基于激励-响应关系的常规直流输电建模及控制性换相失败机制研究

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hhl20020922
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我国能源基地与负荷中心呈逆向分布,为满足能源送出、负荷中心电力供应等方面的迫切需求,适于远距离、大容量输电的常规直流输电技术得到大力发展。常规直流输电换流站作为典型的电力电子变换装备,其不同于同步机的装备特性为交直流系统的安全稳定运行带来了众多新的动态问题,如常规直流输电系统小扰动稳定问题、受端电网电压幅值动态机理问题、电力系统动态过程中的逆变站控制性换相失败问题(控制动作后触发脉冲时刻变化导致的换相失败)等。在常规直流输电系统小扰动稳定方面,目前的方法能够判断系统小扰动稳定性,但是在认识小扰动稳定机理方面存在不足。在受端电网电压幅值动态机理方面,目前的研究工作建立了无功功率与电压幅值之间的联系,但是对电压幅值背后的物理元件及其驱动力认识不足。在系统动态过程中的逆变站控制性换相失败方面,目前的研究工作集中在换相失败机理、影响因素分析及抑制措施并取得了进展,但是需要深入认识换流站底层控制即脉冲触发原理,以研究(多次)控制性换相失败。为此,基于对含常规直流输电的电力系统动态过程的认识及运动方程建模方法,建立了换流站激励-响应关系模型,以研究上述列举的常规直流输电相关动态问题。具体内容如下:(1)基于对电力系统动态过程的认识及运动方程建模方法,建立了常规直流输电换流站小扰动功率激励-内电流响应关系模型。首先,指出了稳态及动态过程中(未发生换相失败)换流站输出为一定幅值、角频率、相位的电流旋转矢量。然后,基于运动方程的建模方法,通过综合考虑整流站/逆变站在换流器控制层的控制及换相过程,建立了整流站/逆变站的小扰动功率激励-内电流响应关系模型。最后,通过对比所提出的小扰动功率激励-内电流响应关系模型与详细时域仿真模型在系统受扰后的动态响应,验证了所建模型能够适用于常规直流输电系统在换流器控制层的小扰动动态过程分析。(2)基于所建立的换流站小扰动功率激励-内电流响应关系模型,分别在单换流站并网系统、两端直流输电系统和两馈入直流输电系统中,分析了不同因素(直流电流滤波器参数、直流电流控制参数、锁相环参数、直流电压控制参数)对系统小扰动振荡的影响规律。并且,通过在送端电网施加扰动,观测受端逆变站输出功率的变化,说明了扰动会通过常规直流输电在送受端电网间传播。(3)基于对电力系统动态过程的认识及运动方程建模方法,建立了用于受端电网电压幅值动态机理认识的常规直流输电逆变站功率激励-端电压响应关系模型,该模型以指令功率和反馈功率的误差作为激励,以端电压幅值和相位作为响应,包含三组功率平衡。该模型反映了指令及反馈无功功率、逆变站输送的有功功率与电网吸收的有功功率时刻平衡,在系统动态过程中,逆变站(熄弧角控制方式下)存在不利于系统电压幅值稳定的电压幅值-无功功率正反馈机制,并通过仿真得到了验证。(4)基于对装备、电力系统动态过程的认识,建立了逆变站电压幅频激励-电流幅频响应关系模型,并研究了电力系统动态过程中的逆变站控制性换相失败问题。首先,指出了从电力系统动态过程出发研究逆变站控制性换相失败的必要性,从供需平衡的角度分析了逆变站换相成功/控制性换相失败的机理。所建立的逆变站电压幅频激励-电流幅频响应关系模型反映了换相相关量对换相过程的影响。基于此模型,分析了受端强电网下,锁相环动态对逆变站换相过程的影响并提出从换相电压旋转矢量及锁相环旋转矢量运动的角度直观理解锁相环动态对换相过程的影响,此外,基于补偿的思想提出了相应的抑制措施并通过仿真验证了其有效性。提出了受端弱电网下控制性换相失败的新问题,与强电网情形不同的是,系统动态过程中换相电压频率是未知的,导致脉冲触发时刻与换相电压负过零点间的时间间隔也是未知的。分析了逆变站触发角指令值动态对换相过程的影响,并发现了熄弧角控制环路小扰动振荡发散导致逆变站多次控制性换相失败的现象。
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