程的具体参数,利用电磁暂态计算软件EMTP-RV对3个特高压直流输电系统送端及受端分别采用共用接地极方案进行详细的仿真研究,从系统稳态运行角度进行了深入透彻地分析,对该方案的优缺点进行了详细总结,并对该方案下各直流输电控制系统的协调控制提出了可行性建议。仿真结果表明,多个直流共用接地极的方案是可行的,但应该限制接地极接地电阻和引线电阻在一定范围,另外对接地极址的选择和共用接地极本体设计也有较高要求。     

基于H∞回路成形法的VSC-HVDC附加鲁棒阻尼控制器设计

针对包含柔性直流(VSC-HVDC)的交直流输电系统中存在的低频振荡问题,提出一种基于H∞回路成形法的方法设计附加鲁棒阻尼控制器。首先采用最小二乘-旋转不变方法(TLS-ESPRIT)辨识出系统的降阶模型和振荡模态,然后针对该模型应用H∞回路成形法及规范互质分解技术进行了鲁棒阻尼控制器设计。最后在PSCAD/EMTDC中搭建包含柔性直流的交直流四机两区域输电系统。仿真结果表明,基于H∞回路成形法的VSC-HVDC鲁棒阻尼控制器在不同扰动下对系统低频振荡具有良好的抑制效果,鲁棒性较强,且控制器采用输出反馈,便于工程实践。     

基于H_∞回路成形法的VSC-HVDC附加鲁棒阻尼控制器设计

针对包含柔性直流(VSC-HVDC)的交直流输电系统中存在的低频振荡问题,提出一种基于H_∞回路成形法的方法设计附加鲁棒阻尼控制器。首先采用最小二乘-旋转不变方法(TLS-ESPRIT)辨识出系统的降阶模型和振荡模态,然后针对该模型应用H∞回路成形法及规范互质分解技术进行了鲁棒阻尼控制器设计。最后在PSCAD/EMTDC中搭建包含柔性直流的交直流四机两区域输电系统。仿真结果表明,基于H_∞回路成形法的VSC-HVDC鲁棒阻尼控制器在不同扰动下对系统低频振荡具有良好的抑制效果,鲁棒性较强,且控制器采用输出反馈,便于工程实践。     

高压直流输电系统双调谐滤波器特性研究

在分析高压直流输电（ＨＶＤＣ）系统双调谐滤波器阻抗－频率特性的基础上,给出其品质因数的定义,分析了阻尼电阻等参数对滤波性能的影响。并对某ＨＶＤＣ工程所采用的直流滤波器进行了计算,计算结果表明所提出的定义可以为双调谐滤波器的参数设计提供工程指导。     

小电容电机驱动系统的直流母线电压稳定性分析与控制

对电机驱动系统中采用小电容的直流母线稳定性进行研究。由于在控制过程中驱动电机对直流母线呈现负阻抗的恒功率特性,系统可能存在不稳定的问题,采用阻抗方法对系统的稳定性进行分析。根据直流母线侧LC滤波器的输出阻抗和电压型逆变器——电机驱动系统的输入阻抗,构造出系统的传递函数,并得出相应的系统稳定工作条件,同时探讨阻抗参数对直流母线电压稳定性的影响。基于阻抗特性的分析,提出一种在不增加实际电阻的情况下,使直流母线阻尼虚拟增加的有源阻尼控制方案。该方法可在直流母线电容较小、常规系统稳定性条件不满足时仍能保证直流母线电压稳定,并将所提方法与无源阻尼控制进行对比分析。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

110kV/3kA高温超导电缆输电网络接入运行特性仿真计算与分析

随着城市电力需求的不断增长以及提高电网运行安全和对环境保护的要求,传统输电网络已不能完全满足城市供电的需求,高温超导(HTS)电缆的发展为解决这些矛盾提供了可能,可以应用在那些受制于地形和安全因素而不能建造架空线路的地区,以满足负荷需要。基于高温超导材料的临界特性,利用Matlab搭建了高温超导电缆失超后的暂态模型,基于PSCAD/EMTDC建立了一个110k V/3k A的冷绝缘高温超导电缆的仿真模型,并将超导电缆模型接入一个110k V的三端环网式电力网络,模拟了外部短路故障对超导电缆线路的影响,并对高温超导电缆和普通线路的功率分布进行了比较。结果表明,高温超导电缆具有更大的短路容量,更有利于电网电压稳定和调节。     

高温超导电缆在城市地下输电系统应用的可行性研究

大城市有可能最先采用商业化运行高温超导电缆 ,用于城市地下交流输电系统。其主要应用目标是用于地下电缆工程改造 ,利用现有排管以高温超导电缆取代现有的常导电缆 ,增加地下电缆传输容量以及采用高温超导电缆将巨大电能 (1GVA以上 )输入到城市负荷中心。采用常导电力电缆传输 1GVA以上的电能进入中心城区 ,输电电压一般要求为 5 0 0 k V。在城市中心区不可能建设 5 0 0 k V变电站。 5 0 0 k V电缆线路所需的 5 0 0 k V大长度电缆和相应附件 ,目前尚未研制开发。采用高温超导电缆将有可能降低输电电压等级 ,可以采用 2 2 0 k V高温超导电缆将 1GVA以上的电能输入到城市负荷中心 ,满足特大型城市负荷中心供电需求。采用 110 k V高温超导电缆 ,亦有可能传输 1GVA左右电能。本文通过对交流高温超导电缆系列设计计算对额定电压 35 k V、110 k V、2 2 0 k V的高温超导电缆 ,按不同传输电流 (或传输容量 ) ,以高温超导电缆的传输效率 (损耗与传输容量比 )、高温超导电缆外径限值和超导导体绕制结构限制条件 ,确定高温超导电缆适用性界定条件 ,提出城市地下输电、配电系统用高温超导电缆可行方案。     

应用第2代高温超导体的冷绝缘超导电缆输电导体层间均流技术

冷绝缘高温超导电缆的导电层一般设计为多层结构以满足大电流载流特性,但伴随层数的增加,超导体上的集肤效应会引起电缆输电导体各层电流分布不均匀的问题,从而造成电缆损耗增加和传输性能下降。采用基于动态惯性权重因子的粒子群优化算法,提出了电缆导体层电流层间均流优化的设计方法。应用第2代高温超导材料钇钡铜氧涂层导体,通过建立超导电缆的等效电路模型,考虑电场、磁场等约束因素,对一根1km长,110kV/3kA等级的冷绝缘高温超导电缆进行优化设计,获得了电缆本体结构参数及输电导体层和屏蔽层的电流分布。比较优化前后层电流的结果可知,优化后超导电缆各导体层电流与平均电流相比最大不平衡率小于3.5%,各屏蔽层电流达到均布,较好地实现了电缆各导体层电流均匀分布的优化目标。最后,超导模型样缆载流特性实验也验证了优化设计方法的有效性。     

高温超导变压器

高温超导变压器与常规变压器相比 ,具有体积小、重量轻、效率高、无火灾隐患、不污染环境和限制短路电流改善系统动态稳定性等诸多优点。阐述了欧洲、美国及日本等国家的高温超导变压器的研究现状、基本特点、优越性及研究中存在的技术问题等。并且讨论了高温超导变压器的设计原则和将来其投入电力系统运行时所需要进一步考虑的问题     

高温超导电缆发展及其应用概述

随着高温超导技术的发展,高温超导电缆已经在输电系统中有了实际应用。与传统电缆相比,高温超导电缆具有传输容量大、损耗低、体积小、重量轻、可靠性高、节约资源、环境友好等优势,有望在未来电网发展中发挥重要作用。本文介绍了高温超导电缆的结构及特点、基本设计原理、传输电流与导体层电流分布及交流损耗等技术问题,并对高温超导电缆在交流和直流输电系统中的应用以及目前世界各国对高温超导电缆的研究及成果做了介绍。     

高温超导电缆分相电流差动保护的电容电流补偿方案

分析了高温超导电缆的电气参数特点,讨论了将架空线路差动保护中的电流补偿方案直接应用于高温超导电缆线路的可行性,对无电容电流补偿、电容电流半补偿、基于贝瑞隆模型等不同差动保护方案的动作性能进行了仿真分析。结果表明,在高温超导电缆分相电流差动保护方案中必须考虑电容补偿;基于贝瑞隆模型的电流差动保护性能优越,耐过渡电阻能力强,能够满足高温超导电缆线路分相电流差动保护的应用要求。     

基于MgB2高温超导材料的吉瓦级远程直流输电研究

本文主要探究以具有成本效益和环保特性的新型高温超导材料(MgB_2)作为直流输电电缆,以液氢作为冷却剂,实现吉瓦级远程直流输电的可能性。首先分析超导直流输电的必要性及其优势,说明超导直流输电的基本模型,然后介绍MgB_2超导电缆和液氢制冷系统,接着阐述基于十二脉动换流器的直流输电控制策略。最后使用PSCAD软件完成超导直流输电系统仿真,在相同传输条件下进行MgB_2高温超导电缆和传统电缆的线路功率损耗比较,证明了超导直流输电系统具有线路损耗低,容量不受限制的优点,为MgB_2高温超导材料在超导直流输电领域的开发设计提供初步依据。     

直流SMC铁心高温超导故障限流器的研究

分析了直流电力系统保护的发展现状,设计了一种铁心型高温超导故障限流器。为了尽量延长限流的时间,限流器的铁心采用软磁复合材料(SMC)。限流器在系统正常工作时对电力系统影响很小,当短路故障发生时,它会很快表现为大阻抗以限制短路电流。基于磁场有限元与电路耦合的计算方法,首先对限流线圈在短路过程中的非线性电感进行精确计算,然后结合计算结果,在电路仿真程序中计算短路电流。通过对比SMC与硅钢铁心材料限流器的限流情况,可以看出SMC铁心限流器对于直流电力系统短路故障的限流效果更好。在短路故障发生后8 ms时,该限流器能将短路电流限制到最大值的12%。     

直流输电高温超导电缆电磁特性分析与仿真

本文在建立直流输电高温超导电缆模型的基础上,进行了电磁特性的理论分析,并利用ansoft公司的maxwell 2D电磁分析软件进行了仿真分析。仿真结果与理论分析结果相一致,为进一步分析直流输电高温超导电缆的其他特性提供重要的依据。     

电力系统阻尼控制机理与特性

基于单机-无穷大电力系统,采用等面积定则分析电力系统阻尼控制机理。对电力系统稳定器（PSS）、静止无功补偿器（SVC）、晶闸管控制的串联电容器（TCSC）和高压直流（HVDC）的附加阻尼控制器的运行特性进行总结。对如何利用电网中各种阻尼资源以提高抑制系统区间振荡的能力进行讨论。当系统中已安装的PSS不能有效阻尼区间振荡时,可优先考虑利用HVDC的附加阻尼调制来增强阻尼。此外,可考虑柔性交流输电系统（FACTS）的附加阻尼控制,并认为TCSC抑制区间振荡的效果一般优于SVC。在四机两区域电力系统中的仿真分析结果验证了结论的合理性。