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由于在大容量远距离输电及异步互联等方面的优势,目前高压直流输电得到了广泛的应用。由于可自关断的电力电子器件的快速发展,电压源型换流器随之产生,而以其为基础的柔性直流输电在输电系统中的渗透率也不断提高。随着柔性直流输电的发展,大量电力电子器件的引入,系统逐渐暴露出低惯性、弱阻尼的问题,由弱阻尼模式引发的低频振荡已成为电网稳定安全的重要隐患。大量的电力电子器件的引入也使得电力系统中存在不同的时间尺度,系统模型愈加复杂。若仍采用各模块的原模型进行稳定性分析和仿真计算,容易带来内存占用大、仿真时间长和维数灾的问题。因此有必要研究一种简单实用的含VSC-HVDC的交直流电力系统简化模型以方便计算和仿真,并在简化模型的基础上对系统稳定性进行深入的探讨和研究。
首先,本文综合考虑含VSC-HVDC的交直流电力系统的主电路部分和控制部分,建立了各子模块的数学模型,在平衡点处对非线性系统模型做线性化处理,得到VSC-HVDC的小干扰分析模型,并利用Prony辨识对所建立的VSC-HVDC电力系统小干扰稳定模型进行验证,其结果显示了所建立模型的小干扰计算结果的准确性。
其次,通过特征值法和参与因子法分析了含VSC-HVDC的交直流电力系统的小干扰稳定性,分析结果表明系统存在着8种振荡模式,且控制参数对小干扰稳定性有很大影响。利用奇异摄动理论划分了含VSC-HVDC的交直流电力系统中的快慢变量,并对快变量依次进行忽略快动态降阶,得到含VSC-HVDC的交直流电力系统的3种降阶模型。分析和对比了原模型与3种降阶模型的小干扰稳定情况,结果表明不同降阶模型在不同程度上能够保留系统原有的振荡模式,能够为进一步研究控制参数对系统稳定性的影响提供参考建议。
最后,选择适当的降阶模型分析控制参数对小干扰稳定性的影响,结合参与因子分析结果确定对振荡模式影响较大的控制参数,通过绘制特征值轨迹图得到待控制参数的优化范围。利用遗传算法进行寻优,并仿真对比了参数优化前后含VSC-HVDC的交直流电力系统的小干扰稳定性与动态响应特性。研究结果表明:以原模型和降阶模型为研究对象的优化结果基本一致,在小扰动下均能够更快地恢复到稳定运行状态,阻尼特性佳,稳定性提高;而且基于降阶模型的优化方法计算速度更快、效率更高,验证了所提方法的有效性。
首先,本文综合考虑含VSC-HVDC的交直流电力系统的主电路部分和控制部分,建立了各子模块的数学模型,在平衡点处对非线性系统模型做线性化处理,得到VSC-HVDC的小干扰分析模型,并利用Prony辨识对所建立的VSC-HVDC电力系统小干扰稳定模型进行验证,其结果显示了所建立模型的小干扰计算结果的准确性。
其次,通过特征值法和参与因子法分析了含VSC-HVDC的交直流电力系统的小干扰稳定性,分析结果表明系统存在着8种振荡模式,且控制参数对小干扰稳定性有很大影响。利用奇异摄动理论划分了含VSC-HVDC的交直流电力系统中的快慢变量,并对快变量依次进行忽略快动态降阶,得到含VSC-HVDC的交直流电力系统的3种降阶模型。分析和对比了原模型与3种降阶模型的小干扰稳定情况,结果表明不同降阶模型在不同程度上能够保留系统原有的振荡模式,能够为进一步研究控制参数对系统稳定性的影响提供参考建议。
最后,选择适当的降阶模型分析控制参数对小干扰稳定性的影响,结合参与因子分析结果确定对振荡模式影响较大的控制参数,通过绘制特征值轨迹图得到待控制参数的优化范围。利用遗传算法进行寻优,并仿真对比了参数优化前后含VSC-HVDC的交直流电力系统的小干扰稳定性与动态响应特性。研究结果表明:以原模型和降阶模型为研究对象的优化结果基本一致,在小扰动下均能够更快地恢复到稳定运行状态,阻尼特性佳,稳定性提高;而且基于降阶模型的优化方法计算速度更快、效率更高,验证了所提方法的有效性。