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基于谐波状态空间的高压直流输电系统SISO阻抗建模及稳定性分析

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中国电机工程学报 2024年第5期44卷 1985-1998,I0027页

作者：王杨夏菲田旭肖先勇徐群伟马智泉四川大学电气工程学院四川省成都市610065 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院浙江省杭州市310014

近年来,电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based on high voltage direct current,LCC-HVDC)系统的稳定性问题得到广泛关注,多位专家学者建议采用谐波状态空间(harmonic state space,HSS)等线性周期时变建模方... 详细信息

近年来,电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based on high voltage direct current,LCC-HVDC)系统的稳定性问题得到广泛关注,多位专家学者建议采用谐波状态空间(harmonic state space,HSS)等线性周期时变建模方法对其分析。然而,HSS不可避免地提高了建模的复杂度与维数,在面对大规模交直流系统时具有局限性。同时,LCC-HVDC包含多类型谐波耦合,各部分耦合对稳定性的影响大小尚未得到充分论证。为此,文中以HSS为底层理论建立LCC-HVDC的耦合阻抗矩阵,揭示高压直流输电系统内部的谐波耦合机理。进一步,通过多频电路等效思想,提出三相系统多维阻抗的降维方法,将耦合阻抗矩阵无损降维成单入单出阻抗,以此分析不同次数的谐波耦合对阻抗特性与稳定性的影响。结果表明,考虑到13次谐波截断可以有效提升高压直流输电系统阻抗模型精度,但对稳定性分析结果的影响小于忽略工况变化、简化逆变侧带来的误差。

关键词：电网换相换流器型高压直流输电谐波状态空间谐波耦合单入单出阻抗稳定性分析

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考虑锁相环和换相失败的LCC-HVDC闭环动态相量仿真模型

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中国电机工程学报 2021年第9期41卷 3046-3055页

作者：单俊儒刘崇茹李欢魏伟新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 直流输电技术国家重点实验室(南方电网科学研究院有限责任公司) 广东省广州市510663

为解决交直流混联系统暂态响应难以快速精确求解的问题,文中基于动态相量法基本原理,对电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)全系统进行详细的建模推导。首先建立含锁相环的... 详细信息

为解决交直流混联系统暂态响应难以快速精确求解的问题,文中基于动态相量法基本原理,对电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)全系统进行详细的建模推导。首先建立含锁相环的换流器动态相量模型,通过将锁相环输出与改进开关函数相结合,准确还原换流器的工作过程,提高计算的速度和精度。随后,通过对直流线路和控制系统的精确建模,实现了系统的闭环计算。同时,针对逆变侧易出现的换相失败情况,提出复合判据和开关函数修正法对其进行快速判断和处理,拓展模型的适用性。将所建模型应用于CIGRE Benchmark标准直流系统,多故障类型下的仿真结果进一步证明了其相较于传统动态相量模型的优势。

关键词：电网换相换流器型高压直流输电动态相量法锁相环闭环计算换相失败

弱受端场景下角型链式STATCOM接入HVDC系统的阻抗建模及稳定性分析

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电网技术 2023年第3期47卷 1269-1279页

作者：刘一锋周小平洪乐荣夏海涛尹寒航朱仁龙邓凌峰陈斌超国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学) 湖南省长沙市410082

为抑制电网换相换流器型高压直流输电(line-commutated converter based high-voltage direct-current,LCC-HVDC)换相失败的发生,静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)在受端系统得到应用。然而随着LCC-HVDC系统的发展及新型电力系统的构建,受端电网呈现弱电网的特征。在弱电网条件下,LCC-HVDC系统、STATCOM与弱受端电网交互作用容易引发谐波振荡。该文采用阻抗分析法分析了含角型链式STATCOM的LCC-HVDC系统与受端电网的交互稳定性问题。首先提出一种改进的LCC交流电流和直流电压计算方式,以避免LCC复杂的换相开关函数的线性化。然后基于谐波状态空间(harmonic state space,HSS)理论,分别推导了LCC-HVDC系统以及角型链式STATCOM的多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)阻抗模型。此外,为了便于阻抗测量和稳定性分析,将MIMO阻抗模型等效转化为单输入单输出(single-input single-output,SISO)阻抗模型,并分析了角型链式STATCOM未接入和接入LCC-HVDC系统下的阻抗特性,揭示了含角型链式STATCOM的LCC-HVDC系统在弱受端电网下振荡的机理。分析表明:LCC-HVDC系统单独运行时受端系统容易在中低频段出现正序谐波振荡,而角型链式STATCOM接入后受端系统容易在中低频段内出现负序谐波振荡。最后,通过仿真验证了分析的正确性。

关键词：电网换相换流器型高压直流输电角型链式静止同步补偿器谐波状态空间建模阻抗模型稳定性分析

晶闸管器件型模块化级联式新型换流器拓扑及其协调控制策略

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中国电机工程学报 2023年

作者：赵晨薇郭春义赵成勇李凤祁徐玲铃新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 国网直流技术中心

为了彻底解决电网换相换流器型高压直流输电(line-commutated converter based high voltage direct current，LCC-HVDC)的换相失败问题，提出了输出电压可控、换相期间阻抗可调的晶闸管换流模块，并由其级联构建了能彻底抵御换相失败... 详细信息

为了彻底解决电网换相换流器型高压直流输电(line-commutated converter based high voltage direct current，LCC-HVDC)的换相失败问题，提出了输出电压可控、换相期间阻抗可调的晶闸管换流模块，并由其级联构建了能彻底抵御换相失败的新型换流器拓扑结构；给出了无需额外故障检测、换流模块根据系统运行状态自动切换工作模式的晶闸管固定触发时序，提出了可强迫关断换相电流的模块与阀臂间的协调控制策略和换流模块内元件的参数设计方法。最后在PSCAD/EMTDC中进行了分析验证，结果表明，所提出的新型换流器不仅可以彻底解决换相失败问题，而且故障期间仍然具有一定的功率传输能力；所提参数设计方法合理，换流模块元件应力均在设计允许范围内。

关键词：电网换相换流器型高压直流输电换相失败晶闸管换流模块新型换流器

考虑锁相环及换相失败的直流系统闭环动态相量建模研究

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考虑锁相环及换相失败的直流系统闭环动态相量建模研究

作者：单俊儒华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

为了满足经济社会发展的客观需要,我国高压直流输电技术发展迅速。现阶段,我国电网已成为世界上规模最大、电压等级最高的交直流混联电网。直流线路的不断建成也为系统仿真带来了新的挑战,为解决交直流混联系统暂态响应难以快速精确求... 详细信息

为了满足经济社会发展的客观需要,我国高压直流输电技术发展迅速。现阶段,我国电网已成为世界上规模最大、电压等级最高的交直流混联电网。直流线路的不断建成也为系统仿真带来了新的挑战,为解决交直流混联系统暂态响应难以快速精确求解的问题,本文基于动态相量法基本原理,对电网换相换流器型高压直流输电全系统重新进行了详细的建模推导,并在此基础上,建立了完整的直流系统闭环动态相量仿真模型。论文首先对直流系统换流器进行分析,建立了含锁相环的换流器动态相量模型,并在这一过程中改进现有开关函数,使其能够反映交流不对称情况下换流器的工作过程。随后,本文将锁相环输出与改进开关函数相结合,使用时域信号计算方法代替传统动态相量的频域卷积,进一步提高了模型的计算速度和精度。同时,针对逆变侧易出现的换相失败情况,本文提出复合判据和开关函数修正法对其进行快速判断和处理,拓展了模型的适用性。建立换流器动态相量模型后,本文进一步对直流线路、直流控制系统和换流变压器进行精细化建模,并在明确直流系统各部分连接及交互方式的基础上,形成了直流系统的闭环仿真流程。将本文所建闭环动态相量仿真模型应用于CIGRE BENCHMARK标准直流系统并在多种故障类型下进行仿真,各算例的计算结果进一步证明了其相较于传统动态相量模型的优势。本文在考虑锁相环及换相失败的基础上,对直流系统进行的闭环动态相量建模研究,进一步拓展了动态相量理论在电力系统仿真中的应用。为未来现代电力系统的精确在线实时仿真提供了可能。

关键词：电网换相换流器型高压直流输电动态相量法锁相环换相失败闭环仿真

晶闸管器件型模块化级联式新型换流器拓扑及其协调控制策略

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中国电机工程学报 2024年第24期 9762-9775页

作者：赵晨薇郭春义赵成勇李凤祁徐玲铃新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 国网直流技术中心

为彻底解决电网换相换流器型高压直流输电的换相失败问题，提出输出电压可控、换相期间阻抗可调的晶闸管换流模块，并由其级联构建能彻底抵御换相失败的新型换流器拓扑结构；给出无需额外故障检测、换流模块根据系统运行状态自动切换工... 详细信息

为彻底解决电网换相换流器型高压直流输电的换相失败问题，提出输出电压可控、换相期间阻抗可调的晶闸管换流模块，并由其级联构建能彻底抵御换相失败的新型换流器拓扑结构；给出无需额外故障检测、换流模块根据系统运行状态自动切换工作模式的晶闸管固定触发时序，提出可强迫关断换相电流的模块与阀臂间的协调控制策略和换流模块内元件的参数设计方法；最后，在PSCAD/EMTDC中进行分析验证。结果表明，所提出的新型换流器不仅可以彻底解决换相失败问题，而且故障期间仍然具有一定的功率传输能力；所提参数设计方法合理，换流模块元件应力均在设计允许范围内。

关键词：电网换相换流器型高压直流输电换相失败晶闸管换流模块新型换流器