适用于高压直流输电的组合型基频开关主动换相换流器功率因数控制策略研究

采用可自关断功率的功率半导体器件主动换相换流器(ACC)相对于传统的电网换相换流器(LCC)能够抑制换相失败的风险,相对于电压源型的模块化多电平换流器(MMC)拓扑简单,无需大量的储能元件,体积小、重量轻,因此,ACC在高压直流输电场合有广泛的应用前景。本文针对由两台ACC直流侧串联、交流侧并联组成的组合型ACC,提出一种开关频率为50 Hz的基频开关高功率因数运行方法。与LCC不同,基频开关ACC的触发时刻不受外部电路条件约束,具备触发角超前和触发角滞后两种工作模式,使得组合型基频开关ACC具备调节有功功率和无功功率的能力,能够工作在高功率因数运行状态。此外,本文分析了基于电网电压定向时ACC的功率传输特性,在此基础上,为了进一步提高网侧功率因数,引入功率因数补偿角对基频开关ACC的触发角进行调整,使组合型基频开关ACC的网侧运行在单位功率因数附近。仿真和实验结果均验证了本文理论分析及所提出的功率因数控制方法的正确性和有效性。

基于简化开关函数的电网换相换流器直流侧简化阻抗建模方法

研究换流器的阻抗频率特性对分析高压直流(HVDC)输电系统的稳定性具有重要意义。提出一种基于简化开关函数的电网换相换流器(LCC)直流侧简化阻抗建模方法。首先通过对LCC换相过程进行数学推导,提出了LCC简化开关函数;然后基于动态相量法,通过LCC交、直流之间谐波传递的分析和计算,得到了LCC直流侧简化阻抗;最后在PSCAD中建立了仿真模型,仿真结果验证了所提方法的有效性,且相比未简化方法提升了计算效率,计算结果更为可靠。所提方法能够降低建模复杂度,可为分析大型复杂系统稳定性提供LCC直流侧阻抗的快速计算模型。

考虑换相软开关三相不平衡调节的主动配电网多目标运行优化

由于三相负荷的日益不平衡,主动配电网中的功率损耗和三相电压相位不平衡问题日益严重。作为一种可取代传统联络开关的电力电子设备,智能软开关为减少网损与缓解不平衡问题提供了潜在方案。为此,引入三相四线制的背靠背电压源型变流器作为智能软开关的拓扑结构,同时针对该拓扑设计了相应的换相控制策略。在此基础上,提出了以减少网损和缓解电压不平衡度为优化目标的基于三相四线制换相软开关的主动配电网多目标优化运行模型;应用对称半定规划算法,通过凸松弛将原始非凸非线性模型转换为便于求解的半正定规划模型,该模型可对三相电网进行三相解耦与分析。最后,在改进的IEEE 123节点系统中进行案例研究,验证了所提模型及其求解算法的可行性和有效性。

面向高压直流输电的电流源型主动换相换流器研究综述

采用自关断功率半导体器件的电流源型主动换相换流器(actively commutated converter,ACC)具有有功与无功功率可解耦、不存在换相失败、无需大量储能电容等特点,在高压直流输电领域具有较好的应用前景。该文针对适用于高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)的ACC功率半导体器件及其均压方法、电路拓扑、调制方法、功率特性、控制策略、故障及保护方法等进行调研和分析。结合具体实例,将ACC与现有HVDC的2种换流器,即电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)进行对比分析。同时,对ACC的潜在应用、存在的问题以及发展的方向进行总结和归纳。

适用于高压直流输电的主动换相换流器特定谐波消除脉宽调制策略研究

基于可关断功率半导体器件的电流源型主动换相换流器(actively commutated converter,ACC)具有电路拓扑简单、功率因数可控、支持黑启动、不存在换相失败风险、直流侧无需配置储能电容等优点,相比传统电网电压换相换流器(line commutated converter,LCC)可以提高可控性,相对于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)可减小换流器的重量和体积,降低成本,具有广阔的应用前景。但是,ACC将功率半导体器件串联使用以提高电压等级,功率半导体器件的开关频率受到严重限制。为了实现低开关频率下的低谐波电流,该文在分析ACC约束条件及特定谐波消除法(selective harmonic elimination,SHE)工作原理的基础上,提出了通过“虚拟相电流”生成换流器触发信号的调制方法,可以在满足ACC开关约束的条件下显著简化SHE调制方法的实现过程。仿真和实验结果验证该文理论分析及所提出的SHE调制策略和零开关状态分配原则的正确性和有效性.

HVDC滤波换相换流器的阻抗频率特性

高压直流输电(HVDC)换流器的阻抗频率特性是分析和解决谐波不稳定的一个重要因素,滤波换相换流器(filter commutated converter,FCC)是一种具有阀侧谐波抑制兼无功功率补偿功能的换流器,文章简要论述了FCC的接线方案和工作机理,并基于开关函数法对计及换流器换相过程影响下的FCC交、直流等值阻抗计算式进行了理论推导。以直流输电开发平台为例,对传统电网换相换流器(line commutated converter,LCC)与FCC的阻抗频率特性计算结果进行对比,仿真结果表明换流器的阻抗频率特性对交流系统的谐振频率有着不可忽略的作用,FCC在一定程度上提高了交流系统强度,改善了系统稳定性,有效降低了系统谐振频率下的交流等值阻抗,从而更好避免直流输电系统谐波不稳定现象的发生。

一种基于多频段动态相量的LCC换流器电磁暂态建模方法研究

为了提高仿真速度,在大规模交直流电网仿真中通常忽略换流器内部电力电子开关动作细节,重点关注换流器外部特性,动态相量法和频率偏移法常用来对换流器外特性进行建模。动态相量法通对信号进行时变傅里叶频率分解和移频变换,降低信号频率,能够增大仿真步长,但由于存在谐波截断误差,导致模型精度较低。频率偏移法一般适用于窄带信号,用于宽频域仿真时,无法采用大步长提高仿真速度。为了解决仿真精度和速度的矛盾。基于此该文建立换相换流器(line-commuted converter,LCC)的多频段动态相量模型,实现提高精度和增大仿真步长的目的。首先引入能够反映交流系统不对称的换流器改进开关函数模型,在此基础上,以六脉动为例推导LCC多频段动态相量耦合模型。然后,根据LCC的运行特性对上述模型进行频段解耦,得到多频段解耦模型,使其可应用于多核CPU的并行仿真。最后通过算例,验证该文多频段LCC动态相量模型的有效性。

基于主动限流的混合直流输电换相失败抑制策略

针对混合直流输电系统换相失败时冲击电流较大的问题,文中首先推导冲击电流幅值与电压源型换流器(VSC)的关系,明确换相失败时VSC投入的子模块数量是决定冲击电流的关键参数。然后,研究影响电网换相换流器(LCC)换相能力的主要因素,提出基于主动限流的换相失败抑制策略,在VSC调制波中加入直流扰动量和交流扰动系数,从而改变子模块投切方式,抑制换相失败冲击电流的峰值和上升速度。最后,在Matlab/Simulink中搭建两端混合直流输电系统仿真模型,对所提策略在逆变站交流侧不同程度电压下降故障时的有效性进行验证,结果表明,所提策略不仅能限制冲击电流,减小桥臂电流应力,还可有效避免连续换相失败的发生。

基于动态相量法的电网换相换流器谐波传递研究

在高压直流系统中,尤其是电网换相换流器(line commutated converter,LCC)中,由于电力电子器件的非线性特性而产生的丰富谐波,对交直流互联系统的稳定构成了潜在的威胁。首先,在考虑换流变压器连接方式的前提下,通过结合换相过程物理意义进行数学推导,改进电压开关函数,提出一种改进统一的电压电流开关函数,改进后的电压和电流开关函数具有相同的形式,计算时可节约一半的储存空间;然后,基于动态相量使用矩阵运算,提出LCC谐波变换定量分析计算方法,包括LCC特征谐波的计算方法,所提方法可以计算谐波的幅值及谐波的相位,简化计算过程并提高计算精度;最后,将所提方法及相关文献方法的计算结果与PSCAD仿真结果进行比较,证明所提方法有效且精度更高,可作为滤波器设计和谐波传递评估的基础。

非对称运行状态下换流器改进开关函数模型

传统的换流器开关函数模型应用于非对称运行状态分析时,精度显著降低。详细分析了三相非对称运行状态下换流器的换相过程,并着重考虑了直流侧2次谐波电流对换相持续时间的影响,提出了考虑2次谐波电流影响的换相角计算方法。基于分析建立了考虑阀导通偏移和换相角不等的换流器改进开关函数模型,并通过忽略非必要次谐波简化了模型的计算过程。在Matlab中编程实现了提出的开关函数模型,并采用PSCAD中搭建的Cigre-Benchmark直流标准模型的仿真结果进行检验。分别在逆变侧和整流侧设置换流母线三相不对称,通过对比直流侧直流电压、换流母线三相注入电流及注入功率,验证了提出模型的有效性。

基于联络通道电流检测的多馈入直流系统同时换相失败预防控制

受多馈入直流系统中各直流输电线路之间耦合特性影响,单一交流故障产生的谐波分量通过交流系统对多回直流线路进行干扰,易引发同时换相失败。基于换流器开关调制理论建立交流故障暂态过程中多馈入直流系统内谐波传变回路模型,分析谐波分量的产生机制和传变路径,分析交流故障导致多馈入直流系统发生同时换相失败的机理。将故障后多馈入直流系统内换相的动态演变过程划分为不同阶段,总结各阶段的换相特征发现,近端换流站发生换相失败后,通过交流侧联络通道扩散的故障电流分量引发同时换相失败的关键因素。提出基于联络通道电流检测的同时换相失败预防控制策略,通过检测联络通道异常电流使远端换流站对近端换流站发生的换相失败快速反应以减小发生同时换相失败的风险。以河南特高压多馈入直流系统为例进行仿真验证,仿真结果证明了所提控制策略的有效性。

基于开关函数的LCC-HVDC输电系统谐波计算方法

电网中电力电子设备的增加所产生的谐波及其危害逐渐显现,并得到越来越多的重视,而换流器作为直流输电系统主要的谐波源,进一步对其进行谐波分析显得尤为重要。本文以电网换相换流器型直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)系统为研究对象,采用基于开关函数的谐波计算模型对特征谐波进行分析。首先,根据调制理论,建立了基于开关函数的交直流谐波计算方程,并根据LCC换流器的工作原理,分别求解了电压及电流的开关函数,然后通过对直流系统的结构进行分析,得到了直流系统等值谐波阻抗模型,在此基础上,结合交流侧的潮流分析,通过联立求解谐波方程,得到了LCC换流器交直流两侧的特征谐波,最后通过与PSCAD模型的仿真结果进行对比,证明了本文谐波计算方法的准确性和可行性。本文可以为电力系统谐波分析、谐波抑制等提供理论基础和方法参考。

一起交流滤波器大组开关合闸失败事件的原因分析

0引言采用电网换相换流器的常规直流系统,无论处于整流还是逆变运行,都需要从交流系统吸收容性无功,因此换流站内必须装设一定数量、不同类型组合的交流滤波器,进行无功平衡与补偿,同时使换流器产生的交流侧谐波得到有效滤除。通常由2~3种滤波器分组接在一个小母线上,称为交流滤波器大组,再将大组直接接入3/2接线串中,具有接线可靠性高、便于交流滤波器双极间互相备用等优点。

基于ACC的海上风电场高压直流输电系统控制策略

高压直流(high voltage direct current,HVDC)输电技术相对于高压交流(high voltage alternating current,HVAC)输电技术具有线路损耗低、输电走廊占地少、不存在交流电网同步问题等突出优势,特别适用于大容量、长距离、高效率的电能输送场合.相较于传统的电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和以模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)为典型代表的电压源型换流器(voltage source converter,VSC),主动换相换流器(actively commutated converter,ACC)具有电路拓扑简单、功率因数可控、不存在换相失败风险、具备黑启动的能力、直流侧无需配置储能电容等优点,在高压直流输电领域尤其是海上风电汇集等场合有广泛的应用前景.本文提出了一种大陆端和离岸端换流站均选用ACC作为换流器的海上风电场背靠背高压直流输电系统,大陆端换流站采用开关频率为50 Hz的高功率因数运行的工作模式,离岸端换流器选取脉冲宽度调制(pulse width module,PWM)的工作模式,并分别建立了大陆端换流站和离岸端换流站的数学模型,分析了基于ACC的海上风电场高压直流输电系统的黑启动方法和稳态功率传输特性,并提出了一种大陆端换流站采用直流电流控制、离岸端换流站选取交流侧电压控制的控制策略.在PSCAD/EMTDC中搭建了500 kV/1000MW的基于ACC的海上风电场背靠背高压直流输电系统仿真模型,仿真结果验证了本文理论分析以及所提出控制策略的正确性和有效性.

农网台区电能质量综合治理技术研究

针对农村电网台区日益复杂的电能质量问题,提出一种基于换相开关和电压源换流器VSC协调运行的电能质量综合治理技术,给出电能质量综合控制装置的拓扑结构和控制策略,并结合典型案例说明电能质量综合治理装置的参数选型过程及使用效果。实践证明,该电能质量综合治理装置有效克服了常规电能质量治理技术存在的应用效果不佳的问题,能显著提升低压台区配电网的电能质量水平。