合成试验方法在VSC-HVDC换流阀短路电流试验中的应用

合成试验方法是用多套电源分别提供试品在试验中所需应力的试验方法。为检验由模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)构成的电压源换流器高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)换流阀设计的正确性及其对暂态工况应力的耐受性,研究了MMC阀暂态运行试验的试验方法,分析了与过电流关断试验和短路电流试验相关工况的应力,提出了2种等效试验方法,并将合成试验方法应用于试验电路的设计中,给出了试验电路与实际工况下阀的应力波形,结合关键应力等效性分析,验证了上述试验方法和试验电路的正确性和有效性。

含VSC-HVDC的交直流系统内点法最优潮流计算

电压源换流器(voltage source converter,VSC)在稳态模型和工作原理上与传统高压直流输电(high voltage directcurrent,HVDC)的换流器有本质区别,因此传统的交直流系统最优潮流计算方法不适用于含基于电压源换流器高压直流输电(VSC based HVDC,VSC-HVDC)的交直流系统。讨论一种适用于原对偶内点法(primal-dual interior-pointmethod,PDIPM)和预测校正内点法(predictor-corrector PDIPM,PCPDIPM)解最优潮流的VSC-HVDC稳态模型。基于该稳态模型,将VSC-HVDC直流网络与交流系统结合起来,对交直流系统进行联立求解,并对多组算例进行仿真和分析,算例结果表明原对偶内点法在解决含VSC-HVDC的最优潮流问题的能力上,保持了传统内点法最优潮流的高效性,而在同样的条件下,预测–校正内点法迭代次数大大少于原对偶内点法。

VSC-HVDC换流阀过电流关断试验方法

过电流关断试验是柔性直流输电(voltage sourced converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)换流阀暂态试验之一,是为了检验换流阀设计的正确性及对桥臂直通工况应力耐受性进行的试验。研究阀过电流关断试验的试验方法,分析桥臂直通工况下的应力,提出等效试验方法并设计试验电路,最后给出试验电路中阀的应力波形与实际工况下应力波形的对比,结合关键应力等效性分析,验证试验方法和试验电路的等效性。

面向低成本轻型化直流耗能装置的滞环控制策略

直流耗能装置是海上风电经柔直并网系统中的重要装备,用于受端电网故障时吸收风场馈入的盈余功率防止系统过压。该文针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型和混合型两种工程主流耗能装置技术路线,提出一种通用的直流母线电压滞环控制策略,可显著降低耗能阀内部电容、电阻及绝缘栅双极晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)的电气应力与选型规格参数,实现装备低成本和轻型化设计。建立融合耗能装置的柔直系统直流侧等效数学模型,揭示控制参数对系统暂态过电压和耗能装置热应力的影响机理,给出控制参数的详细设计方法。最后,搭建±250 kV/1 500 MW海上风电并网系统模型验证上述内容的正确性,仿真结果表明,所提控制策略具有良好系统特性,MMC型耗能装置无需额外配置37%的全桥子模块,电容值降低75%;混合型耗能装置内部电阻发热降低97.7%,不再需要水冷散热装置。

光伏场经柔直并网振荡稳定性分析与抑制方法研究

光伏场经柔直送出是未来电力系统发展的一个重要趋势,但是光伏与柔直系统之间的相互作用存在引发系统振荡失稳的风险。为此,文中建立光伏场经柔直并网的开环和闭环互联模型,基于开环模式谐振理论,分析光伏场子系统与柔直子系统之间的动态交互作用。当二者发生强交互作用时,可能会使相应的闭环振荡模式进入复平面右侧,进而引发系统振荡失稳。针对光伏场子系统与柔直子系统之间的交互失稳风险,可以通过调整主导环节的控制参数进行抑制;当控制参数无法调整时,文中提出一种对光伏单元附加阻尼控制器的抑制措施,调整光伏场子系统的开环振荡模式,使其在复平面远离柔直子系统的开环振荡模式,从而破坏模式谐振,使闭环系统稳定。文中通过仿真算例,验证了上述理论分析结果的正确性以及所提阻尼控制器的有效性。

基于改进基频调制电流源换流器的高压直流输电系统

主动换相型电流源换流器(current source converter,CSC)是一种新型的电流源换流器,其具有功率密度高,控制灵活,且无换相失败风险等优点,在直流输电领域具有广阔的应用前景。采用脉冲宽度调制的CSC存在直流电压波动大,开关损耗高等问题,不适用于直流输电场景。基频调制的CSC虽然缓解了直流电压波动,但是其仅有一个控制自由度,无法实现有功无功独立控制。针对上述问题,在基频调制CSC的基础上,提出一种适用于高压直流输电的改进型基频调制电流源换流器。首先分析改进基频调制原理和换流器交直流侧谐波特性,并设计直流滤波器;然后,建立系统的数学模型,并提出相应的系统功率控制策略;同时考虑到系统需要向无源网络供电的情况,提出一种无源网络供电控制策略。最后在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,验证所提调制方法和控制策略的正确性和有效性。

基于平均值模型的双端MMC-HVDC系统小信号建模

在建立模块化多电平换流器型高压直流输电（modular multilevel converter based high-voltage DC，MMC．HVDC）输电系统的小信号模型时，已有文献大多将MMC模块忽略，但实际上MMC模块的自身损耗会通过影响换流器直流侧有功输出而影响系统的动态特性。为此，将平均值模型变换到两相同步旋转坐标系，并用于换流器MMC模块的小信号建模。该模型计及了模块的自身损耗，能较好地反映换流器外特性对所连交、直流网络的动态响应：同时，考虑到公共点电压相角与所连交流网络等效阻抗的小扰动响应关系，对锁相环的小信号模型进行了改进。最后，建立整个直流输电网络的小信号模型，通过与PSCAD中电磁暂态模型进行仿真对比研究，验证了所构建小信号模型的准确性和模型改进的有效性。

基于路径分析法的直驱风电场经柔直并网系统次同步振荡机理分析

针对直驱风电场经柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)并网系统的次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)问题,目前研究在机理分析中难以揭示子系统之间的扰动传递过程和耦合关系,同时难以量化不同特性对于系统稳定的影响。因此,基于路径分析法开展系统的SSO机理研究,并以锁相环(phase-locked loop,PLL)振荡模态为例开展路径分析法的模态扩展。首先,采用模块化建模方法建立系统的线性化模型。其次,将转子运动方程的阻尼系数推广至振荡模态的主导元件动态方程,从而获取系统的稳定判据。然后,基于路径分析揭示子系统之间的扰动传递过程和耦合关系,基于阻尼分解量化风电场内部特性以及风电场与VSC-HVDC之间交互作用特性对于系统稳定的影响。最后,开展PLL控制参数对于阻尼特性的影响分析。结果表明:路径分析法可以应用于不同的振荡模态;直驱风电场与VSC-HVDC之间的扰动传递路径呈现双闭环耦合关系;通过增大直驱风电机组PLL比例系数或减小直驱风电机组PLL积分系数可以有效提高系统的总阻尼系数,从而提升系统的稳定性。

电压源换相高压直流输电系统接地方式设计

针对电压源换相高压直流输电(voltage sourceconverter based HVDC,VSC-HVDC)系统分析了其不同接地方式的优劣性。通过建立VSC-HVDC的电磁暂态模型,对不同接地方式下的系统稳态谐波性能、内部交流母线故障特性以及直流线路故障特性进行了详细的仿真研究,并深入分析了故障机制。通过比较不同接地方式下的系统稳态及暂态工况,分析了不同接地方式的优劣性。作为结论,提出了滤波器中点连接于直流电容中点,同时直流电容中点通过高阻接地的VSC-HVDC系统接地配置方案对于提高系统的稳态及暂态性能是有利的。

AC/DC混合输电系统分散协调控制

针对电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)在应用中带来的AC/DC交直流输电系统的协调控制问题,建立了AC/DC数学模型,并对AC/DC提出了一种新的分散最优协调控制模式。在该模式中,逆系统线性化理论被应用于直流输电系统的控制。文中为了与交流电网相配合,将标幺制引入了直流输电系统,并以Lyapunov间接法证明了该闭环非线性系统的稳定性。AC/DC混合输电系统的数值仿真结果表明了该控制策略的有效性和鲁棒性。

电压源换流器高压直流输电换流阀的试验方法

对柔性直流换流阀进行型式试验可保证其安全可靠运行,型式试验通常采用等效试验的方法。介绍了串联阀和模块化多电平换流器阀2种柔性直流换流阀的结构,指出阀试验方法研究应包括试验对象分析、应力分析、应力数学模型的建立、试验要求及试验内容分析、等效试验方法研究等,并针对上述2种柔性直流换流阀试验方法的各项内容进行了研究,以期为可关断器件阀等效试验的理论研究奠定基础。

向无源网络供电的MMC型直流输电系统建模与控制

模块化多电平换流器(MMC)是一种适合用于电压源换流器型高压直流输电(VSC-HVDC)的多电平电压源换流器拓扑。本文分析了向无源网络供电的MMC型VSC-HVDC的系统结构和工作原理,给出了MMC型VSC-HVDC通用的换流系统和受端交流系统的数学模型,据此建立了无源逆变的内环电流和外环电压的双闭环控制系统。通过给定无源逆变的同步相位,保证了供电频率的不变性。在PSCAD/EMTDC中搭建了向无源网络供电的MMC型VSC-HVDC仿真系统,对有功和无功负荷增加以及交流电压抬升等三种工况进行了仿真研究。仿真结果表明所设计的控制器可以实现快速精确的电压电流反馈控制,具有良好的稳态精度和暂态响应特性,能够向无源网络提供高质量的电能供应。

DFIG风电场经模块化多电平柔性直流并网控制策略

比较了风电场常见的3种并网方式,分别讨论了适用于风电接入的模块化多电平柔性直流输电系统启动控制策略及双馈感应发电机(DFIG)自身的启动控制,设计了稳态运行时的模块化多电平柔性直流控制器,以可靠接纳风电并网。基于PSCAD/EMTDC仿真平台分析了所提出的控制理论,验证了在稳定运行及风速改变等不同工况下,模块化多电平柔性直流输电系统均可实现风电场启动及可靠高效并网。

新型高压直流输电系统接入三相不平衡电网分析

新型高压直流输电系统接入三相电压不平衡电网时会遇到直流电容电压出现2倍工频纹波的问题,从而导致换流器性能下降,影响整个系统的正常运行。若只考虑基波电动势,使用对称分量法可以将不平衡电压分解成对称的正序和负序2部分,而这2部分平衡且相互独立。换流器d、q轴分量是直流正序分量与2次交流谐波的负序分量之和,参考在电压平衡情况下的数学模型,可以得到三相电压不平衡情况下电压源型换流器在两相同步旋转坐标系下的数学模型,这个数学模型包含正序和负序2个部分。由三相输入的复功率可知,有功功率包含2次余弦和正弦部分,通过正序电流和负序电流分别独立控制的双电流闭环控制方法使其为零,从理论上就可以消除直流电容电压的2次纹波。利用电力系统仿真软件Matlab/Simulink对系统进行仿真,结果表明,双电流闭环的控制方法可消除直流电压的纹波,保证了新型高压直流输电系统在电压不平衡的情况下仍然具有良好的性能。

基于双闭环控制的柔性直流输电变流器仿真研究

柔性直流输电是未来大容量电网发展的关键。为研究基于电压源型逆变器的柔性直流输电系统(VSC-HVDC),建立了两电平柔性直流输电系统的拓扑模型,采用电压外环和电流内环组成的双闭环矢量控制方式,以及SVPWM调制方式,利用Matlab中的Simulink搭建了仿真模型,仿真模拟稳态及各相位故障时,系统的调节和反应情况。最终,验证了系统的准确性,并证明柔性直流变流器可以接无源负载的特点,以及在背靠背柔性直流变流器潮流反转和故障后快速恢复能力。

基于RTLAB的柔直阀控系统全接入测试方法研究

随着柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)技术的应用与发展,对柔直阀控系统的可靠性测试要求不断提高,现有测试系统无法同时满足阀控系统全规模接入、全功能测试、精准建模的需求。针对已有测试系统的不足,基于RTLAB平台进行精准建模,并设计高性能、灵活配置的接口装置,搭建了阀控全接入测试系统,提出了阀控系统关键测试项目及测试方法。该测试系统及测试方法已应用于张北柔性直流输电工程北京换流站阀控系统的出厂测试中,通过测试的阀控系统在工程现场运行稳定可靠。

渝鄂柔性直流输电接入电网高频谐振与抑制分析

针对渝鄂柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)南通道渝侧接入交流电网产生的系统高频谐振,应用阻抗分析法对影响系统稳定的柔性直流输电换流器特性进行了分析。利用渝鄂柔性直流输电换流器和交流线路参数,建立了换流器和交流线路阻抗的数学模型。应用MATLAB进行了仿真计算,得到换流器和交流线路的阻抗幅频、相频特性。对渝鄂柔性直流输电南通道渝侧二次高频振荡进行了深入剖析,找到了引起高频振荡的原因。最后,提出了渝鄂柔性直流输电高频振荡抑制策略,通过PSCAD仿真计算验证了抑制策略的正确性。

供电无源网络的VSC-HVDC系统控制器及PI参数研究

电压源型高压直流输电技术(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)在无源网络供电领域具有较好的应用前景。首先分析了向无源网络供电的两端VSC-HVDC的系统结构和工作原理,建立了系统在d-q同步旋转轴下的欧拉-拉格朗日数学模型;其次设计了PI双闭环和无源双闭环2种控制器;再次提出了基于对称最优法的外环控制器参数整定方法;在PSCAD/EMTDC中搭建了向无源网络供电的两端VSC-HVDC仿真系统,分别采用PI双闭环和无源双闭环控制器,对无源网络负荷功率变化和电压下降2种工况进行了仿真分析。仿真结果表明:所提出的控制参数整定方法是正确有效的,设计的无源双闭环控制器和PI双闭环控制器都可以实现电压、电流的快速精准控制,使无源网络电压稳定在给定值,相对而言,无源双闭环控制器的动态控制性能更好。

基于模块化多电平换流器的多端柔性直流系统接地方式

对舟山多端柔性直流输电系统的接地方式进行了研究,确定了各换流站应采取的接地方式,其中定海和岱山换流站推荐联结变阀侧采用星形电抗+中性点电阻接地的方式,衢山、洋山和泗礁换流站推荐采用Y/Y型联结变+阀侧绕组中性点电阻接地方式。在确定各换流站接地方式的基础上,计算确定了换流站设备的过电压和绝缘水平,其中定海和岱山换流站联结变网侧为220 kV交流系统,推荐的设备雷电冲击绝缘水平为950 kV,其他三站联结变网侧为110 kV交流系统,推荐的设备雷电冲击绝缘水平为450 kV;五端换流站联结变阀侧及直流侧的额定电压基本一致,联结变阀侧交流母线的雷电和操作冲击绝缘水平推荐为650 kV(或750 kV)和550 kV,200 kV直流母线的雷电和操作冲击绝缘水平推荐为650 kV(或750 kV)和550 kV。