Hierarchical Coordinated Medium- and Long-term Voltage Control in Hybrid Multi-infeed AC/DC System

Shuai GONG; Wen ZHANG; Jiping XIE

doi:10.7500/AEPS20200114003

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Hierarchical Coordinated Medium- and Long-term Voltage Control in Hybrid Multi-infeed AC/DC System

Special Topic on Technology of protection and control for AC/DC hybrid power grid | 更新时间：2025-06-16

- Hierarchical Coordinated Medium- and Long-term Voltage Control in Hybrid Multi-infeed AC/DC System
- Automation of Electric Power Systems Vol. 44, Issue 22, Pages: 54-61(2020)
- 作者机构：
  
  1.电网智能化调度与控制教育部重点实验室（山东大学），山东省济南市 250061
  2.国网福建省电力有限公司泉州供电公司，福建省泉州市 362000
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Shandong Provincial National Science Foundation of China
- DOI：10.7500/AEPS20200114003
  CLC：
- Received：14 January 2020，
  
  Revised：2020-04-15，
  
  Published Online：28 September 2020，
  
  Published：25 November 2020
- 稿件说明：
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弓帅,张文,谢季平.混合多馈入交直流混联系统中长期电压分级协调控制[J].电力系统自动化,2020,44(22):54-61.

GONG Shuai,ZHANG Wen,XIE Jiping.Hierarchical Coordinated Medium- and Long-term Voltage Control in Hybrid Multi-infeed AC/DC System[J].Automation of Electric Power Systems,2020,44(22):54-61.
弓帅,张文,谢季平.混合多馈入交直流混联系统中长期电压分级协调控制[J].电力系统自动化,2020,44(22):54-61. DOI： 10.7500/AEPS20200114003.

GONG Shuai,ZHANG Wen,XIE Jiping.Hierarchical Coordinated Medium- and Long-term Voltage Control in Hybrid Multi-infeed AC/DC System[J].Automation of Electric Power Systems,2020,44(22):54-61. DOI： 10.7500/AEPS20200114003.

摘要

随着高压直流输电的发展，柔性直流与常规直流接入同一或电气距离较近交流母线，形成混合多馈入交直流混联系统。为充分发挥柔性直流功率解耦及快速调节特性，减小常规直流换相失败概率，并保持交直流混联系统电压安全稳定，文中提出了一种混合多馈入交直流混联系统中长期电压分级协调控制方法。首先

对混合多馈入交直流系统进行建模，并分析柔性直流不同控制方式下控制量对交流母线电压灵敏度的求解方法。其次

构建两级协调电压控制，系统级控制以交流系统最低节点电压轨迹偏差和控制成本最小为目标；换流站级控制以保证常规直流馈入母线电压和换相裕度为目标。根据发电机无功裕度设计不同的控制方案，针对常规高压直流输电熄弧角和有功功率，避免其发生控制冲突，设计两级协调策略。最后，仿真结果表明所提控制方法能够明显提高交直流混联系统的中长期电压稳定性。

Abstract

With the development of high voltage direct current (HVDC) transmission

flexible DC and conventional DC are connected to the same bus or relatively close AC bus to form a hybrid multi-feed AC/DC system. In order to take full advantage of the characteristics of flexible DC power decoupling and rapid adjustment

reduce the probability of conventional DC commutation failure

and maintain the safety and stability of voltage for the hybrid AC/DC system

a hierarchical coordinated medium- and long-term voltage control method in the hybrid multi-infeed AC/DC system is proposed. Firstly

the hybrid multi-feed AC/DC system is modeled

and the solving method of the sensitivity of the control variable to the AC bus voltage in different flexible DC control modes is analyzed. Secondly

a two-level coordinated voltage control is constructed. The system-level control aims at the lowest node voltage trajectory deviation of the AC system and the minimum control cost. The station-level converter control aims at ensuring the conventional DC infeed bus voltage and commutation margin. Different control schemes are designed according to the reactive power margin of the generator

and the two-level coordination strategy is designed for control of the arc extinguishing angle and active power of conventional HVDC transmission to avoid control conflicts. Finally

the simulation results show that the proposed control method can significantly improve the medium- and long-term voltage stability of the hybrid AC/DC system.

关键词

Keywords

references

韩民晓，文俊，徐永海 . 高压直流输电原理与运行［M］. 北京：机械工业出版社， 2009 .

HAN Minxiao ， WEN Jun ， XU Yonghai ． The operation principle of HVDC ［M］. Beijing ： Machinery Industry Press ， 2009 .

汤广福，贺之渊，庞辉 . 柔性直流输电工程技术研究、应用及发展［J］. 电力系统自动化， 2013 ， 37 （ 15 ）： 3 - 14 .

TANG Guangfu ， HE Zhiyuan ， PANG Hui . Research， application and development of VSC-HVDC engineering technology ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2013 ， 37 （ 15 ）： 3 - 14 .

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 .

徐政 . 交直流电力系统动态行为分析［M］. 北京：机械工业出版社， 2004 .

XU Zheng . Dynamic behavior analysis of AC/DC power systems ［M］. Beijing ： China Machine Press ， 2004 .

梁少华，田杰，曹冬明，等 . 柔性直流输电系统控制保护方案［J］. 电力系统自动化， 2013 ， 37 （ 15 ）： 59 - 65 .

LIANG Shaohua ， TIAN Jie ， CAO Dongming ， et al . A control and protection scheme for VSC-HVDC system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2013 ， 37 （ 15 ）： 59 - 65 .

刘炜，郭春义，赵成勇 . 混合双馈入直流输电控制系统交互影响机理分析［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 13 ）： 3757 - 3766 .

LIU Wei ， GUO Chunyi ， ZHAO Chengyong . Mechanism analysis of control interactions in dual-infeed hybrid HVDC system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 13 ）： 3757 - 3766 .

GUO Chunyi ， LIU Wei ， ZHAO Jian ， et al . Impact of control system on small-signal stability of hybrid multi-infeed HVDC system ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution ， 2018 ， 12 （ 19 ）： 4233 - 4239 .

GUO Chunyi ， LIU Wei ， ZHAO Jian ， et al . Small-signal dynamics and control parameters optimization of hybrid multi-infeed HVDC system ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2018 ， 98 ： 409 - 418 .

倪晓军，赵成勇，郭春义，等 . 混合双馈入直流系统中VSC-HVDC对LCC-HVDC受端系统强度的影响［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 16 ）： 4052 - 4061 .

NI Xiaojun ， ZHAO Chengyong ， GUO Chunyi ， et al . The effects of VSC-HVDC on the system strength of LCC-HVDC in dual-infeed hybrid HVDC system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 16 ）： 4052 - 4061 .

GUO Q ， YOON M ， KIM C ， et al . Commutation failure and voltage sensitivity analysis in a hybrid multi-infeed HVDC system containing modular multilevel converter ［J］. International Transactions on Electrical Energy Systems ， 2016 ， 26 （ 10 ）： 2259 - 2271 .

LIU Y ， CHEN Z . A flexible power control method of VSC-HVDC link for the enhancement of effective short-circuit ratio in a hybrid multi-infeed HVDC system ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2013 ， 28 （ 2 ）： 1568 - 1581 .

陈欢，王振，杨治中，等 . 并联混合直流输电系统中常规直流和柔性直流暂态无功协调控制策略研究［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 6 ）： 1719 - 1725 .

CHEN Huan ， WANG Zhen ， YANG Zhizhong ， et al ． Coordinated reactive power control approach for LCC-HVDC and VSC-HVDC in hybrid parallel HVDC system ［J］． Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 6 ）： 1719 - 1725 .

曾雪洋，刘天琪，王顺亮，等 . 换相失败下柔性直流与传统直流互联输电系统的暂态无功协调控制策略［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 12 ）： 28 - 35 .

ZENG Xueyang ， LIU Tianqi ， WANG Shunliang ， et al . Coordinated transient reactive power control strategy for transmission system connected by VSC-HVDC and LCC-HVDC under commutation failure ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 12 ）： 28 - 35 .

马世英 . 全时域多目标电压安全预警及防控技术研究［D］. 北京：中国电力科学研究院， 2013 .

MA Shiying . Research on full-time-domain multi-target voltage security warning and prevention ［D］. Beijing ： China Electric Power Research Institute ， 2013 .

黄义隆，谢敏，刘明波 . 基于修正轨迹灵敏度的模型预测长期电压稳定控制［J］. 电力系统自动化， 2012 ， 36 （ 3 ）： 28 - 33 .

HUANG Yilong ， XIE Min ， LIU Mingbo . Model predictive control for long-term voltage stability based on corrected trajectory sensitivities ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2012 ， 36 （ 3 ）： 28 - 33 .

张岩 . 基于滚动时域优化的长期电压稳定分析与控制研究［D］. 济南：山东大学， 2014 .

ZHANG Yan . Long-term voltage stability analysis and control based on receding horizon optimization ［D］. Jinan ： Shandong University ， 2014 .

谢季平，张文，杨浩 . 考虑直流调制的交直流系统中长期电压稳定协调控制［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 22 ）： 76 - 83 .

XIE Jiping ， ZHANG Wen ， YANG Hao . Coordinated control for middle-long-term voltage stability of AC/DC power system considering DC modulation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 22 ）： 76 - 83 .

谢季平，张文，杨浩 . 特高压直流分层接入下交直流系统中长期电压稳定协调控制［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 6 ）： 37 - 46 .

XIE Jiping ， ZHANG Wen ， YANG Hao . Coordinated control for medium- and long-term voltage stability of AC/DC power systems with hierarchical connection mode of UHVDC system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 6 ）： 37 - 46 .

VAN CUSTEM T ， PAPANGELIS L . Description ， modeling and simulation results of a test system for voltage stability analysis ［EB/OL］. ［ 2020-01-05 ］. https：//orbi.uliege.be/handle/2268/141234 https://orbi.uliege.be/handle/2268/141234 .

KARLSSON D ， HILL D J . Modeling and identification of nonlinear dynamic loads in power systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 1994 ， 9 （ 1 ）： 157 - 166 .

KUNDUR P . Power system stability and control ［M］. New York ， USA： McGrawHill ， 1994 .

刘水平 . 基于轨迹灵敏度技术的电力系统模型预测紧急电压控制研究［D］. 广州：华南理工大学， 2012 .

LIU Shuiping . Research on model predictive emergency voltage control of power systems based on trajectory sensitivity technology ［D］. Guangzhou ： South China University of Technology ， 2012 .

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