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针对大容量同步调相机接入高压直流输电(HVDC)受端系统后,常规 PI励磁控制在故障恢复阶段易出现母线电压超调及振荡的问题,提出一种基于灰色预测模型 GM(1,1)的同步调相机 PI励磁控制策略.该策略通过对受端母线电压序列进行灰色建模与趋势预测,提前获取电压偏差预测值,并将其作为 PI 控制器的输入,实现对励磁电压的前瞻性调节.基于 CIGRE标准测试系统,构建了 PSCAD/EMTDC 与 MATLAB/Simulink联合仿真平台,在多种典型扰动工况下,对比分析了灰色预测PI控制与常规PI控制的动态响应特性.仿真结果表明:所提控制策略能够有效补偿励磁系统的大惯性滞后,显著抑制母线电压超调并缩短系统调节时间;在三相短路故障下,母线电压最低值提高约 4.5 kV,直流输送功率最低值提升约 31 MW,系统恢复时间明显缩短.该策略兼具计算量低与实时性强等特点,可为 HVDC受端系统同步调相机励磁控制优化提供有效技术途径.
同步调相机高压直流输电励磁控制PI灰色预测
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随着大量直流输电工程的逐步投产,多直流密集馈入的场景日渐形成,直流之间密切的耦合关系容易使得换相失败相继发生在多条直流中,即连锁换相失败.换相失败将造成直流送受端系统的大量瞬时功率缺额,甚至因为无功支撑不足引发电压稳定和系统级连锁故障问题.针对多馈入直流系统连锁换相失败的判别与抑制难题,提出一种基于电压安全裕度的交直流混联系统多回直流连锁换相失败的判别及抑制策略启动方法,该方法从直流系统准稳态模型出发,从机理角度计算出换流母线电压跌落量,通过计算换流母线电压安全裕度指标迅速预测是否存在多回直流连锁换相失败,并在此基础上设计了一种基于混合级联结构的抑制策略,实现对连锁换相失败的有效阻断.仿真结果表明所提方法能够准确识别连锁换相失败风险,并在交流故障发生后迅速启动抑制措施,显著降低连锁换相失败概率,提升系统暂态稳定性.
多馈入直流系统连锁换相失败换相失败判别连锁故障阻断
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针对直流受端系统转动惯量低、调频能量有限引起的频率稳定问题,提出一种计及风-直-储系统参与短时频率支撑的分层控制策略.在频率下降阶段,设计双层优化控制:上层控制以改善系统频率特性为优化目标,考虑调频功率和调频能量约束,构建频率最优控制模型,求解得到风-直-储系统的最优功率控制曲线;下层控制以风-直-储系统的运行稳定性和经济性为优化目标,构建功率分配优化模型,基于模型预测控制求解得到风机、柔性直流和储能的有功功率控制指令.在频率恢复阶段,设计风机转子转速快速恢复策略,将风机转速恢复至初始值的同时,确保系统频率不发生二次跌落.算例仿真结果表明,所提控制策略可以有效改善系统的频率稳定性,实现控制功率的合理分配.
风-直-储系统频率稳定性分层控制庞特里亚金极小值原理风机转速恢复模型预测控制
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中国受端电网逐步呈现出多直流密集馈入和电力电子化趋势,导致连锁故障风险相较传统电力系统显著增加.以往的连锁故障研究大多仅关注潮流转移引发的线路连锁过载,不考虑其他连锁模式以及系统暂态对连锁路径的影响,无法准确揭示多直流馈入系统连锁故障演化规律.为适应受端系统连锁事件新特征,首先,在多直流馈入系统典型事件的基础上,构建了多时间尺度多层级的连锁演化分析框架.其次,以定性和定量结合的方式,研究了多回直流之间、直流和近区发电机之间、发电机与线路之间的事件关联耦合机理,并分析了考虑直流及发电机的多直流馈入系统连锁故障模式.然后,针对直流特性对控制作用的敏感性,研究了低压限流控制对连锁故障演化的影响.最后,针对定制的IEEE 118节点测试系统以及某区域电网进行了仿真,验证了该多直流馈入系统连锁故障规律.
多直流馈入系统连锁故障换相失败发电机暂态事件关联
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随着柔性直流输电技术的快速发展,受端电网将逐渐呈现出柔性直流输电与常规直流输电混合多馈入的场景.文中基于全系统阻抗法研究了混合多馈入受端电网中模块化多电平换流器(MMC)与电网换相换流器(LCC)间的交互振荡特性.首先,基于谐波状态空间法分别建立了计及谐波耦合特性的MMC和LCC的宽频阻抗模型,并进一步构建了受端系统的全系统阻抗模型.其次,基于全系统阻抗分析法研究了混合多馈入受端系统的潜在振荡风险、主导振荡节点及其关键影响因素,进而确定源-荷划分方案,分析MMC与LCC之间的交互振荡特性.最后,通过搭建LCC-MMC混合双馈入受端系统的时域仿真模型,验证了理论分析的正确性.
混合多馈入受端系统柔性直流输电振荡阻抗模型模块化多电平换流器电网换相换流器
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针对高比例新能源并网导致系统电压稳定性下降、惯量支撑不足的问题,提出具备主动支撑能力的采用子模块储能型模块化多电平换流器(MMC)拓扑的静止同步补偿器(STATCOM)控制策略.首先,基于直流电压和系统频率设计了故障检测机制,实现装置稳态与暂态运行模式的自适应切换.其次,在故障期间,控制子模块储能型MMC-STATCOM释放储能单元的能量弥补系统功率缺额;在负荷扰动时,引入频率下垂系数调节储能单元充放电功率,抑制频率波动.最后,在PSCAD/EMTDC以及RTDS仿真平台中对所提协调控制策略进行验证.仿真结果表明,在不同暂态过程中,子模块储能型MMC-STATCOM在提供无功支撑的同时,可快速响应频率变化,平抑系统中的功率波动,有效提升高压直流输电受端系统综合稳定性.
直流受端系统暂态稳定性静止同步补偿器子模块储能模块化多电平换流器电压支撑频率支撑
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大规模风电场接入高压直流受端已经成为重要应用场景,风电场对高压直流换相失败的影响是系统安全稳定运行中需要考虑的重要问题.从风电机组的低电压穿越控制和锁相环控制两方面研究了风电场接入高压直流受端系统对换相失败的影响.首先,建立计及电压跌落和谐波畸变影响的换相面积裕度,提出基于该换相面积裕度的换相失败识别方法;然后,分析风电低电压穿越控制可以提升电压支撑能力,有利于改善换相失败过程;并且,揭示了风机网侧锁相环带宽较大时,系统将产生较大的二次谐波电压,会恶化高压直流换相失败的机理;最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台验证所提理论的正确性.
换相失败电压跌落谐波畸变换相面积裕度风电场低电压穿越锁相环
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构网型柔直受端换流站采用模拟同步机的直流电压自同步控制策略,易影响受端系统的低频振荡特性.为此,提出一种基于等效阻尼转矩的系统低频振荡特性分析方法,分析构网型柔直控制参数对受端系统低频振荡的影响.首先,依据构网型柔直控制策略构造虚拟转子,推导了等效阻尼转矩模型;其次,基于各阻尼转矩分量的频率响应曲线,分析了自同步控制环与电压控制环等参数对等效阻尼转矩的影响.最后,基于MATLAB/Simulink进行了时域仿真验证,结果表明,增加等效阻尼系数、电压控制增益等措施有利于提升等效阻尼转矩分量,对受端交流系统低频振荡具有改善作用.
直流电压自同步控制柔性直流低频振荡阻尼转矩法构网型控制
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针对基于构网型模块化多电平换流器(MMC)的混合直流输电受端系统小信号稳定性问题,考虑MMC交、直流侧间的谐波及频率耦合特性,建立了构网型MMC精确三端口导纳模型,并基于转移导纳概念,探明了构网型MMC交直流端口间谐波传递特性;结合电网换相换流器与交、直流无源网络阻抗,构建了混合直流输电系统等效电路.基于广义Nyquist稳定判据,阐明了正负序及交直流耦合特性对系统稳定性的显著作用,揭示了系统功率电路、控制参数、电网强度等不同因素对系统稳定性的影响及变化规律,明确了主导控制参数,量化了参数可行域;在此基础上,提出了直流电压下垂控制附加低通滤波器的振荡抑制策略,分析了滤波参数对系统稳定裕度的影响规律,实现了交流次/超同步振荡有效抑制.通过硬件在环半实物实时仿真验证了理论分析和控制策略的正确性与有效性.
模块化多电平换流器构网控制三端口导纳谐波传递小信号稳定性高压直流输电
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随着电力系统中新能源等电力电子设备大规模接入,其快速控制特性加快了系统电压动态过渡过程,电压稳定问题已由单一"荷侧"逐渐向"源荷侧"共同发展,电压失稳形态及演化过程发生了显著变化.该文归纳了高比例新能源电力系统电压失稳典型场景,梳理了新能源接入点3类新型电压失稳形式:有功功率切换引起的电压振荡、功率下降导致的持续低电压,以及无功功率切换引发的电压振荡问题.同时,阐述了在忽略系统戴维南等值电阻条件下,负荷与新能源接入点静态电压失稳机理的一致性,并进一步分析了等值电阻对送端与受端系统静态电压稳定性的差异化影响.在此基础上,总结新能源接入点可能引发的新型暂态电压失稳机理,并提出暂态电压失稳风险工程实用量化评估方法.该文研究成果可为新型电力系统电压稳定特性认知及工程应用提供一定理论支撑.
高比例新能源电压失稳形态静态电压稳定暂态电压稳定反复穿越失稳临界短路比
