向無源網路供電的VSC-HVDC故障穿越控制研究

《向無源網路供電的VSC-HVDC故障穿越控制研究》是依託長沙理工大學，由唐欣擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：向無源網路供電的VSC-HVDC故障穿越控制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：唐欣
• 依託單位：長沙理工大學

項目摘要

向無源網路供電的VSC-HVDC在送端交流電網故障下，由於送端網側電壓跌落，在限流器的作用下，會使受端交流電網出現功率缺額問題，進而影響受端電網的穩定性。為此，本項目擬通過揭示有功功率不平衡量影響直流電壓變化的機理，探尋擾動下直流電壓變化與頻率回響之間的映射關係，建立受端電網頻率的產生機制，從而實現將功率不平衡信息通過頻率變化傳遞給保護裝置的同時，利用負荷頻率特性調節有功需求，提高系統的低電壓穿越能力。另一方面，電網故障會產生電壓負序和零序分量，並激發換流變壓器注入更大的低次諧波，且VSC-HVDC的交流阻抗在低頻段大部分呈容性使得系統易發生諧振，導致換流站熱過載問題凸顯。為此，本項目擬提出等效增大輸出電抗支路非基波正序電阻的控制方法，通過全面扼制換流站輸出電抗支路的非基波正序電流，提高系統故障下運行的安全性。本項目有望提高VSC-HVDC對無源網路的供電安全性及與傳統保護技術的兼容性。

結題摘要

課題組圍繞送端交流電網故障引起受端交流電網電壓不穩定和熱過載兩個方面的問題，從系統級和換流站級兩個層面研究柔性直流輸電系統的新控制原理，取得三個方面的理論成果。 課題組探討了換流站交、直流側的諧波相互作用的機理，建立了d-q坐標中換流站交流側復係數阻抗模型，發現了換流站的阻抗矩陣不對稱性是正序激勵會產生負序鏡像分量的物理本質，為換流站交流側諧波阻抗計算及交流網路諧振問題分析提供了理論支持。進而，提出了全面地阻尼換流站交流側非基波正序分量向直流側傳播的方法，可減小流入變流站的非基波正序電流，並有效抑制系統網路諧振，從而解決基波負序、零序和諧波等非基波正序分量引起的熱過載問題，提高系統的安全可靠性。 課題組研究了影響與VSC-HVDC連線的弱電網頻率質量的主要因素，通過控制將VSC-HVDC的逆變側模擬為同步發電機，以增加受端交流系統的轉動慣量，為受端電網頻率提供有功功率支持。然而，由於利用逆變站為受端電網提供虛擬轉動慣量需要占用變流器容量，因此，虛擬轉動慣量非越大越好。為此，建立了包含虛擬轉動慣量的受端電網的頻率回響模型，給出了最大暫態頻率偏移計算公式，並提出了暫態頻率偏移調整方法。 課題組研究了直流網路的受端換流站的阻抗特性，建立直流網路及換流站的小信號模型，發現逆變站小信號輸入阻抗為負是產生直流電壓振盪的根本原因，且逆變站小信號輸入阻抗的值與平衡點負荷大小和直流電壓大小有關。另外，還發現VSC-HVDC系統中直流線路的電阻可為直流穩定提供正阻尼，然而，若線上路中加入物理電阻，會增大線路的損耗，因而，課題組在整流站引入前饋控制，等效增大線路電阻，提高直流電壓的穩定性，增大系統直流傳輸容量。