电气工程学报 ›› 2021, Vol. 16 ›› Issue (3): 54-61.doi: 10.11985/2021.03.008
徐攀腾1(), 朱博1(), 喻文翔2(), 宋述波1, 李建勋1, 樊友平2
收稿日期:
2021-02-05
修回日期:
2021-05-21
出版日期:
2021-09-25
发布日期:
2021-10-29
通讯作者:
喻文翔
E-mail:xupanteng1@163.com;tiger861220@163.com;1353011792@qq.com
作者简介:
* 喻文翔,男,1999年生,硕士研究生。主要研究方向为多端柔性直流输电系统。E-mail: 1353011792@qq.com基金资助:
XU Panteng1(), ZHU Bo1(), YU Wenxiang2(), SONG Shubo1, LI Jianxun1, FAN Youping2
Received:
2021-02-05
Revised:
2021-05-21
Online:
2021-09-25
Published:
2021-10-29
Contact:
YU Wenxiang
E-mail:xupanteng1@163.com;tiger861220@163.com;1353011792@qq.com
摘要:
由电网换相换流器(Line commutated converter, LCC)与电压源型换流器(Voltage source converter, VSC)构成的混合直流电网有望成为未来直流网络中一种新的表现形式,针对混合直流电网中的各类型组成元件,提出了一种较为全面的混合直流电网机电暂态建模方法。首先分析了混合直流电网中的组成元件,并建立了各组成元件的机电暂态模型;随后分析了各类型换流器的控制系统模型;最终将所建立的机电暂态模型应用在四端混合直流电网算例仿真中,将3种工况下的机电暂态与电磁暂态仿真结果进行对比分析,验证了所提出的混合直流电网机电暂态建模方法的可行性。
中图分类号:
徐攀腾, 朱博, 喻文翔, 宋述波, 李建勋, 樊友平. 多类型元件混合直流电网机电暂态建模仿真*[J]. 电气工程学报, 2021, 16(3): 54-61.
XU Panteng, ZHU Bo, YU Wenxiang, SONG Shubo, LI Jianxun, FAN Youping. Electromechanical Transient Modeling and Simulation of Multi-type Component Hybrid DC Grid[J]. Journal of Electrical Engineering, 2021, 16(3): 54-61.
表1
混合直流电网仿真系统基本参数"
换流器参数 | Mi(i=1, 2, 3) | L1 |
---|---|---|
交流母线电压/kV | 230 | 230 |
换流变压器变比 | 230 kV/100 kV | 230 kV/209.2 kV×2 |
电平数/脉动数 | 31 | 12 |
额定容量 | 200 MVA | 591.8 MVA×2 |
直流电压/kV | ±100 | 500 |
直流变压器参数 | D1 | |
变比 | 200 kV/500 kV | |
低压侧电感/H | L=0.8 | |
高压侧电容/μF | C=7.812 5 | |
直流线路参数 | 电缆 | 架空线(LCC) |
电阻/(Ω/km) | R=0.054 83 | R=0.01 |
电感/(mH/km) | L=0.176 | L=1.25 |
电容/(μF/km) | C=0.267 | 忽略 |
表2
混合直流电网仿真系统控制策略"
控制方式(有功/无功) | 参考值 |
---|---|
定直流电压控制/定无功功率M1 | Udcref=200 kV,Qref=30 MVar |
定交流有功/无功功率M2 | Pref=150 MW,Qref=30 MVar |
定交流有功/无功功率M3 | Pref=150 MW,Qref=0 MVar |
定支路功率控制D1 | Pdcref=400 MW |
考虑关断角限值定直流电压控制L1 | Udcref=500 kV,γmin=15° |
考虑功率边界的恒电压控制M1 | Udcref=200 kV |
适时下垂控制M2 | Pref=150 MW,Qref=10 MVar |
适时下垂控制M3 | Udch=220 kV,Udcl=180 kV |
恒有功功率控制D1 | Pdcref=400 MW |
考虑关断角限值的恒电压控制L1 | Udcref=500 kV,γmin=15° |
[1] | 徐政, 肖晃庆, 张哲任, 等. 柔性直流输电系统[M]. 2版. 北京: 机械工业出版社, 2017. |
XU Zheng, XIAO Huangqing, ZHANG Zheren, et al. Flexible DC transmission system[M]. 2nd ed. Beijing: China Machine Press, 2017. | |
[2] | 徐政, 刘高任, 张哲任. 柔性直流输电网的故障保护原理研究[J]. 高电压技术, 2017, 43(1):1-8. |
XU Zheng, LIU Gaoren, ZHANG Zheren. Research on fault protection principle of DC grids[J]. High Voltage Engineering, 2017, 43(1):1-8. | |
[3] | 李清波, 林佳壕. 基于混合型柔性限流器直流配网故障暂态特性研究[J]. 电气工程学报, 2020, 15(4):65-74. |
LI Qingbo, LIN Jiahao. DC distribution network failure based on hybrid flexible current limiter Research on transient characteristics[J]. Journal of Electrical Engineering, 2020, 15(4):65-74. | |
[4] | 訾振宁, 何永君, 赵东元. 新一代电力系统灵活柔性特征研究[J]. 电气工程学报, 2019, 14(3):1-8. |
ZI Zhenning, HE Yongjun, ZHAO Dongyuan. Research on flexible characteristics of new generation power system[J]. Journal of Electrical Engineering, 2019, 14(3):1-8. | |
[5] | 訾鹏, 赵铮, 陈兴雷, 等. LCC-VSC混合直流电网机电暂态建模方法研究[J]. 中国电机工程学报, 2015, 35(24):6265-6274. |
ZI Peng, ZHAO Zheng, CHEN Xinglei, et al. Electromechanical transient modeling of hybrid DC grid based on LCC and VSC converter[J]. Proceedings of CSEE, 2015, 35(24):6265-6274. | |
[6] | 熊华强, 杨程祥, 马亮, 等. 含分层接入特高压直流的交直流混联电网机电-电磁暂态混合仿真研究[J]. 电力系统保护与控制, 2020, 48(24):145-153. |
XIONG Huaqiang, YANG Chengxiang, MA Liang, et al. Study on electromechanical-electromagnetic transient hybrid simulation of AC/DC hybrid power grid with hierarchical access to UHV DC[J]. Power System Protection and Control, 2020, 48(24):145-153. | |
[7] | 王永平, 赵文强, 杨建明, 等. 混合直流输电技术及发展分析[J]. 电力系统自动化, 2017, 41(7):156-167. |
WANG Yongping, ZHAO Wenqiang, YANG Jianming, et al. Hybrid high-voltage direct current transmission technology and its development analysis[J]. Automation of Electric Power Systems, 2017, 41(7):156-167. | |
[8] | 吴亚楠, 安婷, 庞辉, 等. LCC/VSC混合多端直流输电系统模型研究[J]. 中国电机工程学报, 2016, 36(8):2077-2083. |
WU Yanan, AN Ting, PANG Hui, et al. Study on hybrid line com-mutated converter/voltage source converter DC grid test model[J]. Proceedings of the CSEE, 2016, 36(8):2077-2083. | |
[9] | 李威, 牛拴保, 吕亚洲, 等. 直流机电暂态仿真建模及与电磁暂态仿真的对比[J]. 高压电器, 2018, 54(8):155-160. |
LI Wei, NIU Shuanbao, LÜ Yazhou, et al. Modeling of DC electromechanical transient simulation and its comparison with electromagnetic transient simulation[J]. High Voltage Electrical Apparatus, 2018, 54(8):155-160. | |
[10] | 肖亮, 王国腾, 徐雨哲, 等. LCC-MMC混合多端直流输电系统的潮流计算和机电暂态建模方法[J]. 高电压技术, 2019, 45(8):2578-2586. |
XIAO Liang, WANG Guoteng, XU Yuzhe, et al. Power flow calculation and electromechanical transient modeling method of LCC-MMC hybrid multi-terminal DC transmission system[J]. High Voltage Engineering, 2019, 45(8):2578-2586. | |
[11] | 刁守斌, 于涛, 王建建. 基于保留非线性算法的直流配电网潮流计算[J]. 电气工程学报, 2020, 15(4):75-84. |
DIAO Shoubin, YU Tao, WANG Jianjian. Power flow calculation of DC distribution network based on preserving nonlinear algorithm[J]. Journal of Electrical Engineering, 2020, 15(4):75-84. | |
[12] | 李亚楼, 穆清, 安宁, 等. 直流电网模型和仿真的发展与挑战[J]. 电力系统自动化, 2014, 38(4):127-135. |
LI Yalou, MU Qing, AN Ning, et al. Development and challenges of DC grid model and simulation[J]. Automation of Electric Power Systems, 2014, 38(4):127-135. | |
[13] | 郭春义, 刘文静, 赵成勇. 电压源电流源混合型高压直流输电控制方法研究[J]. 中国科学, 2013, 43(11):1281-1288. |
GUO Chunyi, LIU Wenjing, ZHAO Chengyong. Research on the control method for voltage-current source hybrid-HVDC system[J]. Science China: Technological Sciences, 2013, 43(11):1281-1288. | |
[14] | 唐庚, 徐政, 薛英林. LCC-MMC混合高压直流输电系统[J]. 电工技术学报, 2013, 28(10):301-310. |
TANG Geng, XU Zheng, XUE Yinglin. A LCC-MMC hybrid HVDC transmission system[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2013, 28(10):301-310. | |
[15] |
XU J Z, ZHAO C Y, LIU W J, et al. Accelerated model of modular multilevel converters in PSCAD/EMTDC[J]. IEEE Trans. on Power Delivery, 2013, 28(1):129-136.
doi: 10.1109/TPWRD.2012.2201511 |
[16] | SAAD H, OULD-BACHIR T, MAHSEREDJIAN J, et al. Real-time simulation of MMCs using CPU and FPGA[J]. IEEE Trans. on Power Electronics, 2013, 30(1):259-267. |
[17] | WANG C, LI W, BELANGER J. Real-time and faster-thanreal-time simulation of modular multilevel converters using standard multicore CPU and FPGA chip[C]// IECON2013,Vienna,Austria, 2013. |
[18] | 赵利刚, 洪潮, 涂亮, 等. 多端直流输电系统机电暂态建模研究与实现[J]. 南方电网技术, 2017, 11(7):26-31. |
ZHAO Ligang, HONG Chao, TU Liang, et al. Research and realization of electromechanical transient modeling of multi-terminal DC transmission system[J]. Southern Power System Technology, 2017, 11(7):26-31. | |
[19] | 杨林超, 应超楠, 徐政, 等. 大规模交直流混联电网RTDS快速建模方法[J]. 电力自动化设备, 2019, 39(9):192-198. |
YANG Linchao, YING Chaonan, XU Zheng, et al. Rapid RTDS modeling method for large-scale AC/DC hybrid power grids[J]. Electric Power Automation Equipment, 2019, 39(9):192-198. | |
[20] | 唐亚南, 叶华, 裴玮, 等. MMC-MTDC系统的电磁-机电暂态建模与实时仿真分析[J]. 电力自动化设备, 2019, 39(11):99-106. |
TANG Yanan, YE Hua, PEI Wei, et al. Electromagnetic-electromechanical transient modeling and real-time simulation analysis of MMC-MTDC system[J]. Electric Power Automation Equipment, 2019, 39(11):99-106. | |
[21] | HAHN C, GEUB A, LUTHER M. Modeling and control design of hybrid-LCC and VSC based-HVDC systems[C]//2016 IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exposition(T&D). Dallas,USA:IEEE, 2016:1-6. |
[1] | 罗晓祎, 张凤阁. 一种分数槽永磁同步电机的转矩计算方法*[J]. 电气工程学报, 2021, 16(3): 1-8. |
[2] | 王恒宜, 汪飞. 小电容应用下的三角形联结级联H桥STATCOM建模和最优控制器设计*[J]. 电气工程学报, 2021, 16(3): 25-32. |
[3] | 徐敬友, 丁坚勇, 杨东俊, 肖彦娟, 杨洁, 涂智福. 基于图论及网络等值的配电网可靠性评估方法*[J]. 电气工程学报, 2021, 16(3): 92-98. |
[4] | 马涛, 侯磊, 许杨勇, 祁天星, 杨天阔, 齐庆峰, 刘学识, 娄博威. 电极旋转情况下真空电弧阳极熔蚀过程的数值仿真与分析*[J]. 电气工程学报, 2021, 16(2): 108-114. |
[5] | 伍文俊, 王思佳, 蔡嘉齐. 含网电变压器保护的电动修井机超级电容储能控制*[J]. 电气工程学报, 2021, 16(2): 122-130. |
[6] | 霍陆昱, 陈怡霖, 杜海忠, 章治国. 基于多周期离散迭代模型的移相全桥倍流同步整流变换器及其稳定性分析[J]. 电气工程学报, 2021, 16(2): 131-140. |
[7] | 克帕依吐·吐尔逊, 李明, 汪齐, 廖凯. 石榴石型直流光学电流互感器及其稳定性研究*[J]. 电气工程学报, 2021, 16(2): 149-158. |
[8] | 赵振喜, 李洪丰, 侯伟, 李兴, 屈国际, 肖洪波. 国网吉林电力基建电力物联网研究与实践[J]. 电气工程学报, 2021, 16(2): 166-173. |
[9] | 党存禄, 李旭鹏, 孙海斌, 武文成. 双馈风电机组次同步控制相互作用的抑制方法 *[J]. 电气工程学报, 2021, 16(1): 119-126. |
[10] | 刘鑫, 原熙博, 韩东旭, 赵凯, 由蕤. 一种基于矩阵变换器的海上风力机中压电能变换系统 *[J]. 电气工程学报, 2021, 16(1): 127-133. |
[11] | 李志坚, 邢继文, 杜伯学, 肖萌, 孔晓晓, 李进. 高储能聚合物材料复配体系研究进展 *[J]. 电气工程学报, 2021, 16(1): 134-140. |
[12] | 李存贺, 赵博, 刘剑, 鲁炳林. 开关磁阻电动机小样本磁链特性精确建模方法 *[J]. 电气工程学报, 2021, 16(1): 16-25. |
[13] | 李金, 张喜铭, 谢型浪, 李恒. 变电站安全运维装置技术方案 *[J]. 电气工程学报, 2020, 15(4): 114-120. |
[14] | 李兴, 侯伟, 杨宇, 王鹏, 苏海军, 付铭明. 论电力基建业务中边缘计算的应用与实践[J]. 电气工程学报, 2020, 15(4): 153-160. |
[15] | 李清波, 林佳壕. 基于混合型柔性限流器直流配网故障暂态特性研究 *[J]. 电气工程学报, 2020, 15(4): 65-74. |
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