“大规模海上风电友好并网与主动支撑关键技术”专栏特约主编寄语

大力发展海上风电是我国解决电力供需矛盾、加快能源结构转型、实现新型电力系统目标的必然选择,但目前海上风电的发展仍存在大规模海上风电高效汇集送出面临挑战、海上风电安装及运维难度增加、对电网运行的主动支撑作用难以有效发挥等问题。为深入探讨大规模海上风电发电、汇集、组网、送出全过程的难点问题和关键技术,讨论和分享最新研究进展和学术成果,《浙江电力》组织了“大规模海上风电友好并网与主动支撑关键技术”专栏。

基于桥臂等效电容的全桥子模块型MMC快速仿真方法

MMC(模块化多电平换流器)包含了大量的开关元件,给电磁暂态仿真带来了很大的计算负担。针对该问题,提出了一种基于桥臂等效电容的全桥子模块型MMC快速仿真方法。提出了正常工作、闭锁和全状态的桥臂等效电路建模方法,开发了一种精确仿真全桥MMC电磁暂态响应的仿真模型。在PSCAD/EMTDC平台搭建了两端MMC直流电网测试系统验证其可行性,同时将模型和戴维南等效模型进行对比,结果验证了所提全桥子模块型MMC快速仿真方法的精确性和快速性。

新型多端口直流潮流控制器及其控制策略研究

直流潮流控制器是实现多端直流电网稳态潮流调节的关键装备,针对现有直流潮流控制器的局限性,通过在环形支路中串入输出直流电压可调节的级联子模块的方式,设计了一种新型多端口直流潮流控制器。首先,对所提控制器的拓扑结构和工作原理进行了阐述;然后,介绍了其控制策略和参数选择方法;最后,通过一个具有八条直流线路的五端直流电网的电磁暂态仿真案例对直流潮流控制器的性能进行验证。结果表明:所提控制器能够同时调节同一直流母线所连接的多条直流线路上的潮流,具有模块化和易扩展的优势。

向微网供电的级联换流器均压控制策略

直流侧串联交流侧并联的级联换流器拓扑目前是中低压小容量场景下输电系统换流器的较优选择,针对级联换流器直流侧电容均压问题,以级联换流器的数学模型为基础,提出了一种可以向全/高比例新能源微电网供电的具备均压功能的级联换流器控制策略,包括均压定电压/频率控制和均压优化下垂控制,并根据混合势函数理论分析了所提控制策略的大信号稳定性,给出了控制器的参数设计要求。相比传统均压策略,提出的策略不仅能参与系统的频率控制/调节,均压优化下垂策略还能免去模块间的数据通信。仿真结果表明,所提策略能在稳态和各种故障工况下实现均压功能,实现了对全/高比例新能源微网的频率调节,保证系统频率不超出安全阈值。

一种模块化多电平换流器的子模块优化均压方法

模块化多电平换流器(MMC)的子模块(SM)电容电压均衡问题是MMC工程应用急需解决的难点之一。文中针对采用电容电压进行排序,根据电流方向触发导通的传统电压均衡方法进行了改进和优化,引入了双保持因子,降低SM的开关频率,以减小开关损耗。同时,还通过引入能量均衡因子,使SM间的能量保持相对平衡,在保证换流器正常运行的前提下,对桥臂SM采用分组排序的均压策略,从而达到减小排序运算量,提高SM电容电压排序速度的效果。最后,通过在PSCAD/EMTDC下搭建11电平的MMC仿真模型,对所提出的方法进行了验证,仿真结果证明了所提出的优化均压方法的正确性和有效性。

基于虚拟电感的双馈入直流输电系统连续换相失败的抑制方法

文章基于传统直流输电的换相机理,引入虚拟电感这一概念,将其与低压限流控制(voltage dependent current order limiter,VDCOL)相结合共同实现抑制多馈入系统发生连续换相失败的作用。首先从理论上分析了该控制方法的作用机理;然后以传统双馈入系统为例,通过仿真试验分析了该控制方法中的相关参数对其抑制作用的影响;最后,通过模拟交流系统发生故障情况下的仿真试验,验证了所提出的控制方法能够在一定程度上起到抑制连续换相失败、优化故障恢复特性的作用。

2011年国际供电会议系列报道 电动汽车和智能电网的标准化工作

介绍了2011年国际供电会议技术讲座4———智能电网和电动汽车的标准化工作,包括德国智能电网的发展情况以及国际电工委员会(IEC)关于光伏发电、风电、智能电表和电动汽车充电设施方面的标准编制情况。介绍了会议第一专业组———电网设备组的主要专题和论文,涉及的方面包括资产管理,分布式电源和电动汽车接入方面的研究,新材料在变压器、电缆、架空线路上的应用,新型电力电子装置等新型电网设备。

500 kV直流融冰兼动补装置水冷系统现场试验及改进

介绍了500 kV直流融冰兼动态无功补偿系统装置水冷系统的构造及基本原理,对现场调试时遇到的主要技术问题进行了分析,并阐述了相应的措施及修改方案。

基于广义H桥电路的混合式直流断路器

基于多端直流电网快速发展的现状,针对直流故障清除问题,提出了一种基于广义H桥电路的高压混合式直流断路器。利用H桥结构电流双向流动的特点,将转移开关和主断部分以二极管H桥的形式实现复用,并且取消了常见的反并联二极管,在保证直流故障处理能力不变的前提下,所需IGBT(绝缘栅双极型晶体管)数量大幅减少。为了验证基于广义H桥电路的混合式直流断路器及其故障隔离方法的有效性,在PSCAD/EMTDC平台搭建了四端直流电网测试系统,仿真验证了其可行性。同时将本方案和其他方案进行了拓扑、器件成本方面的对比,结果表明本方案具有良好的经济性。

500kV直流融冰兼动态无功补偿装置的晶闸管阀试验

介绍了500kV直流融冰兼动态无功补偿装置的晶闸管阀子系统调试及试验情况,从试验的一般原则出发并结合现场试验经验,详述了调试方法,给出试验结果。文中总结的现场试验注意事项和经验可为相关工程技术人员提供参考。

含多端柔性直流输电系统的交直流电网动态特性分析

根据半桥式模块化多电平换流器(MMC)的数学模型和控制策略,搭建出基于PSCAD/EMTDC的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)仿真模型。设计了适合于交直流耦合电网的MMC-MTDC多级控制系统,包括阀组级控制器、换流站级控制器和系统级控制器,并进行了交直流电网暂态稳定分析。在建立的仿真系统中模拟交流电网事故、直流线路故障、冲击负荷等多种苛刻运行条件,以校验MMC-MTDC接入交流电网后的动态响应特性。仿真结果表明:各级控制器间的相互配合使得所构建的MMC-MTDC在交流电网故障情况下具备送端转移的能力;系统在任意一端换流站故障退出后仍具备稳定运行的能力;在MMC-MTDC发生直流线路故障退出运行后,交流电网仍能保持稳定运行。

电流转移型高压直流断路器

混合式高压直流断路器是目前处理直流电网故障较为认可的一种方式,但其存在造价昂贵、使用个数多等问题。为有效解决此类弊端,提出一种电流转移型高压直流断路器,并对其故障隔离控制时序进行了研究。电流转移型高压直流断路器借鉴了混合式高压直流断路器的关键部件和设计理念,将直流母线以及与其相连的混合式直流断路器进行了整合,以整体概念对断路器进行了再设计,优化了设备利用价值。在保证同等直流故障处理能力的前提下,相比混合式高压直流断路器,其投资成本大幅度降低。为验证电流转移型高压直流断路器的有效性,在PSCAD/EMTDC内建立了一个三端单极直流网络模型。仿真结果验证了电流转移型高压直流断路器在隔离直流线路故障方面的可行性和有效性。

基于模块化多电平高压直流输电系统接地故障特性仿真分析

模块化多电平电压源换流器型高压直流输电采用子模块级联结构,解决了开关器件直接串联所带来的动态均压问题,同时具有输出电压波形品质高、开关频率和损耗低等诸多优点,因此成为极具市场应用价值的输电技术之一。在故障时,工作机理、调制策略和拓扑结构的差异导致系统呈现出与传统直流和电压源换流器型直流输电不同故障特性。分别以交流系统侧、阀侧和直流侧接地故障为例,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型基础上,针对联接变压器绕组不同接线方式,分析其不同故障特性以及对系统运行的影响,并提出了应对策略。

MMC-MTDC系统协调启动控制策略

为快速平稳的启动基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(modular multilevel converter-multi-terminal direct current,MMC-MTDC),避免各站启动时序配合不当引起大的电气冲击甚至启动失败,提出了MMC-MTDC系统协调启动控制策略。首先,指出MMC存在交流侧、直流侧和交直流侧混合3种预充电方式,基于其充电机理,设计了预充电方式识别方法,提出了可将子模块充电至额定电压的闭环均压充电策略;其次,研究了多端系统启动时序的有效配合方案,提出了基于直流电压斜坡控制方式的并联式MMC-MTDC系统协调启动控制策略;最后,通过Matlab/Simulink构建三端系统进行仿真。结果表明:闭环均压充电方法能自动适应MMC 3种预充电方式,使子模块平稳充电至额定值;协调启动策略则能很好的实现多端系统平稳解锁。

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电动态模拟系统

介绍了基于模块化多电平换流器拓扑的柔性直流输电动态模拟系统,该模拟系统为背靠背的试验系统。以实际工程为原型,对交流系统、换流阀、换流变压器及直流电缆进行了等效模拟。并给出了交流系统、直流系统、换流阀、换流变压器的参数设计及模拟比设计。模拟系统采用了和实际工程现场一致的测量系统。介绍了故障模拟以及故障点设置。最后,介绍了动态模拟系统的稳态及故障穿越试验,并与实际工程现场的试验波形进行了对比,表明其能够准确模拟实际工程中的稳态及暂态特性,可以为柔性直流控制保护系统的设计提供试验验证。

基于自抗扰控制原理的MMC-HVDC控制策略

简述了模块化多电平换流器(MMC)的基本原理,针对采用内环离散控制器后系统抗扰性能下降的问题,基于自抗扰控制ADRC(Auto Disturbance Rejection Control)原理,采用新型非线性函数设计了外环控制器;针对MMC的环流问题,设计了基于自抗扰控制技术的直接环流抑制器;为了抑制故障条件下的负序电流,设计了基于自抗扰控制技术的负序电流抑制器。最后在PSCAD/EMTDC环境下搭建21电平的MMC-HVDC系统模型,对所设计的混合控制器进行仿真验证,结果表明所设计的混合控制器具有良好的控制性能,验证了其有效性。

向无源网络供电的LCC-MMC混合直流输电系统控制策略

电网换相换流器和模块化多电平换流器(LCC-MMC)混合直流输电系统兼顾了两种换流器的技术优势和经济优势,具有较好的应用前景。无源网络装设容性滤波装置能够起到平滑交流电压波形、提供电压支撑等作用。首先通过理论推导,建立了含容性滤波装置的模块化多电平换流器数学模型,基于dq理论,提出了模块化多电平换流器的无源解耦控制策略。针对送端电网换相换流器侧交流故障可能导致的功率中断等问题,从电网换相换流器和模块化多电平换流器的控制机理出发,分析了故障阶段及故障后的系统响应特性,并进而提出了送端交流故障穿越附加控制策略。为验证上述控制策略的有效性,在PSCAD/EMTDC内建立了一个LCC-MMC混合直流输电模型。通过受端电压频率变化和送端交流故障仿真,验证了所提控制策略的可行性和有效性。

一种新的柔性直流输电系统远端启动策略

模块化多电平换流器(MMC)的启动是MMC柔性直流输电系统工程应用首先需要面临的问题,针对采用MMC结构的两端或者多端柔性直流输电系统,提出了一种新型的有序解锁启动方法,以减少传统充电方式下换流阀解锁瞬间的直流电压跌落和桥臂电流冲击。该方法在传统不控充电过程后,先解锁定直流电压换流站,再对其他换流站进行远端充电,期间其他换流站的桥臂按其子模块电容电压高低顺序逐步减少投入充电的子模块个数,以此不断抬高子模块电容电压,在电容电压到达一定数值后再解锁换流站。通过理论分析计算了本方法最大的电压跌落,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了该方法的有效性和优越性。此外,新的远端启动控制策略对多端柔性直流系统的定功率换流站启动顺序和启动时刻没有特殊要求,并针对单桥臂进行设计,可以重复应用于各桥臂,因此,其适用于实际工程中的多端柔性直流系统远端启动和交流系统故障造成无源端闭锁后的在线重启动。

MMC-HVDC系统中阀侧交流母线故障保护策略研究

模块化多电平换流器直流输电系统(Modular Multilevel Converter HVDC,MMC-HVDC)的阀侧交流母线与换流器直接相连,其故障对换流阀造成的危害相对于网侧交流母线故障要严重的多。对其控制保护策略进行深入的研究分析有助于提高MMC-HVDC系统电力传输的安全性和可靠性。首先对MMC基本结构及原理进行了介绍。然后对阀侧交流母线故障进行了分类,就单相接地故障对系统的影响进行了深入的研究分析,并提出了针对性的控制保护策略。最后通过对阀侧交流母线单相接地故障进行仿真,验证了故障特性分析的正确性和对应保护策略的可行性。

舟山多端柔性直流系统在线极隔离试验

为了验证舟山多端柔性直流输电系统是否具备在线极隔离功能,从理论和实践两个方面进行了分析。基于模块化多电平换流器(MMC)的拓扑结构及其子模块结构,对MMC在线极隔离过程中的充放电可能性进行了分析,理论上证明了在线极隔离的可行性。为保证安全,现场极隔离试验分为带线路空载加压试验以及端对端试验两个过程。通过舟定换流站的现场试验,证明了舟山多端柔性直流输电系统具备了在线极隔离的功能,在此过程中不会出现危险的过压以及持续的燃弧现象,在线极隔离对现场设备无影响。