高压直流输电系统吸收与并联电容换相换流器特性分析

为改善高压直流输电(HVDC)换相特性及调节无功分布,提出一种HVDC系统吸收与并联电容换相换流器(ASCCC)。首先给出其拓扑结构和数学模型,以及系统改善换相特性的工作原理;然后通过构建等效电路,研究并联电容分流特性,以及对比研究传统和新型换相换流器的无功特性,推导出其无功计算方法;最后以某±800kV特高压直流输电工程为例,搭建基于ASCCC的逆变站的Matlab仿真模型,同时进行原理样机实验。结果表明ASCCC不仅具有减少逆变器换相失败的优点,而且能够优化换流变压器乃至整个系统的运行状态。

一种基于反并联晶闸管全桥子模块的新型电容换相换流器

为了改善电容换相换流器(capacitor commutated converter,CCC)的故障特性,提出了一种基于反并联晶闸管全桥子模块的新型电容换相换流器拓扑(enhanced capacitor commutated converter,ECCC)。ECCC从提高电容电压可控性的角度出发,将换流阀和换流变压器之间的固定电容替换为反并联晶闸管全桥子模块。设计了子模块晶闸管与阀臂晶闸管的协调控制策略;分析了子模块晶闸管的电压电流应力。在PSCAD/EMTDC环境中对ECCC的子模块电压电流应力、抵御换相失败的能力和换相失败后恢复能力进行了仿真研究。结果表明:ECCC可以有效降低换相失败发生的概率;同时,由于其对电容电压的灵活控制能力,可以有效避免换相失败发生后类似CCC换流器失去自恢复能力的问题,具备故障快速恢复能力;并且,子模块的电压电流应力均在合理范围内。

考虑谐振特性和无功特性的改进型并联电容换相换流器

传统直流输电存在换相失败问题,且交流侧需要大量的滤波器和无功补偿装置,体积大、成本高。串联电容换相换流器可以抑制换相失败的发生,但无法补偿大量无功功率;并联电容换相换流器能够降低换相失败概率,但存在谐振等风险。针对此问题,提出一种改进型并联电容换相换流器(ESCCC),在换流阀交流出口侧并联电容的基础上,引入了串联滤波电感。分析了其换相特性和无功特性,并考虑谐振特性和无功需求,对并联电容和滤波电感的参数进行了优化设计,最后在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型进行验证。仿真结果表明,ESCCC稳态交直流侧谐波均满足要求,交流侧无需额外的滤波器和无功补偿装置;故障时能降低换相失败发生的概率,且换相失败后的恢复特性良好。

降低直流线路损耗的并联电容换相换流器单位功率因数控制策略

电网换相换流器的交流滤波器组和无功补偿装置占地面积大,在交流电网故障时容易发生换相失败;改进型并联电容换相换流器(ESCCC)能减小换流器占地面积,提高抵御换相失败的能力,但通过阀侧电容投切实现单位功率因数控制会影响谐波特性。针对此问题,并考虑直流线路损耗优化,文中提出了一种基于ESCCC并结合交流母线侧电容投切的新型单位功率因数控制策略。首先,建立了拓扑结构和数学模型,分析了单位功率因数控制的原理;然后,提出新型控制策略,采用新的谐波评价指标设计了滤波电感、电容等参数;最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,验证控制策略的有效性和参数设计的合理性。仿真结果表明,ESCCC能在全工况下实现单位功率因数控制,并且降低了直流线路损耗和换相失败概率。

HVDC系统电容换相换流器特性分析 (Ⅰ):机理与特性

电容换相换流器（ＣａｐａｃｉｔｏｒＣｏｍｍｕｔａｔｅｄＣｏｎｖｅｒｔｅｒ，简称ＣＣＣ）是一种新型换流装置。本文的第Ｉ部分主要阐述了ＣＣＣ的工作机理，进行了矢量分析、波形分析以及各种运行特性分析，并对ＣＣＣ进行了综合评价，指出其广泛的应用前景。第Ｉ部分着重探究并提出了ＣＣＣ的无功功率特性、无功特性曲线以及经济补偿度等问题。

电容换相换流器在预防高压直流换相失败上的特性研究

换相失败是高压直流输电最常见的故障之一,严重时会导致极停运给电网带来更大危害。一种人工换相技术—电容换相换流器(CCC),借助于换相电容上的电压能有效地减少换相失败发生概率。从CCC的数学机理出发,将CCC运用到高压直流,研究其在预防换相失败上的特性。以德宝直流枯小方式为模型,在PSCAD/EMTDC中采用优化仿真的方法通过计算换相失败临界阻抗的大小,反映CCC在预防高压直流换相失败上的特性。仿真结果表明,CCC的应用能够有效预防高压直流的换相失败。

HVDC系统电容换相换流器特性分析 (Ⅱ):无功功率特性

研究高压直流（ＨＶＤＣ）系统中电容换相换流器（ＣＣＣ）的无功功率补偿情况。基于换流器无功功率出现的欠补偿、全补偿及过补偿三种情况，提出了经济补偿度概念，并以某直流工程换流器设计参数为例，进行了计算。计算结果表明，在经济补偿度下的换流器无功功率设备的投资可大为降低。

直流系统采用电容换相换流器技术的特性研究

对直流输电采用电容换相换流器(capacitor com-mutated converter,CCC)技术时的系统特性进行了研究。导出了描述CCC结构直流系统稳态特性的数学模型,它由15个基本方程构成。采用数值计算方法对CCC结构直流系统的稳态数学模型进行详细的分析,并与电网换相换流器(line commutated converter,LCC)结构直流系统进行了比较,揭示了CCC结构直流系统的一些重要优势。推导出了CCC换流阀电压峰值的表达式,并在此基础上提出了选择换相电容值的方法,采用该方法所选择的换相电容值能充分发挥CCC结构直流系统的技术优势,但又不会过多增加阀的成本。采用仿真工具电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC,以葛南直流单极输电系统为研究对象,交流系统发生单相对地短路故障为例,对CCC和LCC系统的暂态特性进行仿真比较,表明CCC结构直流系统具有较好的故障恢复特性。

串联电容换相换流器中主要设备电压特性的研究

相对于常规高压直流输电(LCC-HVDC),基于CCC换流器的高压直流输电(CCC-HVDC)在减少换相失败,减少无功补偿等方面有明显优势,但过电压问题直接限制了其应用。为了掌握CCC-HVDC的主要设备电压特性,针对不同一次设备,分别进行了数学建模,理论推导换相电容、换流变压器和换流阀的稳态电压特性,同LCC-HVDC进行比较,分析各个电气设备稳态电压随着串联电容值的减小而增加的程度。基于PSCAD/EMTDC研究了CCC-HVDC不同运行状态、不同故障情况时上述设备的暂态电压特性及其恢复特性,得出不同故障点和故障形式对CCC-HVDC运行的影响程度。该结论可为以后的改造和应用提供理论依据。

电容换相换流器串联电容补偿度优化研究

为了探究电容换相换流器中串联电容的取值问题,建立了电容换相换流器(capacitor commutated converter,CCC)的稳态模型,并利用Matlab软件进行数学分析,探讨了串联电容补偿度与串联电容电压、阀电压、阀峰值电压、直流电流、换相重叠角、触发角、视在熄弧角和实际熄弧角之间的关系,最终给出合适的串联电容补偿度的取值范围并进行仿真验证。研究结果表明:补偿度的取值上、下限分别由阀峰值电压和实际熄弧角决定,其中阀峰值电压为主要限定因素;补偿度的可选范围涵盖欠补偿、全补偿和过补偿3种状态,且全补偿状态下CCC系统不会发生串联谐振;得出强受端系统下补偿度的可选范围为[0.92,1.4],而弱受端系统补偿度的可选范围为[0,1.08]。

增强型电容换相换流器直流输电系统的新型换相失败抑制协调控制方法

为了进一步提高增强型电容换相换流器(enhanced capacitorcommutatedconverter,ECCC)抵御换相失败的能力,该文在基于反并联晶闸管全桥子模块的ECCC的基础之上,提出一种新型协调控制策略,可实现如下3个优势:1)系统抵御换相失败的能力不受故障检测延时的影响,发生故障后电容直接参与换相过程,进一步降低换相失败的概率;2)正常运行时,串联电容可以加速换相过程,从而增大了直流系统成功换相的裕度;3)串联电容可以发出无功功率,提高系统的功率因数,减少换流器的无功消耗。研究新型协调控制策略对加速换相过程和改善功率因数的机理,对比分析新型协调控制策略与原控制策略下换相失败的抑制效果,最后,在PSCAD/EMTDC环境中搭建仿真模型进行验证。仿真结果表明,新型协调控制策略不仅可以提高系统的功率因数,而且可以进一步降低换相失败发生的概率。

含可控串联电容换流器的交直流系统静态安全域刻画与分析

传统电网换相直流输电发生换相失败的概率较大,且需要大量的无功补偿,而基于强迫换相原理的可控串联电容换流器(CSCC)可解决该问题。从静态安全域的角度出发,给出了含CSCC直流输电的交直流系统静态安全域断面刻画方法及边界面演变分析。安全域的几何直观性能方便调度人员或规划人员综合考虑换流器无功需求、换相失败概率、阀电压峰值限值、可控电容及换流阀的投资成本等因素,在域内选取合适的运行点,并有利于提前采取适当的安全控制措施,最大限度地降低CSCC直流输电一旦发生换相失败造成的后果比常规直流输电更严重的可能性。

高压直流输电系统换流器技术综述

作为高压直流输电核心设备的换流器容量巨大、可控性强,对可靠性的要求很高。传统晶闸管换流器容量很大,但投资大、谐波严重。电压源换流器能弥补传统晶闸管换流器的部分缺点,其发展十分迅速。为了进一步推动换流器技术在高压直流输电系统中的改进研究和应用,针对传统晶闸管换流器、每极2组12脉动换流器、电容换相换流器以及电压源换流器等适合于高压直流输电的换流器,在详细介绍这些换流器的拓扑结构、基本工作原理、控制策略的基础上,对其技术特点和应用领域进行了评述。研究结果表明:长距离大容量高压直流输电仍然适合采用传统晶闸管换流器;电压源换流器在HVDC中有广泛的应用前景,是未来高压直流输电技术的重要发展方向。

基于换相面积的CSCC-HVDC输电特性研究

受端电网的直流接入能力是高压直流输电系统规划和运行的关键问题之一。从可控电容换相换流器接入弱交流受端电网对换相失败的影响出发,在对可控电容换相换流器基本原理和拓扑结构进行分析的基础上,建立了可控电容换相换流器的稳态数学模型。为更接近工程实践和提升控制精度,考虑了高压直流控制系统的响应特性,并研究了以换相电压时间面积为控制目标的含可控电容换相换流器的响应控制策略。针对短路故障引起的换相失败,提出了利用限压器-并联间隙组合保护装置的故障恢复策略以缩短电容换相换流器的故障恢复时间。最后基于PSCAD/EMTDC平台,通过仿真验证并和其他方案的对比研究证明了上述控制策略对于降低弱受端逆变站换相失败风险和故障恢复的有效性。

基于VSC与LCC并联的换流站扩容及协调控制方案

由于直流输电工程输送容量不足并且输电线路走廊有限,本文提出了基于VSC与LCC并联的换流站扩容方案,其送端采用两个LCC并联结构,受端采用LCC与VSC并联结构,这在降低扩建成本的同时,受端VSC换流器充分发挥有功无功快速独立控制的优点,提高了LCC换流器抵御换相失败的能力。为了防止换相失败,LCC通常配备换相失败预测控制模块,本文首先建立受端LCC与VSC的关联模型,推导得出该模块在此方案中仍具有一定效果;接着在此基础上提出VSC与LCC的协调控制方案,该方案通过调节VSC发出的无功功率,在受端电网故障时增大逆变侧LCC的运行关断角并且维持电网电压,整流侧与逆变侧协调配合来抑制直流电流上升,提高LCC抵御换相失败的能力;最后在PSCAD/EMTDC中验证了该扩容方案与其协调控制方案的正确性和有效性。

高压输电换流器的特点与技术发展

文章论述高压输电换流器的特点与技术发展状况,讨论其特点及不足之处,为高压输电换流技术的运用提供参考。

电容换相换流器直流输电系统稳态及暂态特性

电容换相换流器(capacitor commutated converter,CCC)是通过对传统直流输电系统主回路结构进行改造,串入适当的电容,补偿换流器吸收的无功功率,使得实际的换相电压在幅值和相位上发生变化,从而减少了换流器无功功率的吸收,降低了逆变侧发生换相失败的概率,提高了直流系统运行的稳定性。但是,在拥有上述优点的同时,CCC直流系统也有其固有的缺陷,为此首先对整流侧、逆变侧基于CCC的高压直流输电系统机理、稳态特性进行了研究,并基于电磁暂态仿真软件(PSCAD)建立的模型进行了仿真验证,将结果与传统直流输电系统进行了对比;重点分析了CCC直流输电系统抵御换相失败特性、逆变侧单相短路故障后的恢复特性和持续故障机理,研究了串联电容大小对恢复过程的影响。研究结果对于进一步优化CCC直流输电系统的动态特性及推广CCC直流输电技术具有重要意义。

电容换相换流器(CCC)直流输电系统故障特性及恢复策略

研究了电容换相换流器(capacitor commutation converter,CCC)逆变侧的故障特性,以及避免逆变侧单相短路故障后发生后续持续故障的对策、原理及操作时序。借鉴交流系统高压线路串联补偿补技术原理,首次运用"可控旁通开关"思想,成功解决了CCC直流输电系统逆变侧发生故障后不易恢复的缺陷,并通过仿真验证了策略的可行性。研究结果对于进一步提高CCC直流输电系统的动态特性及CCC直流输电技术的进一步推广具有重要意义。

一组并联电容器投入引起直流换相失败原因分析

在华新换流站历次投入并联电容器的过程中,较之其他各组,投入最后一组并联电容器时,引起交流电网扰动的概率较大,同时也会进一步导致换流器发生换相失败故障,甚至引发直流系统闭锁。分析了最后一组并联电容器投入时引发换相失败的过程及发生换相失败的原因,同时通过电容器设计、电容器开关本体、开关控制回路三个方面对并联电容器组投入时引起交流电压扰动的原因进行了分析。结合华新换流站的实际情况提出了进一步的改进措施和后续需开展的工作。

并联换流器高压直流输电主回路与主接线研究

针对双换流器并联直流系统开展主回路参数设计与主接线结构研究,首先介绍了换流站内2组12脉动换流器并联的直流系统主要的运行与接线方式;然后根据直流输电基本理论并结合并联换流器自身特点,考虑控制方式的变化,开展直流主回路设计,对换流变压器、换流阀等主设备进行详细的参数计算;最后针对几类典型并联接线结构,从可靠性、占地面积、工程实施难度等方面综合比选,并结合换相失败故障工况下的仿真研究,最终给出推荐的换流站电气主接线方案。