舟山多端柔性直流输电工程换流站绝缘配合

换流站的绝缘配合是柔性直流输电工程实施的关键技术之一,其研究对换流站设备设计、选型、制造和试验具有重要的指导作用。为合理确定舟山多端柔性直流输电工程各换流站设备的绝缘水平,提出了换流站的避雷器布置方案,计算确定了相应避雷器参数及保护水平,给出了换流站设备推荐的绝缘裕度,并根据选取的设备绝缘裕度最终确定了换流站各设备的绝缘水平。文章给出了3种不同避雷器布置方案下的绝缘配合结果,结果表明不同避雷器布置主要对桥臂电抗器端子间的绝缘水平有较大影响,方案1下桥臂电抗器端子间的雷电冲击绝缘水平和操作冲击绝缘水平分别为450 kV和325 kV;方案2和方案3的避雷器布置下,桥臂电抗器端子间的绝缘水平相同,雷电冲击绝缘水平和操作冲击绝缘水平分别为750kV和550kV。除桥臂电抗器外,3种方案下换流站其他设备推荐的绝缘水平均相同,换流站联结变压器阀侧交流设备的雷电冲击绝缘水平和操作冲击绝缘水平取为650 kV(或750 kV)和550 kV,桥臂电抗器阀侧交流设备的雷电和操作冲击绝缘水平与联结变阀侧设备取为一致,换流站200 kV直流母线的雷电冲击绝缘水平和操作冲击绝缘水平建议取为650 kV(或750 kV)和550 kV,直流平波电抗器端子间的雷电冲击绝缘水平和操作冲击绝缘水平取为850kV(或950kV)和750kV。此外,文章还分析了3种避雷器布置方案的优缺点。研究结果可为该工程的建设提供重要依据,也可为其他相关工程提供参考。

舟山多端柔性直流输电工程换流站内部暂态过电压

舟山多端柔性直流输电工程建成后将成为世界上第一个基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的五端柔性直流输电工程。为研究各换流站的过电压水平,依托舟山多端柔性直流输电示范工程,详细分析了换流站交直流侧的过电压机理,建立了基于详细控制保护策略的五端柔性直流输电系统过电压仿真模型,计算了换流站联结变压器阀侧单相接地、桥臂电抗器阀侧单相接地、直流极线接地、直流平波电抗器阀侧直流母线接地和直流极间短路等故障在换流站关键设备上产生的过电压。结果表明:联结变压器阀侧交流母线上的最大过电压为360 kV;直流极线上的最大过电压为370kV,直流平波电抗器阀侧直流母线的最大过电压为369 kV,避雷器CB和D承受的最大能量分别为1.258 MJ和1.655 MJ;星形电抗接地支路中性点上的最大过电压为188 kV;桥臂电抗器两端产生的最大过电压为235 kV。计算结果可为该工程换流站的绝缘配合研究以及相关设备的选型、试验等提供重要依据。

舟山多端柔性直流输电示范工程典型运行方式分析

舟山多端柔性直流输电示范工程是世界范围内首个五端柔性直流输电工程,在不同条件下运行方式复杂多变。首先简要介绍了舟山交直流混联电网特点及示范工程定位;然后分析了示范工程典型运行方式和部分高级功能,如多换流站协调控制功能、联网模式与孤岛模式平滑切换等功能;最后介绍了示范工程现场试验和实际运行情况。运行实践表明,示范工程运行方式灵活,显著提高了舟山电网特别是舟山北部电网供电可靠性,经济效益和社会效益显著。

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

南澳多端柔性直流输电示范工程(简称为南澳柔直工程)是世界上第一个VSC-MTDC工程。介绍了南澳柔直工程的系统接入设计方案和换流站设计方案。该工程在南澳岛上建设2个直流送端换流站(金牛站和青澳站),在大陆塑城变电站附近建设1个直流受端换流站(塑城站)。将岛上的风电经柔直线路"青澳—金牛"和"金牛—塑城"送出,并在塑城变电站接入交流系统。通过三种方案的比较,决定换流站接地方式为:联接变压器采用△/Yn形式,在阀侧设置Y接变压器中性点电阻以得到接地点。按功能分区明确、工艺流程紧凑、节能和协调周围环境的原则设计了换流站电气总平面布置方案。

含多端柔性直流的交直流电力系统静态电压稳定域构建方法

针对高比例可再生能源并网给交直流电力系统静态电压稳定评估带来的挑战,提出一种含多端柔性直流(VSC-MTDC)的交直流电力系统静态电压稳定域(SVSR)构建方法。该方法根据含VSC-MTDC的交直流电力系统静态电压稳定域边界(SVSRB)的拓扑特性,计及SVSRB搜索过程中换流站控制策略的转换,构建含VSC-MTDC的交直流电力系统SVSRB快速求解的预测-校正模型。首先,该模型借助连续潮流求取出交直流电力系统SVSRB上的初始临界点;然后,根据交直流系统SVSRB上相邻临界点之间的关联,以上一个已求SVSRB临界点为初值,通过所提预测-校正算法求解下一个SVSRB临界点,在此过程中,计及换流站运行参数越限带来的控制策略转换问题,实现SVSRB临界点的准确求解,以提升SVSR的构建精度和效率,增强交直流电力系统的电压稳定态势感知能力;最后,将所提方法应用于含VSC-MTDC的IEEE 5节点测试系统和IEEE 118节点测试系统中进行分析。结果表明,所提方法可实现交直流电力系统SVSR的准确、高效构建。

含多端柔性直流的大电网潮流联立计算方法研究

多端柔性直流具有控制灵活、可接入性强、损耗低和可靠性高等优点,是解决新能源消纳问题的有效途径。潮流计算是大电网分析的基础,但是交替求解方法在某些情况下收敛性较差。为改善含多端柔性直流的大电网潮流计算的收敛性,文章给出了直流电网模型方程,采用直流系统和交流系统方程联立求解的思路,设计了大电网潮流联立求解计算的流程和方法,提出统一方程维数、切换方程类型的处理方式解决节点控制类型变化引起的雅可比矩阵维数变化问题。采用MATLAB编程实现了提出的算法,并利用含浙江舟山五端柔性直流的大电网实际算例与交替求解方法进行分析比较,结果验证了所提方法的正确性以及收敛快、精度高、适应性强的优点。

舟山多端柔性直流输电工程综述

柔性直流输电作为新一代高压直流输电技术,应用前景广阔。介绍了世界首例五端柔性直流输电工程——浙江舟山柔性直流输电工程的概况和一次设备组成,分析总结了舟山多端柔性直流输电系统的运行方式、控制模式和控制保护系统,对多端柔性直流输电技术的实际应用和未来发展具有一定的指导意义。

弱交流/多端柔性直流混联的群岛电网有功/无功联合优化

传统群岛交流电网通常较为薄弱,面临着海底电缆充电功率较大、系统状态接近稳定极限、设备投切频繁且使用寿命较短等多项挑战。多端柔性直流输电(VSC-MTDC)技术较适用于群岛供电场景,弱交流/多端柔性直流混联逐步成为群岛供电的新模式。在群岛弱交流电网中,有功和无功功率的传输特性相互关联,电压幅值差不只与无功传送有关,相角差也不仅与有功传送相关。提出一种有功/无功联合优化策略,借助电压源换流器(VSC)调节有功功率和无功功率输出的能力,实现VSC-MTDC的可控输出与并列运行交流电网中措施之间的优化协调,建立了考虑网络损耗、设备投切成本和系统稳定裕度等的多目标优化模型,并采用遗传算法进行求解。结合群岛电网的实际运行需求,依托浙江舟山±200kV五端柔性直流示范工程的仿真案例,验证所提优化策略的有效性,并通过经济和稳定指标的比较,证实了有功/无功联合优化优于单一的优化策略。

基于暂态电压的多端柔性直流线路保护方案

多端柔性直流线路故障电流具有上升速度快、峰值大的特点。为了限制故障电流,通常会在直流断路器中串联限流电抗器,形成直流线路的天然边界,但这也导致了故障电压暂态过程变化。区内故障时,线路两端保护安装处的暂态电压高频分量的有效值均大于限流电抗器换流站侧的值;区外故障时,故障端的特性与之相反。基于上述故障特征,提出一种基于暂态电压的多端柔性直流系统保护方案,利用单端线路侧的电压微分率实现区、内外故障快速动作,利用线路双端限流电抗器两侧暂态电压比实现区内、外故障的可靠判别。算例仿真结果表明:所提保护方案动作速度快,受过渡电阻影响小,且线路两端无需数据同步。

多端柔性直流输电系统的控制策略设计

主要对柔性直流输电系统的控制策略进行了研究。首先对柔性直流输电系统主从控制、电压裕度控制和直流电压下垂控制的控制原理及特点进行详细的介绍,并在此基础上,提出了一种协调控制策略,该策略综合三种控制方式并加入裕度思想分层协调各换流站,能够适应较大范围的不平衡功率,避免换流站过载的现象。最后,在Matlab/simulink平台上构建了多端柔性直流输电模型,分别仿真验证了所提控制策略的有效性。对于深入了解柔性直流输电系统的控制的原理具有重要的理论意义,也可为采用下垂控制的柔性直流输电系统设计提供理论依据。

基于限流式混合直流断路器的多端柔性直流线路高敏度单端量保护

多端柔性直流输电系统在继电保护方面面临的主要问题在于如何快速识别直流线路故障。阿西亚.布朗.勃法瑞有限公司(Asea Brown Boveri Ltd.,ABB)提出的极波保护原理灵敏度较低,直接应用于多端柔性直流输电系统的效果需要特别关注。因此,该文针对限流式混合直流断路器构成的边界特性,对ABB极波保护中的极波变化率进行矢量或矩阵拓展,构建极波广义变化率,并利用得到的极波变化率作为保护动作的判据。通过PSCAD/EMTDC搭建三端柔性直流输电系统,验证了改进的高敏度算法对于多端柔性直流输电系统接地故障识别的可靠性。算例表明,该极波广义变化率算法对于保护区域内的接地故障识别有较高的灵敏性和速动性,能够在0.1 ms时间尺度识别区内故障。

多端柔性直流输电系统谐波特性及交互机理分析

为分析基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)的谐波特性及交互机理,首先引入平均开关函数的概念,建立了MMC详细时域模型,忽略内部动态特性得到MMC简化模型,从而得到MMC-MTDC的等值电路以及各换流器直流侧谐波电流对各换流器直流端口电压谐波的传递函数。随后,定义MMC交流侧电流和直流侧电压电流的各阶动态相量为状态变量,将MMC时域模型转化为序分量动态相量谐波分析模型,得到MMC特征谐波分布特性及交直流侧谐波传递机理。通过描绘换流器直流侧谐波电流对各换流器直流端口电压谐波传递函数的频率特性曲线,分析了MMC-MTDC的谐振特性以及谐波在不同换流器间的交互机理。最后,在MATLAB/Simulink中的仿真验证了谐波特性及交互机理分析的正确性,分析结果可为谐波抑制策略的提出提供理论支撑。

基于短时能量的多端柔性直流单极接地故障线路识别方法

采用小电流接地方式的模块化多电平多端柔性直流输电系统(MMC based multi-terminal HVDC,MMC-MTDC)发生直流线路单极接地后,所有非故障极线路电压升高为额定值的2倍,威胁线路和设备安全,因此,需要快速识别并切除故障线路,以恢复MMC-MTDC系统的正常运行。而小电流接地方式的MMC-MTDC系统单极接地后,无稳态故障电流,且各直流线路稳态电压基本相同,无法依靠稳态电压、电流量来识别故障线路。分析了MMC-MTDC单极接地时线路对地电容电流暂态变化特性,提出采用线路两端的暂态差流作为区分故障线路和非故障线路的依据;进一步通过计算线路两端差流的短时能量来扩大故障线路和非故障线路的差异,减少暂态过程对故障线路识别的影响,达到可靠识别故障线路的目的。在PSCAD中搭建四端MMCMTDC系统进行仿真,结果表明故障线路两端差流短时能量远大于非故障线路两端差流短时能量,并且该故障线路差动电流短时能量波动较小,能可靠识别接地线路。

多端柔性直流系统功率传输边界关键参数分析

多端柔性直流技术是构建未来能源网络的关键技术之一。多端柔性直流系统的传输功率与系统参数间存在复杂的耦合关系。为了研究影响系统功率传输边界的关键因素,通过建立系统小信号模型,采用特征值法对系统振荡模态、灵敏度进行分析计算,分析得出影响多端系统传送功率容量的关键参数及变化规律。最后,利用电磁模型进行仿真验证,结果表明所提方法能够指出造成系统传输功率越界的关键因素,并给出了相应改进设计方案。

舟山多端柔性直流输电示范工程及其评估

介绍了舟山多端柔性直流输电示范工程基本情况、电网接线方式及直流控制保护功能,分析了快速重启动及换流站单站投退在工程中的应用及工程的运行效果。并结合实际运维经验,针对直流控制保护、换流阀子模块、直流断路器、直流测量装置等主要设备问题进行了分析,并给出了技术完善的方向。

基于虚拟同步发电机控制策略的多端柔性直流系统自适应下垂控制

基于电压源型多端柔性直流输电系统采用dq双环控制,无法为系统提供惯性。提出了一种虚拟同步发电机技术的自适应下垂控制策略,该策略不需要站间通信,根据交流系统的频率变化情况,生成自适应下垂系数,分配多端柔性直流系统换流站的功率,使交流网络参与多端换流站不平衡功率的分配。该策略提升了交流网络的惯性水平,减小扰动发生时交流网络频率变化率,使功率分配更加合理。在PSCAD/EMTDC仿真平台进行所提策略的有效性验证,表明所提策略可以减小整个系统的频率变化情况。

含海上风电场的多端柔性直流互联系统频率稳定协调控制策略

海上风电技术的快速发展和高压直流输电技术的广泛应用,使得传统纯交流电网的网架结构和动态特性逐渐变化,系统面临惯性减弱、对扰动更加敏感等问题。为此,针对多端柔性直流(VSC-MTDC)互联系统,提出一种分布式协调频率控制策略,通过协调控制多个海上风电场出力来减小由VSC-MTDC系统隔离的异步交流区域电网的频率偏差。该策略仅需极少的换流站信息交换就能合理协调利用各风电场以及各异步交流电网的备用出力,实现VSC-MTDC互联系统的频率稳定控制。最后,建立一个典型含多风电场的5端柔性直流互联系统仿真模型,验证了所提策略的正确性和有效性。

多端柔性直流配电系统子模块拓扑对过电压影响的仿真分析

多端柔性直流配电技术是目前国内外配电领域关注的热点,而典型故障下的过电压及其防护是其关键技术之一。针对±10kV三端柔性直流配电系统开展不同子模块拓扑下配电系统过电压差异及原因的仿真研究。首先基于PSCAD电磁暂态仿真软件,建立了分别含有半桥型和全桥型子模块拓扑的三端柔性直流配电系统的过电压仿真模型,分析了典型故障工况;然后,仿真计算了各典型故障工况下各关键位置的过电压分布,分析半桥型和全桥型子模块拓扑下的过电压计算结果差异;最后,针对差异较大的过电压计算结果,通过仿真及理论分析提出了差异原因及可能对设备绝缘水平的影响。研究结果可为多端柔性直流配电系统的设计和过电压防护方案的研究提供参考。

基于多端柔性直流的电网供电能力提升研究

如何提升电网供电能力是电网规划中亟须解决的问题。结合了实际工程设计经验和最新理论研究成果,对基于多端柔性直流的电网供电能力提升进行了研究,提出了该方法在江苏电网中应用方案设想,并进行了仿真分析。仿真表明该方法在提升电网供电能力方面效果显著,具有良好的应用前景。

含抽蓄电站的多端柔性直流电网风光接入容量配比优化方法

针对含风、光、抽蓄电站的多端柔性直流电网,协调规划其风光接人容量配比,可以充分利用不同类型电源的互补作用,实现大规模新能源的平稳送出和消纳。提出基于时序生产模拟的多端柔性直流电网风光接入容量配比优化方法,以发电清洁性最优为目标,综合考虑柔性直流电网运行限制、新能源弃电率、负荷调峰需求和抽蓄电站运行限制等约束条件,建立适应于多端柔性直流电网的风光接入容量配比优化模型。以新能源全年出力为输入,通过时序生产模拟仿真开展模型优化计算,确定各送端换流站的风光最优接入容量配比。以某四端柔性直流电网为例开展仿真测试,结果显示所提出模型能够充分利用风光的互补作用和抽蓄电站的调节作用得到最优的风光接入容量配比,验证了所提方法的有效性和工程实用性。