VSC-HVDC中换流器故障诊断方法

VSC-HVDC的故障分析及控制策略研究的开题报告题目：VSC-HVDC的故障分析及控制策略研究一、研究背景及意义近年来，随着电力系统规模的不断扩大和能源结构的调整，大容量、长距离、永久互换直流输电逐渐成为一种重要的电力传输方式。

而VSC-HVDC直流输电技术，其具有无需同步、灵活可靠、控制性能好等优点，已成为HVDC的主流技术之一。

然而，在实际运行中，由于各种原因，例如气象原因、故障形态等导致的电力系统失稳，可能会给VSC-HVDC直流输电带来安全隐患。

因此，对VSC-HVDC直流输电的故障分析及控制策略研究具有重要意义，可以为电力系统的安全稳定运行提供保障。

二、研究内容1. 分析VSC-HVDC直流输电的故障形态，建立相应的仿真模型。

2. 分析VSC-HVDC直流输电在不同故障形态下的运行状态，探究故障对VSC-HVDC直流输电的影响。

3. 研究VSC-HVDC直流输电的故障控制策略，包括主动保护策略和后备控制策略，并进行仿真验证。

4. 探究不同控制策略对VSC-HVDC直流输电的响应速度、控制精度、安全性等性能指标的影响。

三、研究方法1. 文献综述法：对VSC-HVDC直流输电的故障分析及控制策略研究领域的相关文献进行综述，确定研究内容和方向。

2. 数值仿真法：利用MATLAB等软件，建立VSC-HVDC直流输电的仿真模型，进行故障模拟和控制策略验证。

3. 实验研究法：利用实验设备，对VSC-HVDC直流输电的性能进行测试和验证，为控制策略的优化提供实验数据。

四、预期成果1. 建立VSC-HVDC直流输电的仿真模型，进行故障仿真和控制策略验证。

2. 建立VSC-HVDC直流输电的实验平台，进行性能测试和控制策略验证。

3. 提出VSC-HVDC直流输电的故障控制策略，优化控制算法。

4. 发表若干篇相关的学术论文，提高研究水平。

五、研究进度安排第1-2个月：文献综述，确定研究方向和内容。

第3-4个月：建立VSC-HVDC直流输电的仿真模型，进行故障仿真和控制策略验证。

多端柔性直流输电(VSC—HVD)系统直流电压下垂控制学院：姓名：学号：组员：指导老师：日期：摘要：多端柔性直流输电系统(voltage sourcedconverter basedmulti-terminal high voltage direct current transmission，VSC-MTDC)与传统的电网换相换流器构成的多端直流输电系统相比，具有控制灵活、能够与短路容量较小的弱交流系统甚至无源交流系统相连、扩建容易等诸多优点直流电压的稳定直接影响到直流潮流的稳定，因此直流电压控制是多端柔性直流输电系统稳定运行的重要因素之一。

下垂控制策略具有无需通讯、可靠性较高等优点，但存在直流电压质量较差、功率分配不独立、参数设计困难等问题。

本文首先介绍了多端柔性直流输电系统控制方法的分类比较，然后重点介绍了下垂控制数学模型，分析MTDC 系统中下垂控制参数对直流电压与电流(功率)的影响机理，研究满足MTDC 系统功率平衡和直流电压稳定的V-I(V-P)下垂特性曲线。

关键词：VSC-MTDC 下垂控制模块化多电平换流器一、引言基于电压源换流器（Voltage Source Converter，VSC）的高压直流输电（High Voltage Direct Current，HVDC）技术（HVDC based on VSC，VSC-HVDC，也称柔性直流输电技术）系统以其灵活性、经济性和可靠性，在新能源并网、城市直流配电网、孤岛供电等领域有着广泛的应用前景。

MTDC 系统接线方式分为串联、并联和混联等，目前主要采用并联式[1]。

并联接线的MTDC 系统中所有VSC 工作于相同直流母线电压下，因此直流电压控制是系统稳定运行的关键，类似于交流系统中的频率控制。

多端柔性直流输电系统级直流电压控制策略可以分为三大类，分别是单点直流电压控制策略、多点直流电压控制策略以及直流电压斜率控制策略。

单点直流电压控制策略将一个换流站作为直流电压控制站，其余换流站负责控制其他的变量，例如交流功率、交流频率、交流电压等，系统中仅有一个换流站对直流电压进行控制，如果这个换流站失去了直流电压的控制能力，整个柔性直流输电系统的潮流将失稳，因此单点直流电压控制策略的适用性较差。

电力电子技术中的直流电压变换器故障排查直流电压变换器（DC-DC converter）是电力电子技术中常用的一种电力转换装置，主要用于将直流电压转换为不同的电压级别，以满足各种电力设备的需求。

然而，在使用过程中，直流电压变换器可能会出现各种故障，影响其正常工作。

本文针对直流电压变换器故障排查进行论述，通过有序的分析和检测，帮助读者提高维修和排查故障的能力。

一、故障现象描述在进行直流电压变换器故障排查之前，首先需要详细描述故障现象。

根据故障的不同表现，可以大致判断出故障的类型和可能的原因。

例如，直流电压变换器输出电压波动较大、输出电流异常、温度过高等等。

针对这些故障现象，我们可以根据实际情况进行下一步的排查工作。

二、故障检测准备在进行故障排查之前，需要准备相应的仪器设备和工具，以保证故障检测的准确性和效率。

常用的工具包括数字万用表、示波器、温度计等。

此外，还需要熟悉直流电压变换器的结构和工作原理，以便更好地进行排查工作。

三、故障排除步骤1. 初步检查首先，对直流电压变换器进行初步检查。

检查输入和输出端电压是否正常，观察是否有异常烧焦或气味。

同时，还要检查变压器、电容和电感等元器件是否存在异常情况，如短路、开路等。

初步检查能够迅速定位部分常见故障，为后续排查工作提供指导。

2. 详细分析如果初步检查未找到故障，需要进行更为详细的分析。

通过使用示波器等设备，观察直流电压变换器的波形和电流特征，分析其是否存在异常。

同时，对元器件的参数进行测量，比较实际数值与标准数值之间的差异，判断是否存在故障元器件。

对于损坏的元器件，需要及时更换以恢复正常工作。

3. 故障复现为了确保故障排查的可靠性，需要针对故障现象进行重新复现。

通过再次连接相应电路、装置或加载适当负载，在实际工作环境中再次观察和记录故障现象，以便更好地分析和诊断问题。

在故障复现的过程中，可以尝试调整参数、改变工作条件等方式，以确定故障的具体影响因素。

4. 故障定位通过以上步骤，已经逐步缩小故障范围。

第３４卷第６期２０２０年１１月山东理工大学学报(自然科学版)ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ(ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ)Ｖｏｌ.３４Ｎｏ.６Ｎｏｖ.２０２０收稿日期:２０１８１０２７基金项目:国家自然科学基金项目(５１５７７０５３)ꎻ国家自然科学青年基金项目(６１９０３００３)第一作者:吴成业ꎬ男ꎬｗｃｙｉｎｈｎｕ１２６.ｃｏｍ文章编号:１６７２－６１９７(２０２０)０６－０００８－０６适用于ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统的静态电压稳定分析改进方法吴成业１ꎬ李㊀飞１ꎬ刘光晔２(１.安徽工业大学电气与信息工程学院ꎬ安徽马鞍山２４３０３２ꎻ２.湖南大学电气与信息工程学院ꎬ湖南长沙４１００８２)摘㊀要:含电压源换流器的高压直流输电(ｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ￣ｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔꎬＶＳＣ￣ＨＶＤＣ)技术是近年来的研究热点ꎬ而对于ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统的静态电压稳定分析方法的研究却很少ꎮ泰勒级数法在处理纯交流系统的静态电压稳定分析时具有计算速度快的优点ꎬ本文基于泰勒级数提出了一种适用于ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统的静态电压稳定分析改进方法ꎮ首先建立了ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统的电压稳定分析数学模型ꎬ由于系统功率参数是节点电压幅值的可导反函数ꎬ将负荷节点功率在靠近极限潮流点处展开为关于节点电压幅值的泰勒级数ꎬ最后由泰勒级数快速精确地求取电压稳定鞍结分岔点ꎮ通过与连续潮流法的结合和泰勒级数展开点的选择ꎬ解决了在纯交流系统中泰勒级数法的缺陷ꎬ提高了计算精度ꎮ关键词:ＶＳＣ￣ＨＶＤＣꎻ静态电压稳定ꎻ泰勒级数ꎻ电压稳定鞍结分岔点中图分类号:ＴＭ７１文献标志码:ＡＡｎｉｍｐｒｏｖｅｄｓｔａｔｉｃｖｏｌｔａｇｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｆｏｒＶＳＣ￣ＨＶＤＣｓｙｓｔｅｍＷＵＣｈｅｎｇｙｅ１ꎬＬＩＦｅｉ１ꎬＬＩＵＧｕａｎｇｙｅ２(１.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＭａａｎｓｈａｎ２４３０３２ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＣｈａｎｇｓｈａ４１００８２ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ(ｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ￣ｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔ)ｓｙｓｔｅｍｉｓａｒｅｓｅａｒｃｈｈｏｔｓｐｏｔｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ.ＨｏｗｅｖｅｒꎬｔｈｅｓｔａｔｉｃｖｏｌｔａｇｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒＶＳＣ￣ＨＶＤＣｓｙｓｔｅｍａｒｅｆｅｗ.ＴｈｅＴａｙｌｏｒｓｅｒｉｅｓｍｅｔｈｏｄｈａｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｆａｓｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｓｔａｔｉｃｖｏｌｔａｇｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｕｒｅＡＣｓｙｓｔｅｍ.ＴｈｅｒｅｆｏｒｅꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｓｔａｔｉｃｖｏｌｔａｇｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｆｏｒＶＳＣ￣ＨＶＤＣｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＴａｙｌｏｒｓｅｒｉｅｓ.Ｆｉｒｓｔｌｙꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｓｔａｔｉｃｖｏｌｔａｇｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ.ＢｅｃａｕｓｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｐｏｗｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｉｓｔｈｅｉｎｖｅｒｓｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｎｏｄｅｖｏｌｔａｇｅａｍｐｌｉｔｕｄｅꎬｔｈｅｌｏａｄｎｏｄｅｐｏｗｅｒｃａｎｂｅｅｘｐａｎｄｅｄｔｏｔｈｅＴａｙｌｏｒｓｅｒｉｅｓｏｆｔｈｅｎｏｄｅｖｏｌｔａｇｅｎｅａｒｔｈｅｌｉｍｉｔｃｕｒｒｅｎｔｐｏｉｎｔ.Ａｃ￣ｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅＴａｙｌｏｒａｎａｌｙｔｉｃｐｏｌｙｎｏｍｉａｌꎬｔｈｅｓａｄｄｌｅｎｏｄｅｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｐｏｉｎｔｏｆｖｏｌｔａｇｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅＶＳＣ￣ＨＶＤＣｓｙｓｔｅｍｃａｎｂｅｑｕｉｃｋｌｙａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙｃａｌｃｕｌａｔｅｄ.ＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬｔｈｅｄｅｆｅｃｔｓｏｆＴａｙｌｏｒｓｅｒｉｅｓｍｅｔｈｏｄｉｎｐｕｒｅＡＣｓｙｓｔｅｍａｒｅｓｏｌｖｅｄａｎｄｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕａｔｉｏｎｐｏｗｅｒｆｌｏｗｍｅｔｈｏｄａｎｄｓｅｌｅｃｔｉｎｇｔｈｅＴａｙｌｏｒｓｅｒｉｅｓｅｘｐａｎｓｉｏｎｐｏｉｎｔ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＶＳＣ￣ＨＶＤＣꎻｓｔａｔｉｃｖｏｌｔａｇｅｓｔａｂｉｌｉｔｙꎻＴａｙｌｏｒｓｅｒｉｅｓꎻｓａｄｄｌｅｎｏｄｅｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｐｏｉｎｔｏｆｖｏｌｔａｇｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ㊀㊀㊀随着大规模分布式能源并网㊁大容量远距离输电的发展ꎬ基于电压源换流器的高压直流输电(ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ)技术受到了广泛的关注[１－５]ꎮ在纯交流系统中ꎬ电压稳定问题一直是电力系统研究普遍关注的重要课题之一[６]ꎮ对于ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统ꎬ目前其研究大多集中在系统的潮流计算[７－８]㊁可用输电能力计算[９－１０]以及ＶＳＣ控制器设计[１１－１２]等方面ꎬ而关于系统静态电压稳定的研究方法还很少ꎮ静态电压稳定问题的关键是求取ＰＶ曲线中的鞍结分岔点ꎬ而连续潮流法[１３]一直是求取ＰＶ曲线的重要工具ꎮ对于含ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ的交直流混合系统ꎬ文献[１４]和文献[１５]均通过连续潮流法求得了初始点到电压稳定鞍结分岔点间的ＰＶ曲线ꎮ由于潮流计算均采用交替求解法ꎬ因此其与交流系统中连续潮流法的区别主要是校正环节需要计算交直流网络间的传输功率ꎮ而在纯交流系统中ꎬ文献[１６]提出了一种基于泰勒级数思想的ＰＶ曲线快速求取方法ꎮ该方法通过将系统功率展开为关于节点电压幅值的泰勒级数ꎬ根据电压稳定鞍结分岔点处功率参数关于节点电压的导数为零的特性ꎬ可快速求取电压稳定临界点ꎬ同时选择电压幅值为自变量ꎬ解决了泰勒级数法在极限点处截断误差大的问题ꎮ然而该方法会产生计算误差的两个缺陷ꎮ一是泰勒级数展开点的选择存在问题ꎮ理论上展开点离极限点越近ꎬ曲线拟合得到的鞍结分岔点计算结果越精确ꎬ而该方法是直接在距离极限点较远的基态潮流处进行泰勒级数展开的ꎮ仿真得到了较精确的结果ꎬ是因为计及无功约束时将ＰＶ曲线进行了分段处理ꎬ客观上将最后一段包含鞍结分岔点曲线的初始点往极限点处拉近了ꎮ二是在绘制非光滑ＰＶ曲线时ꎬ由于每段曲线(第一段除外)的初始点都是上一次泰勒级数的拟合结果ꎬ其误差虽然很小ꎬ但是会产生误差的传播ꎬ不利于最后电压稳定鞍结分岔点的精确计算ꎮ对于ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统ꎬ虽然其系统结构和参数都与纯交流系统不同ꎬ但其ＰＶ曲线本质上还是描述负荷节点电压幅值关于系统功率的函数关系ꎬ因此文献[１６]中的泰勒级数法同样可以应用到混合系统求取电压稳定鞍结分岔点ꎮ为了消除文献[１６]中的两个缺陷ꎬ本文在建立泰勒级数法求解ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统静态电压稳定问题模型的基础上ꎬ通过泰勒级数展开点的选择ꎬ减小电压稳定鞍结分岔点的截断误差ꎮ同时用连续潮流法求取初始潮流点与泰勒展开点之间的计算量较小的ＰＶ曲线ꎬ然后用泰勒级数法快速求取后半段计算量大的ＰＶ曲线ꎬ消除传播误差ꎮ对修改后的ＩＥＥＥ１４节点ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统进行仿真ꎬ验证本文方法在ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统中的适用性ꎮ１㊀稳态特性与潮流计算模型１.１㊀ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统稳态模型ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统结构如图１所示ꎮ它主要由交流系统㊁直流网络以及电压源换流器组成ꎮ图１㊀ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统模型Ｆｉｇ.１㊀ＭｏｄｅｌｏｆＶＳＣ￣ＨＶＤＣｓｙｓｔｅｍ其中Ｘｉ为忽略换流器电阻的等效电抗ꎬ令换流器与交流侧的相角差为δｉ＝δｔｉ－δｃｉꎬ可得到交流系统与换流器之间的传输功率为㊀㊀Ｐｓｉ＝ＵｔｉＵｃｉＸｉｓｉｎδｉ(１)㊀㊀Ｑｓｉ＝Ｕｔｉ(Ｕｔｉ－Ｕｃｉｃｏｓδｉ)Ｘｉ(２)由于换流器采用ＰＷＭ整流技术ꎬ其交流电压幅值与直流电压利用率μ和调制度Ｍ有关ꎬ即㊀㊀Ｕｃｉ＝μｉＭｉ２Ｕｄｉ(３)由式(１) 式(２)可以看出有功功率传输主要取决于δꎬ无功功率的传输主要取决于Ｕｃꎬ即由调制度Ｍ决定ꎮ因此ꎬ通过对δ㊁Ｍ的控制便可实现系统对有功功率和无功功率大小和方向的同时控制ꎮ１.２㊀ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统潮流计算模型潮流计算本质上是一个在已知方程条件下求解未知变量的问题ꎮ对于ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统ꎬ其潮流方程包括三个部分:１)在交流系统中ꎬ对于与换流器相连的节点有功率方程Ｐｓｔｉ＝ＵｔｉðｊɪｉＵｊ(Ｇｉｊｃｏｓθｉｊ＋Ｂｉｊｓｉｎθｉｊ)＋Ｐｓｉ(４)Ｑｓｔｉ＝ＵｔｉðｊɪｉＵｊ(Ｇｉｊｓｉｎθｉｊ－Ｂｉｊｃｏｓθｉｊ)＋Ｑｓｉ(５)９第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀吴成业ꎬ等:适用于ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统的静态电压稳定分析改进方法对于纯交流节点(用下标ａ表示)ꎬ有功率方程Ｐｓａｉ＝ＵａｉðｊɪｉＵｊ(Ｇｉｊｃｏｓθｉｊ＋Ｂｉｊｓｉｎθｉｊ)(６)Ｑｓａｉ＝ＵａｉðｊɪｉＵｊ(Ｇｉｊｓｉｎθｉｊ－Ｂｉｊｃｏｓθｉｊ)(７)２)在直流系统中ꎬ有网络方程０＝Ｉｄｉ－ðｇｄｉｊＵｄｊ㊀(８)式中ｇｄｉｊ为直流网络的导纳矩阵元素ꎮ３)对于电压源换流器ꎬ由式(１) 式(３)可得０＝Ｐｓｉ－βｉＭｉＵｔｉＵｄｉｓｉｎδｉ(９)０＝Ｑｓｉ＋βｉＭｉＵｔｉＵｄｉｃｏｓδｉ－ＹｉＵ２ｔｉ(１０)式中:常量βｉ＝２μｉＹｉ/２ꎻＹｉ＝１/Ｘｉꎮ根据功率守恒ꎬ换流器本身的功率方程为０＝ＵｄｉＩｄｉ－βｉＭｉＵｔｉＵｄｉｓｉｎδｉ(１１)式(４) 式(１１)为ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统潮流计算所需的全部方程ꎮ需说明的是ꎬ方程中共包含１０个所需求解的变量ꎬ而ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统潮流计算根据换流器的控制方式[７－１０]消去其中两个变量ꎮ本文采用统一迭代法ꎬ将式(４) 式(１１)线性化得到基于牛顿法的潮流计算修正式为ΔＰａΔＰｔΔＱａΔＱｔΔＤｄéëêêêêêêêùûúúúúúúú＝ＨＮᶄ０∂ΔＰｔ∂ΔｘｄＫＬᶄ０∂ΔＱｔ∂Δｘｄ０００∂ΔＤｄ∂ΔＵｔ∂ΔＤｄ∂ΔｘｄéëêêêêêêêêêêêêùûúúúúúúúúúúúúΔθａΔθｔΔＵａΔＵｔΔｘｄéëêêêêêêêùûúúúúúúú(１２)式中:令ΔＤｄ＝[Δｄ１Δｄ２Δｄ３Δｄ４]ＴꎬΔｘｄ＝[ΔＵｄΔＩｄΔＭΔδΔＰｓΔＱｓ]ＴꎻΔＤｄ由式(８) 式(１１)的修正式得到ꎻΔＵｔ㊁Δｘｄ需根据换流器的控制方式消去两个元素ꎬ而雅克比矩阵Ｊｖｓｃ对应消去两列ꎮ２㊀连续潮流法与泰勒级数法２.１㊀连续潮流法求泰勒展开点前的ＰＶ曲线设ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统中ꎬ节点功率都是功率参数λ的函数ꎬ由式(４) 式(１１)得到ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统电压静态稳定分析的数学模型为㊀㊀Ｗ＝Ｆ(Ｘ)(１３)式中:Ｗ＝[Ｐｓａ(λ)ꎬＱｓａ(λ)ꎬＰｓｔ(λ)ꎬＱｓｔ(λ)ꎬ０ꎬ０ꎬ０ꎬ０]ＴꎻＸ＝[θａꎬθｔꎬＵａꎬＵｔꎬＵｄꎬＩｄꎬＭꎬδꎬＰｓꎬＱｓ]ＴꎻＸ同样根据换流器控制方式需消去两个变量ꎮ假设图２是该系统中某负荷点的ＰＶ曲线ꎬ其中λ１为本文所定义的泰勒展开点ꎮ图２㊀负荷节点的ＰＶ曲线图Ｆｉｇ.２㊀ＰＶｃｕｒｖｅｏｆｌｏａｄｎｏｄｅ利用文献[１５]中的连续潮流法求λ０与λ１之间的ＰＶ曲线ꎮ由于本文采用统一迭代法进行潮流计算ꎬ交直流网络间的传输功率当做系统变量处理ꎬ因此校正环节无需再进行传输功率的计算ꎮ同时该段曲线离极限运行点较远ꎬ因此连续潮流法中可以选取较大步长ꎬ且整个过程无需进行参数化处理ꎮ可见该段ＰＶ曲线的计算量很少ꎮ当负荷接近临界值λｍａｘ时ꎬ由于雅克比矩阵奇异ꎬ为了得到λ１与λｍａｘ之间ＰＶ曲线ꎬ连续潮流法需做参数化处理ꎬ且步长控制得很小ꎬ该段曲线的计算量是很大的ꎮ因此本文采用文献[１６]中的方法求取该段曲线ꎮ２.２㊀泰勒级数法求泰勒展开点后的ＰＶ曲线文献[１６]中已经说明用泰勒级数拟合某一函数时ꎬ为了拟合结果精确ꎬ要求函数为单值函数ꎮ因此本文以节点电压幅值为自变量ꎬ而系统功率参数为因变量ꎬ则可得到如图３所示的ＰＶ曲线ꎮ图３㊀电压为自变量的ＰＶ曲线图Ｆｉｇ.３㊀ＰＶｃｕｒｖｅｗｈｅｎｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｖａｒｉａｂｌｅｉｓｖｏｌｔａｇｅ分析图３中的曲线ꎬ每一个负荷节点的电压幅值Ｕ都对应一个系统功率参数λꎬ即功率参数是负０１山东理工大学学报(自然科学版)２０２０年㊀荷节点电压幅值的函数ꎬ㊀㊀λ＝Ｇ(Ｕ)㊀㊀(１４)泰勒级数是可以将任意形式的可导函数表示成简单且易于分析的幂级数ꎮ将曲线所蕴含的函数关系在Ｕ１处展开成泰勒解析多项式ꎬ即㊀㊀㊀㊀λ＝λ１＋ａ１(Ｕ－Ｕ１)＋ａ２２(Ｕ－Ｕ１)２＋㊀㊀㊀㊀㊀㊀ａ３６(Ｕ－Ｕ１)３(１５)在电压稳定临界点处ꎬ系统功率参数λ关于节点电压幅值Ｕ的导数为零ꎬ可由式(１５)快速求出电压稳定临界点(Ｕｃｒꎬλｍａｘ)ꎮ需说明的是ꎬ本文中泰勒展开点λ＝λ１是距离极限点较近的点ꎬ系统中无功支持较弱的ＰＶ节点已全部转换为ＰＱ节点ꎬ且ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统中其他不等式约束量对于系统功率从λ１增长到λｍａｘ的这一较短过程不起约束作用ꎮ即λ１到λｍａｘ之间的ＰＶ曲线是连续可导的ꎮ３㊀电压稳定临界点的求取３.１㊀功率参数关于节点电压幅值的泰勒级数对式(１３)两边同时关于λ求１ ３阶导数可得ｄｋＷｄλｋ＝ＪｖｓｃｄＸｄλ(ｋ＝１)ðｋ－１ｉ＝０Ｃｉｋ－１ｄｉＪｖｓｃｄλｉｄｋ－ｉＸｄλｋ－ｉ(ｋ＝２ꎬ３)ìîíïïïï(１６)式中:定义ｄ０Ｊｖｓｃ/ｄλ０＝Ｅ为单位矩阵ꎻ而Ｊｖｓｃ＝∂Ｆ/∂Ｘꎬ正好是初始潮流计算的雅可比矩阵ꎮ再由式(１６)可得系统中各个变量关于λ的１ ３阶导数为ｄｋＸｄλｋ＝Ｊ－１ｖｓｃｄＷｄλ㊀(ｋ＝１)Ｊ－１ｖｓｃ(ｄｋＷｄλｋ－ðｋ－１ｉ＝１Ｃｉｋ－１ｄｉＪｖｓｃｄλｉｄｋ－ｉＸｄλｋ－ｉ)(ｋ＝２ꎬ３)ìîíïïïï(１７)式中:ｄＷｋ/ｄλｋ由整个ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统的功率变化形式决定ꎻＪ－１ｖｓｃ在进行潮流计算时已经得到ꎻ而雅克比矩阵Ｊｖｓｃ关于功率参数λ的导数也是简单的数学求导ꎮ至此本文得到了ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统中各个变量关于功率参数λ在泰勒展开点λ＝λ１处的１ ３阶导数ꎬ而其中包含各负荷节点电压幅值Ｕ关于功率参数λ的导数ꎮ为了得到式(１５)形式的泰勒解析式ꎬ可利用反函数的求导法则ꎬ求出系统功率参数λ(Ｕｉ)关于各个负荷节点电压幅值Ｕｉ的泰勒级数幂次项系数为ｂｉ１＝ｄλｄＵｉ＝１/ｄＵｉｄλｂｉ２＝ｄ２λｄＵｉ２＝－ｄ２Ｕｉｄλ２/(ｄＵｉｄλ)３ｂｉ３＝ｄ３λｄＵｉ３＝３(ｄ２Ｕｉｄλ２)２－ｄ３Ｕｉｄλ３ｄＵｉｄλ{}/(ｄＵｉｄλ)５ìîíïïïïïïïï(１８)由此得出功率参数λ关于各个节点电压幅值Ｕｉ在泰勒展开点λ＝λ１处的３阶泰勒展开式为㊀㊀λ＝λ１＋ｂｉ１(Ｕｉ－Ｕｉ１)＋ｂｉ２２(Ｕｉ－Ｕｉ１)２＋㊀㊀㊀㊀ｂｉ３６(Ｕｉ－Ｕｉ１)３(１９)Ｕｉ１为λ＝λ１时的节点电压幅值ꎬ由ｄλ/ｄＵｉ＝０ꎬ即可快速求出ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统各个负荷点的电压稳定鞍结分岔点(Ｕｃｒｉꎬλｍａｘ)ꎮ３.２㊀泰勒级数展开点的选择设任意一个在定义域内可导的单值函数为㊀㊀ｙ＝ｆ(ｘ)㊀(２０)令其在ｘ＝ｘ１处的泰勒展开式为㊀㊀ｙ＝ｆ(ｘ１)＋α１(ｘ－ｘ１)＋α２(ｘ－ｘ１)２＋㊀㊀㊀㊀㊀㊀α(ｘ－ｘ１)３＋ ㊀(２１)当用式(２１)计算ｙ在ｘ＝ｘ２处的值时ꎬ为了使泰勒级数计算的结果尽可能精确ꎬ有两种途径ꎮ一是增加泰勒级数的幂次项系数ꎻ二是缩小ｘ１与ｘ２之间的距离ꎬ即减小Δｘ＝ｘ１－ｘ２ꎮ由于ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统潮流计算的雅克比矩阵中各个变量之间不是简单的线性关系ꎬ其关于功率参数的３阶以上导数的计算已十分繁琐ꎬ因此泰勒展开点λ＝λ１的选择比较关键ꎮ要求λ１尽可能接近其极限功率λｍａｘꎬ而潮流方程不奇异ꎮ连续潮流计算过程中ꎬ在接近电压稳定临界点时ꎬ步长会显著变小ꎬ且之后每次步长值之间的数值差也很小ꎮ本文采用自适应步长控制ꎬ令第ｎ次的步长计算值为σｎꎬ若有㊀㊀０<σｎ－σｎ＋１σｎ－σｎ－１ɤε(２２)则表明已接近电压稳定临界点ꎬ式中ε为判别精度ꎬ根据步长控制方法一般有ε＝０.１~０.５ꎮ而１１第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀吴成业ꎬ等:适用于ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统的静态电压稳定分析改进方法此时功率参数所对应的值λｎ便是本文方法中的泰勒级数展开点λ１ꎮ４㊀仿真算例４.１㊀修改后的ＩＥＥＥ１４节点系统算例分析以修改后的ＩＥＥＥ１４节点ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统进行仿真ꎬ其系统结构示意如图４所示ꎮ图４㊀修改后的１４节点系统Ｆｉｇ.４㊀Ｍｏｄｉｆｉｅｄ１４ｂｕｓｓｙｓｔｅｍ在该系统中２号节点与４号节点之间用ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统相连ꎬ其直流电导ｇｄ２４＝３３.３３ꎮ２号节点为ＰＶ节点ꎬ令与其相连的电压源换流器ＶＳＣ１控制方式为定直流电压Ｕｄ２＝２.００００㊁定交流母线电压Ｕｔ２＝１.０４５０ꎬ４号节点为负荷节点ꎬ令与其相连的电压源换流器ＶＳＣ２控制方式为定交流有功功率Ｐｓ４＝－０.３６００㊁定交流无功功率Ｑｓ４＝－０.０１８０ꎮ假令两个换流器的结构参数相等ꎬ其等效电抗Ｘ＝０.１５ꎬ直流电压利用率μ＝１ꎮＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统的功率增长方式为全部发电机和负荷功率等比例增长ꎬ即对于式(１３)ꎬ有Ｗ＝λＷ０ꎮ本文先用连续潮流法求ＰＶ曲线ꎬ发现当功率参数值为１.７５时ꎬ步长明显变小ꎬ且满足不等式(２２)ꎬ因此令λ１＝１.７５为泰勒展开点ꎬ然后用泰勒级数法进行后续计算ꎬ得到功率参数的泰勒级数式(１９)中各个系数的结果见表１ꎮ观察表１中各幂次项系数可以发现ꎬ二次项的系数值最大ꎬ这与功率是电压的二次函数相符合ꎮ由电压稳定临界点处ｄλ/ｄＵｉ＝０的条件ꎬ计算出各个负荷点的电压稳定临界点ꎬ与连续潮流法计算所得结果λｍａｘ＝１.８６２５进行比较ꎬ见表２ꎮ表１㊀电压幅值与幂次项系数Ｔａｂ.１㊀Ｖｏｌｔａｇｅａｍｐｌｉｔｕｄｅａｎｄｐｏｗｅｒｔｅｒｍｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ负荷节点电压Ｕ/ｐｕ系数ｂ１系数ｂ２/２系数ｂ３/６４１.０１０１－１.１５３０－３.１３６０－１.６０８２５０.９５７２－１.４５７６－５.０３５２－３.２８７８９０.８５４１－１.４６６２－５.１１８０－３.３８５７１００.８４３３－１.５４１１－５.６７０５－３.９６０２１１０.９７０８－１.３６０９－４.３７２９－２.６５０６１２０.８１８３－０.７９３０－３.４９７０－２.５４７８１３０.８０９７－１.９０５７－８.６７９０－７.５０６０１４０.７５２７－１.９２０１－８.８２６６－７.７１３５表２㊀ＩＥＥＥ１４系统临界电压点计算结果及其误差Ｔａｂ.２㊀ＩＥＥＥ１４ｂｕｓｓｙｓｔｅｍｃｒｉｔｉｃａｌｖｏｌｔａｇｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｔｈｅｅｒｒｏｒｓ负荷节点临界电压极限功率参数计算值/ｐｕ参考值/ｐｕ计算值/ｐｕ误差/％４０.７８８５０.７９０１１.８６９００.３４９０５０.７８２６０.７８４２１.８６８５０.３２２１９０.６８１２０.６８２０１.８６８００.２９５３１００.６７９２０.６８１１１.８６７７０.２７９２１１０.７８３２０.７８５１１.８６８９０.３４３６１２０.６８４５０.６８５７１.８６７９０.２８９９１３０.６７７１０.６７７５１.８６７６０.２７３８１４０.６２１３０.６２１３１.８６７４０.２６３１㊀㊀观察表２中的数据可以发现ꎬ对于电压稳定临界点的计算ꎬ两种方法计算结果基本相同ꎬ极限功率误差百分比均小于０.５％ꎮ另外ꎬ本文也对ＩＥＥＥ３０系统进行了仿真验证ꎬ与文献[１６]方法的计算结果比较ꎬ本文方法计算精度明显较高ꎮ４.２㊀ＶＳＣ不同控制方式下的算例分析在ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统中ꎬ换流器采用不同的控制方式ꎬ其电压稳定的情况也会有所不同ꎮ为了分析ＶＳＣ换流器对系统电压稳定性的影响ꎬ本文以图４中的ＩＥＥＥ１４节点系统为例ꎮ令换流器ＶＳＣ１的控制方式不变ꎬ而分别改变与４号节点相连的换流器ＶＳＣ２的有功功率和无功功率控制参数Ｐｓ４和Ｑｓ４ꎬ见表３ꎮ２１山东理工大学学报(自然科学版)２０２０年㊀表３㊀换流器ＶＳＣ２功率控制参数Ｔａｂ.３㊀ＰｏｗｅｒｃｏｎｔｏｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＶＳＣ２控制方式Ｐ０(Ｑ０)Ｐ１Ｐ２Ｑ１Ｑ２参数Ｐｓ４/ｐｕ－０.３６００－０.７２０００－０.３６００－０.３６００参数Ｑｓ４/ｐｕ－０.０１８０－０.０１８０－０.０１８０－０.０３６００㊀㊀画出各负荷点在不同控制方式下的ＰＶ曲线ꎬ其中９号节点的ＰＶ曲线如图５和图６所示ꎮ图５㊀ＩＥＥＥ１４系统９号节点改变有功功率控制参数下ＰＶ曲线Ｆｉｇ.５㊀ＰＶｃｕｒｖｅｏｆＮｏｄｅ９ｏｆＩＥＥＥ１４ｂｕｓｓｙｓｔｅｍｗｈｅｎｃｈａｎｇｉｎｇａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ图６㊀ＩＥＥＥ１４系统９号节点改变无功功率控制参数下ＰＶ曲线Ｆｉｇ.６㊀ＰＶｃｕｒｖｅｏｆＮｏｄｅ９ｏｆＩＥＥＥ１４ｂｕｓｓｙｓｔｅｍｗｈｅｎｃｈａｎｇｉｎｇｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ由图５和图６可以发现ꎬ通过控制换流器传输功率的大小可以改变系统的电压稳定性ꎮ曲线的顶点越高ꎬ说明电压稳定性越高ꎻ顶点间距越大ꎬ说明影响程度越大ꎮ５㊀结论本文将纯交流系统中基于泰勒级数的静态电压稳定分析方法应用到了ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统并做出了改进ꎮ基于泰勒级数法的ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统的静态电压稳定分析ꎬ其难点在于换流器中各直流参数的限制会影响ＰＶ曲线的连续性ꎮ本文通过将泰勒级数法与连续潮流法相结合ꎬ在稳定临界点附近选取泰勒级数展开点ꎬ既较大程度地避免了因直流参数限制导致的ＰＶ曲线不连续ꎬ又改善了泰勒级数法的缺陷ꎬ提高了计算精度ꎮ参考文献:[１]肖湘宁.新一代电网中多源多变换复杂交直流系统的基础问题[Ｊ].电工技术学报ꎬ２０１５ꎬ３０(１５):１－１４.[２]杨悦ꎬ李国庆.基于ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ的海上风电小干扰稳定控制[Ｊ].电工技术学报ꎬ２０１６ꎬ３１(１３):１０２－１１０.[３]吕敬ꎬ施刚ꎬ蔡旭ꎬ等.大型风电场经ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ交直流并联系统并网的运行控制策略[Ｊ].电网技术ꎬ２０１５ꎬ３９(３):６３９－６４６.[４]朱瑞可ꎬ李兴源ꎬ应大力.ＶＳＣ￣ＭＴＤＣ互联系统频率稳定控制策略[Ｊ].电网技术ꎬ２０１４ꎬ３８(１０):２７２９－２７３４.[５]肖俊ꎬ李兴源.多馈入和多端交直流系统相互作用因子及其影响因素分析[Ｊ].电网技术ꎬ２０１４ꎬ３８(１):１－７.[６]王卓欣ꎬ李禹鹏.电力系统电压稳定分析方法综述[Ｊ].电力与能源ꎬ２０１４ꎬ３５(３):２９４－３０４.[７]吴红斌ꎬ杨超ꎬ陈煜ꎬ等.基于电压源型换流器的多端直流配电网潮流计算[Ｊ].电力系统自动化ꎬ２０１８ꎬ４２(１１):７９－８５.[８]钱甜甜ꎬ苗世洪.基于节点电流关系的多端柔性直流输电系统潮流计算[Ｊ].电网技术ꎬ２０１６ꎬ４０(５):１３０８－１３１２.[９]李国庆ꎬ张健.含ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ的交直流系统可用输电能力计算[Ｊ].电力系统保护与控制ꎬ２０１１ꎬ３９(１):４６－５２.[１０]韩通ꎬ陈艳波ꎬ韩子娇ꎬ等.基于最优潮流的含ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ交直流系统最大输电能力计算[Ｊ].电力系统自动化ꎬ２０１６ꎬ４０(１７):１１３－１２１.[１１]李扶中ꎬ周敏ꎬ贺艳芝ꎬ等.南澳多端柔性直流输电示范工程系统接入与换流站设计方案[Ｊ].南方电网技术ꎬ２０１５ꎬ９(１):５８－６２.[１２]李梅航ꎬ刘喜梅ꎬ陈朋.适用于多端柔性直流输电系统的快速电压裕度控制策略[Ｊ].电网技术ꎬ２０１６ꎬ４０(１０):３０４５－３０５１.[１３]赵晋泉ꎬ张伯明.连续潮流及其在电力系统静态分析中的应用[Ｊ].电力系统自动化ꎬ２００５ꎬ２９(１１):９１－９７.[１４]王振浩ꎬ由作宇ꎬ黄亚磊ꎬ等.基于连续潮流法的含双端ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ交直流系统负荷裕度分析[Ｊ].电力系统保护与控制ꎬ２０１８ꎬ４６(６):９－１５.[１５]陈厚合ꎬ黄亚磊ꎬ姜涛ꎬ等.含ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ的交直流系统电压稳定分析与控制[Ｊ].电网技术ꎬ２０１７ꎬ４１(８):２４２９－２４３８.[１６]吴成业ꎬ刘光晔ꎬ罗经纬.基于泰勒级数的ＰＶ曲线求取及参变量选择分析[Ｊ].电网技术ꎬ２０１７ꎬ４１(４):１２２５－１２２９.(编辑:杜清玲)３１第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀吴成业ꎬ等:适用于ＶＳＣ￣ＨＶＤＣ系统的静态电压稳定分析改进方法。

电压源换流器型直流输电技术综述一、本文概述随着可再生能源的大规模开发和利用，以及电网互联需求的日益增长，直流输电技术，特别是电压源换流器型直流输电（VSC-HVDC）技术，在电力系统中扮演着越来越重要的角色。

本文旨在对电压源换流器型直流输电技术进行全面的综述，以期对该技术的理解、应用和发展提供有益的参考。

本文首先介绍了VSC-HVDC技术的基本原理和特点，包括其与传统直流输电技术的区别和优势。

然后，文章将详细阐述VSC-HVDC的换流器拓扑结构、控制策略、调制技术等方面的研究现状和发展趋势。

文章还将讨论VSC-HVDC在可再生能源并网、电网互联、城市电网建设等领域的应用案例和实际效果。

本文将对VSC-HVDC技术的未来发展进行展望，分析其面临的挑战和机遇，并提出相应的建议和策略。

通过本文的综述，读者可以对VSC-HVDC技术有更加深入和全面的了解，为相关领域的研究和实践提供有益的参考和指导。

二、电压源换流器型直流输电技术基本原理电压源换流器型直流输电（VSC-HVDC）技术是一种基于电压源换流器（VSC）的直流输电技术。

与传统的基于电流源换流器（CSC）的直流输电（LCC-HVDC）技术相比，VSC-HVDC技术具有更高的灵活性和可控性，因此在现代电力系统中得到了广泛应用。

VSC-HVDC技术的基本原理是通过VSC实现交流电和直流电之间的转换。

VSC是一种基于可关断电力电子器件（如绝缘栅双极晶体管IGBT）的电力电子设备，可以将交流电转换为直流电，或者将直流电转换为交流电。

VSC通过控制电力电子器件的开关状态，实现对交流电和直流电之间的电压和电流的控制。

在VSC-HVDC系统中，VSC通常被用作整流器和逆变器。

整流器将交流电转换为直流电，而逆变器则将直流电转换为交流电。

VSC的控制策略通常采用脉宽调制（PWM）技术，通过调整PWM信号的占空比，实现对VSC输出电压和电流的精确控制。

VSC-HVDC系统的另一个重要组成部分是直流线路和直流滤波器。

VSC-HVDC的受端换流站调频控制策略研究的开题报告1. 研究背景和意义直流输电技术已成为现代电力系统中的重要组成部分，而VSC-HVDC（Voltage Source Converter-based High Voltage Direct Current）是一种先进的直流输电技术，已广泛应用于远距离和海底输电等领域。

在VSC-HVDC系统中，由于换流站控制的不可逆性，受端换流站的调频控制至关重要，直接关系到系统的稳定性和性能。

2. 研究内容和方法本研究将从VSC-HVDC系统的结构和工作原理入手，对受端换流站调频控制策略进行研究。

主要研究内容包括：（1）受端换流站控制模型建立；（2）基于模拟和仿真平台的控制策略研究和优化；（3）基于实验平台的控制策略验证和参数分析。

具体方法包括理论分析、仿真模拟和实验验证。

3. 研究目标和预期成果本研究旨在探究VSC-HVDC系统中受端换流站的调频控制策略，优化系统的动态响应和稳态性能。

通过理论分析、仿真模拟和实验验证，得出一套完整、可行的调频控制方案，并对其进行评价。

预期成果包括：（1）VSC-HVDC系统受端换流站调频控制策略的理论研究；（2）基于仿真平台的控制策略研究和优化结果；（3）基于实验平台的控制策略验证和参数分析结果。

4. 研究难点和风险评估VSC-HVDC系统的结构复杂、参数众多，且涉及各种电气、电子、控制等学科的知识，因此本研究的难点主要在于对系统的全面理解和掌握。

此外，实验平台的搭建和操作也存在一定的风险，需要严格按照安全规程进行操作。

5. 研究工作计划（1）调研VSC-HVDC系统受端换流站调频控制相关理论和技术，建立控制模型；（2）基于Matlab/Simulink等仿真平台，开展控制策略的研究和优化工作；（3）搭建实验平台，进行控制策略验证和参数分析实验，得出实验结果；（4）调整和优化控制参数，提高系统性能和稳定性；（5）总结研究成果，撰写论文并进行答辩。

多端柔性直流输电(VSC—HVD)系统直流电压下垂控制学院：姓名：学号：组员：指导老师：日期：摘要：多端柔性直流输电系统(voltage sourcedconverter basedmulti-terminal high voltage direct current transmission，VSC-MTDC)与传统的电网换相换流器构成的多端直流输电系统相比，具有控制灵活、能够与短路容量较小的弱交流系统甚至无源交流系统相连、扩建容易等诸多优点直流电压的稳定直接影响到直流潮流的稳定，因此直流电压控制是多端柔性直流输电系统稳定运行的重要因素之一。

下垂控制策略具有无需通讯、可靠性较高等优点，但存在直流电压质量较差、功率分配不独立、参数设计困难等问题。

本文首先介绍了多端柔性直流输电系统控制方法的分类比较，然后重点介绍了下垂控制数学模型，分析MTDC 系统中下垂控制参数对直流电压与电流(功率)的影响机理，研究满足MTDC 系统功率平衡和直流电压稳定的V-I(V-P)下垂特性曲线。

关键词：VSC-MTDC 下垂控制模块化多电平换流器一、引言基于电压源换流器（Voltage Source Converter，VSC）的高压直流输电（High Voltage Direct Current，HVDC）技术（HVDC based on VSC，VSC-HVDC，也称柔性直流输电技术）系统以其灵活性、经济性和可靠性，在新能源并网、城市直流配电网、孤岛供电等领域有着广泛的应用前景。

MTDC 系统接线方式分为串联、并联和混联等，目前主要采用并联式[1]。

并联接线的MTDC 系统中所有VSC 工作于相同直流母线电压下，因此直流电压控制是系统稳定运行的关键，类似于交流系统中的频率控制。

多端柔性直流输电系统级直流电压控制策略可以分为三大类，分别是单点直流电压控制策略、多点直流电压控制策略以及直流电压斜率控制策略。

单点直流电压控制策略将一个换流站作为直流电压控制站，其余换流站负责控制其他的变量，例如交流功率、交流频率、交流电压等，系统中仅有一个换流站对直流电压进行控制，如果这个换流站失去了直流电压的控制能力，整个柔性直流输电系统的潮流将失稳，因此单点直流电压控制策略的适用性较差。

一种vsc-hvdc系统虚拟同步机控制结构及其方法VSCHVDC系统（Very Short Circuit High Voltage Direct Current System）是一种高压直流传输系统，用于远距离输送大功率电能。

为了实现该系统的稳定运行，需要引入虚拟同步机控制结构及其方法。

虚拟同步机控制结构是VSCHVDC系统的核心部分，其主要作用是保持系统电压、频率和相位的稳定，并提供高质量的电力传输。

这种控制结构通过模拟同步机的特性和运行方式来实现系统的调节和稳定性。

虚拟同步机控制结构的方法主要包括两个方面：虚拟同步机控制方法和同步机控制方法。

首先是虚拟同步机控制方法。

在VSCHVDC系统中，虚拟同步机控制方法主要包括电压控制和频率控制两个方面。

电压控制方法基于虚拟同步机模型对系统电压进行监测和调节，通过调整换流器的工作方式和电流控制策略来维持系统电压的稳定性。

频率控制方法是基于虚拟同步机的频率特性进行控制，通过调整故障电流和电容器的电流来实现系统频率的稳定。

其次是同步机控制方法。

同步机控制方法是虚拟同步机控制结构的辅助方法，其作用是在特定的条件下对VSCHVDC系统进行同步控制。

同步机控制方法主要包括启动控制和同步控制两个方面。

启动控制是在系统启动时对虚拟同步机进行控制，通过调整初始条件和控制参数来实现系统的平稳启动。

同步控制是在系统运行过程中对虚拟同步机进行控制，通过调整系统的输入电流和输出电流来实现系统频率和相位的同步。

虚拟同步机控制结构及其方法具有以下优点：1. 系统稳定性好：虚拟同步机控制结构模拟了传统电力系统中同步机的特性和运行方式，能够保持系统电压、频率和相位的稳定，提供高质量的电力传输。

2. 控制精度高：虚拟同步机控制结构利用先进的控制算法和组件，能够对系统进行精确的调节和控制，提高系统的控制精度和响应速度。

3. 调节能力强：虚拟同步机控制结构采用灵活的电流控制策略和换流器工作方式，能够适应不同负荷和故障条件下的调节需求，提高系统的调节能力和稳定性。

HVDC系统的故障分析近年来，直流输电技术发展迅速。

高压直流输电（HVDC）作为一种经济高效的输电方式，受到了世界各国的高度重视。

所以文章根据HVDC系统的分析了直流输电系统在正常运行条件以及各种典型故障下的响应特性。

标签：HVDC系统；故障分析；直流线路1 HVDC系统的主要故障及其特性文章主要以6脉动换流器作为例子对直流系统几种典型故障进行研究和分析。

1.1 换流器故障换流器故障形式很多，文章主要介绍了整流侧换流阀发生的短路故障这一典型故障。

阀短路故障通常是指换流阀由于所承受的反向电压突然发生大幅度攀升或换流阀的外部绝缘遭到损坏而导致的正反向隔断能力都缺失，即在正反向电压下都能导通。

当换流阀发生短路故障时，会与属于同半桥的正处于导通状态的换流阀构成两相短路。

如果假定触发角α=0°，且在直流线路上的电流为0时发生换流阀短路故障，将导致短路电流达到最大值。

文章以换流阀V1向换流阀V3换相结束时刻出现短路故障为例分析换流阀短路故障特性。

当一个换流阀发生短路故障时，会出现换相电压下降的现象，进而影响另一个换流器的正常工作，使整个换流器输出电流下降，进而减小整个HVDC系统的输送功率[3]。

1.2 直流线路故障HVDC工程大多被应用于跨区域送电，在直流线路上出现的各种类型的故障中，对地短路故障发生的概率最大，大约能够占到直流线路故障的80%以上。

能够引起直流线路对地短路故障的因素有很多，经常出现的不外乎有雷击、污秽、树枝触线等。

发生对地短路故障时，由于线路上原本存储的电场能量瞬间释放，会造成电流急剧上升，而这一电流的大小与故障发生地点与整流站之间的距离相关，故障发生地点距离整流站越近，则整流站出口的对地电阻越小，短路电流越大。

遭遇雷击是引起直流线路故障的主要因素之一，特别是跨区域送电的高压直流输电工程，因其输送距离长，经过的地方环境复杂多变，所以线路遭遇雷击的概率也比较大[5]。

此外，直流线路还有可能出现断线、异物碰线等其他类型的故障。

高压直流输电装置故障分析及诊断方法研究高压直流输电（HVDC）系统是一种相对较新的电力传输技术，它具有大容量、远距离、可控性等优点，被广泛应用于不同场合。

然而，随着HVDC装置规模的不断扩大，其出现故障的概率也越来越高，因此如何分析和诊断HVDC故障成为了研究的热点。

本文旨在探讨HVDC装置故障分析及诊断方法相关的技术和应用。

一、 HVDC装置故障类型及原因HVDC装置故障通常包括机械故障、电气故障、控制系统故障等多种类型。

1. 机械故障机械故障通常由外力或磨损损坏导致，比如风力、振动等，常见的机械故障包括油漏、机械卡死、轴承损坏等。

2. 电气故障电气故障是HVDC故障的主要类型，包括接地故障、绝缘损坏、过电压等，常见的电气故障如短路、接线错误、绝缘击穿等。

3. 控制系统故障控制系统故障是指HVDC系统通信、计算、监测和控制等方面的故障，主要原因包括软件编程错误、通信失效、设备损坏等。

二、 HVDC装置故障分析及诊断方法HVDC装置故障的快速诊断和准确定位对于恢复系统正常运行至关重要。

常见的HVDC故障分析及诊断方法包括：1. 数字保护技术数字保护技术是一种快速诊断和隔离故障的方法，通过对系统的监测和数据采集，实现对电气故障的故障类型、位置以及原因判断，提高诊断的精度和效率。

数字保护技术在HVDC系统中的运用，既能够提高系统的安全性，又能够降低系统故障的时间和成本。

2. 智能诊断技术智能诊断技术是将人工智能和模式识别技术应用于电力系统的故障分析和诊断中，它基于采集到的故障数据和系统特征，通过数据分析和模式识别，识别故障并提出解决方案。

智能诊断技术具有高效、准确、自动化的特点。

它可以帮助HVDC系统快速诊断和隔离故障，提高系统的可靠性和安全性。

3. 状态估计技术状态估计技术是一种基于系统状态量采集和分析，综合判断系统状态和故障情况的方法。

在HVDC系统中，状态估计技术可以根据观测数据和模型预测，快速诊断故障的位置和性质，并通过综合优化算法，确定最佳的故障隔离方案。

HVDC换流器区内故障定位方法研究的开题报告一、选题背景随着新一代电网建设的推进，高压直流输电（HVDC）技术受到越来越多的关注和应用。

HVDC换流器作为HVDC输电系统的重要设备之一，其可靠性和安全性对整个系统的正常运行和供电稳定性具有至关重要的影响。

然而，HVDC换流器内部故障的发生仍是传统AC电网和HVDC电网运行中的一个严重问题，因此需要开展HVDC换流器区内故障定位方法的研究，以进一步提高HVDC输电系统运行的可靠性和安全性。

二、研究目的本文旨在研究HVDC换流器区内故障定位方法，主要包括以下几个方面：1.总结现有的HVDC换流器故障定位方法，分析其优缺点和适用范围；2.探究基于信号处理和机器学习的HVDC换流器区内故障定位方法，并开展实验验证；3.提出针对HVDC换流器区内故障定位的新思路和方法。

三、研究内容和方法1.总结现有的HVDC换流器故障定位方法通过文献综述和案例分析，总结HVDC换流器故障定位的现有方法，包括电流、电压、状态量等方法，分析其优缺点和适用范围。

2.探究基于信号处理和机器学习的HVDC换流器区内故障定位方法针对HVDC换流器故障定位存在的问题，如噪声干扰、误差叠加等，结合实测数据，采用信号处理和机器学习方法进行构建和分析，比较分析各种方法的效果，并进行实验验证。

3.提出针对HVDC换流器区内故障定位的新思路和方法在总结现有方法和探究机器学习方法的基础上，开展针对HVDC换流器区内故障定位的新思路和方法的探讨和研究，拓展故障定位方法研究的领域和深度。

四、预期创新性和意义本文结合实测数据，采用信号处理和机器学习方法，提出了一种针对HVDC换流器区内故障定位的新思路和方法，具有一定的创新性；通过系统的理论和实际应用探究，可提高HVDC输电系统的可靠性和安全性，具有较高的实际应用价值。