向无源网络供电的VSC-HVDC故障穿越控制研究

For a passive network supplied by voltage source converter based high voltage direct current system(VSC-HVDC),during the grid faults, active power shortages due to current limiter affecting. Furthermore, it may cause voltage collapse in receiveing grid. The project will discribe the mechanism of active power unbalance affecting DC voltage variation and discover the mapping between DC voltage variation and dynamic frequency response under disturbances. Then the method of frequency generation, which can pass active power unbalance information to protection devices by frequency variation and also ease the active power unbalance with load frequency characteristics, will be built. The proposed method will improve the ability of low voltage ride-through. On the other hand, the grid faults excite the converter transformer to produce more low-order harmonics, thereby network resonance occurs due to capacitive AC impedance of VSC-HVDC. The project will discribe the mechaism of non fundamental positive-sequence components tranferring in VSC-HVDC. A novel method is proposed to eliminate the non fundamental positive-sequence current in output branch by enlarging the equivalent non fundamental positive-sequence resistor of output branch. The proposed method will eliminate the thermal overload and waveform distortion caused by non fundamental positive-sequence components. This project is promising to improve the safety of network supplied by VSC-HVDC and the compatibility of VSC-HVDC and traditional protection technology.

向无源网络供电的VSC-HVDC在送端交流电网故障下，由于送端网侧电压跌落，在限流器的作用下，会使受端交流电网出现功率缺额问题，进而影响受端电网的稳定性。为此，本项目拟通过揭示有功功率不平衡量影响直流电压变化的机理，探寻扰动下直流电压变化与频率响应之间的映射关系，建立受端电网频率的产生机制，从而实现将功率不平衡信息通过频率变化传递给保护装置的同时，利用负荷频率特性调节有功需求，提高系统的低电压穿越能力。另一方面，电网故障会产生电压负序和零序分量，并激发换流变压器注入更大的低次谐波，且VSC-HVDC的交流阻抗在低频段大部分呈容性使得系统易发生谐振，导致换流站热过载问题凸显。为此，本项目拟提出等效增大输出电抗支路非基波正序电阻的控制方法，通过全面扼制换流站输出电抗支路的非基波正序电流，提高系统故障下运行的安全性。本项目有望提高VSC-HVDC对无源网络的供电安全性及与传统保护技术的兼容性。

课题组围绕送端交流电网故障引起受端交流电网电压不稳定和热过载两个方面的问题，从系统级和换流站级两个层面研究柔性直流输电系统的新控制原理，取得三个方面的理论成果。.课题组探讨了换流站交、直流侧的谐波相互作用的机理，建立了d-q坐标中换流站交流侧复系数阻抗模型，发现了换流站的阻抗矩阵不对称性是正序激励会产生负序镜像分量的物理本质，为换流站交流侧谐波阻抗计算及交流网路谐振问题分析提供了理论支持。进而，提出了全面地阻尼换流站交流侧非基波正序分量向直流侧传播的方法，可减小流入变流站的非基波正序电流，并有效抑制系统网络谐振，从而解决基波负序、零序和谐波等非基波正序分量引起的热过载问题，提高系统的安全可靠性。.课题组研究了影响与VSC-HVDC连接的弱电网频率质量的主要因素，通过控制将VSC-HVDC的逆变侧模拟为同步发电机，以增加受端交流系统的转动惯量，为受端电网频率提供有功功率支持。然而，由于利用逆变站为受端电网提供虚拟转动惯量需要占用变流器容量，因此，虚拟转动惯量非越大越好。为此，建立了包含虚拟转动惯量的受端电网的频率响应模型，给出了最大暂态频率偏移计算公式，并提出了暂态频率偏移调整方法。.课题组研究了直流网路的受端换流站的阻抗特性，建立直流网络及换流站的小信号模型，发现逆变站小信号输入阻抗为负是产生直流电压振荡的根本原因，且逆变站小信号输入阻抗的值与平衡点负荷大小和直流电压大小有关。另外，还发现VSC-HVDC系统中直流线路的电阻可为直流稳定提供正阻尼，然而，若在线路中加入物理电阻，会增大线路的损耗，因而，课题组在整流站引入前馈控制，等效增大线路电阻，提高直流电压的稳定性，增大系统直流传输容量。