模块化多电平换流器不控充电特性研究

目前,对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的启动特性的研究主要集中在换流器的启动方法的研究与分析,未对换流器启动过程中换流器交/直流侧的电压及双端系统不控充电过程中的交互影响作用进行分析。从鲁西异步联网工程模块化多电平换流器的基本结构及交流侧不控充电的原理出发,详细分析了换流器单端启动过程中交/直流侧的电压及双端系统不控充电过程中的交互影响作用。分析表明,针对鲁西异步联网工程系统结构,单端不控充电过程会在直流极线上产生三次谐波;双端不控充电中,三次谐波的分布会根据两端交流系统的相角差不同而改变,同时直流电压也会根据两端交流系统的相角差不同而改变;各桥臂功率模块电压和及直流电压甚至会超过阀侧交流线电压的峰值。在PSCAD/EMTDC中搭建了鲁西异步联网柔性直流单元充电仿真模型,对鲁西异步联网工程的充电模型进行仿真研究,同时将研究结果与鲁西异步联网工程不控充电过程进行了对照分析,验证了文中推导及分析的正确性。

柔性高压直流输电中模块化多电平变流器交流侧充电控制策略分析

模块化多电平变流器(MMC)在柔性高压直流输电换流站中的充电方式可以分为交流侧充电、直流侧充电和交直流混合充电。本文分析了MMC交流侧充电的2个阶段,即不控整流充电及可控充电方式,并通过仿真验证了分析过程及计算结果的正确性。为了改善不控整流充电过程中电压波动和充电涌流过大的问题,提出交流侧双闭环结构的可控充电控制策略,仿真结果验证了该控制策略在控制直流母线电压及限制充电电流过流方面的可行性和有效性。

基于RTDS闭环实时仿真的电网VSC-HVDC黑启动控制策略的改进

随着大规模高压柔性直流工程的投运,制定满足调度运行部门需要的电网黑启动方案对基于VSC-HVDC的电网黑启动的实际工程应用提出了迫切的需求。对实际工程中的黑启动控制策略开展了机理研究,同时对黑启动带目标网架逐级升压充电开展了可行性研究。针对现有控制策略在充电过程中所造成的电压电流冲击,以及严重情况下致使换流器跳闸黑启动失败的案例,提出了优化合闸时序的改进升压控制策略,实现了VSC-HVDC系统黑启动带目标网架的零起升压。首次搭建了以鲁西背靠背VSC-HVDC系统作为外部电源的云南电网/广西电网黑启动RTDS模型,并通过高速通讯接口与实际控制保护装置构成的闭环实时仿真平台,开展了黑启动改进策略的仿真验证,仿真结果证明了所提改进策略的有效性。

MMC-HVDC系统的充电启动方案和现场试验

基于模块化多电平电压源型换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电(MMC-HVDC)系统的充电启动过程受到交流电网运行状态的影响。针对此问题,以两端系统为例,对MMC-HVDC系统结构和MMC功率模块充电控制原理进行分析,指出MMC-HVDC系统具有两种充电启动方案以及需要分阶段进行充电控制的原因。在此基础上,提出适用于有源或无源电网下的MMC-HVDC系统充电启动方案,通过控制功率模块绝缘栅双极型晶闸管的触发脉冲和利用有源侧换流器为无源侧充电等方法,实现MMC-HVDC系统的启动和无源电网的黑启动。现场试验结果验证了该方案的有效性。

昆柳龙直流工程柳州站双阀组充电跳闸事件分析及对策

昆柳龙直流作为世界首个特高压混合多端直流工程,柔直站采用高低阀组串联结构,启动前需要依次对高、低阀组进行充电。针对昆柳龙现场调试过程发生的柳州换流站极2双阀组充电跳闸事件,首次指出后充电阀组直流侧被动充电是特高压柔性直流的特有现象,并从机理上对该现象进行分析,结合阀控充电逻辑的梳理结果,定位了跳闸事件的原因。最后,在此基础上,提出相应的改进措施并经过了RTDS仿真验证。所提方案已成功应用于昆柳龙直流工程,为工程调试和后续安全稳定运行提供了保证,对以后特高压柔性直流工程具有重要的参考价值。

MMC的自励式预充电方法研究

对子模块电容电压预充电是模块化多电平变换器(MMC)稳定运行的前提。本文首先分析了工程中常用的不控充电的运行状态,指出该方法不能将子模块电容电压充至所需值的原因。针对这个原因,提出了一种自励式预充电方法,使子模块电容电压充至所需值。通过Simulink仿真,验证了这种充电方法的可行性。

模块化多电平柔性直流输电系统的启动策略

分析了阀侧接地与不接地两种模块化多电平柔性直流输电系统(MMC-HVDC)拓扑结构的充电过程,根据其不同的充电回路分析了直流电压以及桥臂子模块电压和的充电稳态值。提出了调制波预跟踪策略,即在解锁前实现调制波与阀侧电压的跟踪,为减少解锁时带来的冲击电流做好准备。针对定直流电压站与定功率站,分析了解锁时冲击电流的来源,设计了相应的解锁策略,通过主动充电方式以提高子模块在充电阶段的电容电压,有效地减少了在解锁时带来的冲击电流。最后,在PSCAD上搭建了两端MMC-HVDC模型,仿真结果验证了所述策略的有效性。

孤岛方式下MMC-HVDC的无源启动研究

介绍了一端工作于孤岛方式下的两端MMC-HVDC的无源启动方式,该启动方式包括MMC换流站的不控充电启动阶段与可控充电解锁运行启动阶段。建立了两端MMC-HVDC无源启动不控充电阶段的等效电路,并详细分析了不控充电的启动过程,接着给出了可控充电阶段MMC控制器结构框图。最后,基于RT-LAB的实时仿真技术,搭建了两端MMC-HVDC的硬件在环数学仿真模型,并选取适当的MMC控制器PI参数,对两端MMC-HVDC的无源启动过程进行了仿真分析,验证了该启动方式的有效性。

模块化多电平柔性直流输电系统的直流侧启动方法研究

模块化多电平换流器的启动是系统正常运行的前提和基础,也是柔性直流输电系统运行过程中的重要环节。换流器交流侧为无源网络或待启动的有源网络时,启动过程需要增加辅助电源,增加成本和工作量。提出一种直流侧充电启动方法,通过不控整流预充电后子模块数递减方法解锁使子模块电容电压达到预先设定值,无需增加辅助电源,能有效限制充电过程中的电压和电流冲击。在PSCAD/EMTDC中搭建两端柔性直流输电系统模型,验证了该方法的可行性和有效性。