对称双极柔性直流输电系统的运行特性研究

随着柔性直流输电系统输送容量的扩大和电网对其可靠性要求的不断提升,柔性直流输电系统逐渐由单极或伪双极结构发展到了双极甚至多极的运行结构。基于单极不对称VSC-HVDC系统搭建了双端双极对称对称VSC-HVDC系统,建立了系统数学模型,设计了系统运行控制策略。在PSCAD/EMTDC环境下对系统稳态运行特性和暂态运行特性进行了研究分析,并对正极直流线路断线故障实施了闭锁措施。结果表明:系统具有良好的启动特性和稳态运行特性,验证了系统模型的有效性;在故障条件下,由于控制器的调节控制作用,系统能保持较好的暂态运行特性,在正极直流闭锁情况下,负极依然能维持正常运行状态,验证了正负极的相互独立性。

对称双极柔性直流输电系统功率转带控制策略

对称双极柔性直流输电系统若发生单极故障可将故障极全部或部分功率快速转带至非故障极,降低甩负荷对交流电网稳定性的影响。为了确保功率转带过程顺利完成,首先提出功率转带的可行性条件和流程;然后建立功率转带过程实时数字仿真模型,分析直流场电气特性并提出功率转带速率参数优化方法;最后依托厦门柔性直流输电工程给出设计实例并进行试验验证。结果表明：功率转带时,平波电抗器、直流电缆等设备使直流电流不能快速达到设定值,功率不能及时输送而累积在换流阀电容上,易使直流电压过压保护动作;采用500 MW/10ms功率转带速率试验时将引起直流过压Ⅰ段保护动作,而采用优化后速率500 MW/60 ms时可确保功率转带顺利完成。厦门柔直工程在分析转带过程直流场电气特性基础上,通过优化功率转带速率的方式使功率转带过程顺利完成,证明对称双极柔性直流输电系统功率转带控制策略的有效性。

基于双端电流杰卡德相似度比较的柔性直流输电线路保护

为解决现有柔性直流输电线路保护难以应对噪声干扰及高阻故障场景问题,提出一种基于电流故障分量杰卡德相似度系数JSC(Jaccard similarity coefficient)的纵联保护方法。基于电流故障分量的越限实现电流量与逻辑量的变换,构建线路两端电流逻辑量的杰卡德相似度模型,基于区内高相似度完成线路故障识别;最后提出利用保护启动1 ms数据窗下的电流故障分量极间能量比值的差异构建故障极识别判据。仿真结果表明,该保护在噪声干扰和高阻故障下仍能可靠动作。

2 GW海上风电对称单极与对称双极柔直送出方案技术经济性对比

现阶段海上大容量风电接入电网通常采用柔性直流输电技术,目前已投运的海上直流工程均采用对称单极接线方案。对称双极方案虽然初期投资高,但其高可靠性可以提高运行阶段的发电盈利。基于2 GW海上风电柔性直流送出规模,开展了对称单极和对称双极系统的设计对比,提出了两种接线拓扑对应的海上换流站平台布置及结构设计方案,并对两种方案的初期建设投资及全寿命周期盈利进行了计算。结果表明对称单极方案较对称双极方案在全生命周期经济性上具有优势。

“双碳”目标下新能源转型中的柔性直流输电技术

文章探讨了在“双碳”目标下实现新能源转型过程中柔性直流输电技术的作用。介绍了“双碳”目标和新能源转型的背景,讨论了柔性直流输电技术在新能源转型中的作用,展望了柔性直流输电技术在实现“双碳”目标中的未来发展趋势、面临的挑战和对未来新能源系统的影响与贡献。

柔性直流输电系统同极双阀组直流电压平衡控制方法

采用同极双阀组串联拓扑结构的特高压直流输电系统中,阀组的电气参数差异、电压/电流测量装置的误差都可能导致同极双阀组直流电压的不平衡,严重时将造成设备过压损坏。文中针对柔性直流换流站双阀组串联拓扑结构,在柔性直流阀组基本控制策略基础上,增加阀组均压调整量计算环节,并对有功外环控制及直流侧控制进行了改进,对功能投切逻辑进行分析,之后提出了柔性直流输电系统同极双阀组电压平衡控制方法。搭建了PSCAD/EMTDC模型进行仿真分析,结果表明所提控制方法在稳态和暂态工况下均具有较好的电压平衡控制效果,验证了其正确性和有效性。

对称单极柔性直流输电系统不对称交流故障解析模型

交流故障电流计算尤其在不对称故障情况下对断路器选型和直流保护起到至关重要的作用,然而面向直流保护的交流故障电流计算多依赖于电磁暂态仿真。该方法存在仿真计算耗时长、缺乏物理机理剖析和参数影响因素分析等诸多弊端。为了解决上述问题,本文针对实际对称单极结构柔性直流输电系统的交流不对称故障场景,推导出故障下控制系统响应前桥臂电流与交流线路电流上升速率,以及控制系统响应后交流线路短路电流d轴、q轴正序分量和三相短路电流的解析模型。对比解析模型与实际直流工程的仿真结果,验证故障解析模型的正确性。该研究的重要价值在于无需经过多次电磁暂态时域仿真结果,可以通过理论计算得到交流不对称故障下短路电流的动态过程,最终计算结果可以为控制保护策略的设计提供参考。

伪双极VSC-LCC型混合直流输电系统启动方法

为保障混合直流输电系统的顺利启动,推导了伪双极VSC-LCC型混合高压直流输电系统的数学模型,并设计了该系统中整流侧VSC和逆变侧LCC之间的协同控制策略。提出了3阶段式启动方案:第1阶段系统串联限流电阻通过VSC反并联二极管做不控整流建立直流侧电压;第2阶段启动VSC采用定直流电压控制,继续充电使得直流电压达到预设值;第3阶段退出限流电阻并启动LCC做定直流电流控制,电流控制量由零逐渐增至设定值,启动过程完成。最后在PSCAD/EMTDC中建立了伪双极VSC-LCC型混合直流输电系统的主电路和控制电路模型进行仿真,结果证明提出的启动控制方案是合理的。整个启动过程在1.5 s内完成,启动过程中无论是电流还是电压均未出现明显过冲现象;关断角的测量显示启功过程逆变侧LCC未发生逆变失败;启动完成后直流电压稳定在设定值400 kV,直流电流稳定在设定值1.0 kA,送端、受端有功功率则稳定在400 MW,系统能准确跟踪目标参考值稳定运行。

第一个国产化双极海缆直流输电工程——嵊泗高压直流输电工程

嵊泗高压直流输电工程是一个典型非常规的弱受端动负荷海缆输电工程,从上海向嵊泗岛及宝钢马迹山码头供电。受端电源及负荷的特殊性使该工程具有很大技术难度。该工程系统研究、主设备制造,阀控、站控,直流保护设备研制,安装及调试全部由国内单位承担。通过该工程,介绍国内直流技术自主发展水平及直流设备国产化进展情况。

交流侧不对称故障下柔性直流输电系统优化控制研究

基于模块化多电平S换流器的柔性直流输电系统(Modular Multi-level ConverterHigh Voltage Direct Current,MMC-HVDC)在交流电网发生不对称故障时,故障侧MMC的内部特性和系统运行都受到较大影响.基于MMC桥臂平均值模型,提出一种不对称工况下MMCHVDC系统的优化控制策略,增强柔性直流输电系统的故障穿越能力.该策略主要由交流侧电流控制和环流抑制两个部分组成,在交流侧利用基于双二阶广义积分器锁相环(Phase Locked Loop Based on Double Second Order Generalized Integrator,DSOGI-PLL),在不对称工况下精确提取电压电流的正负序分量,配合双矢量控制器抑制负序电流,实现交流侧三相电流平衡.在MMC内部采用由PI控制器和重复控制器串联组成的嵌入式重复控制器(Proportional Integral and Repetitive Control,PI-RC)抑制环流中的二倍频正负零序分量,实现直流侧功率的恒定传输.在MATLAB/Simulink软件中搭建MMC-HVDC系统仿真模型,验证了所提优化控制策略的有效性.

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。

±800kV与±500kV同塔双回直流输电线路极导线布置方式研究

提出±800 k V与±500 k V混压同塔双回直流输电线路的极导线布置方案,对不同极导线布置方式下的电磁环境(导地线表面场强、地面合成场强、离子流密度)、线路最小对地高度与走廊宽度、线路防雷性能等进行计算分析,给出不同海拔高度下极导线布置方式的推荐方案。研究结果可为特超高压同塔双回直流输电线路的设计提供参考。

基于故障前行波极值时间的柔性直流线路单端量保护方法

柔性直流输电是沙漠、戈壁地区大型风电光伏等远离电网新能源并网的重要手段,其线路保护是保障系统安全的关键。作为柔直输电线路主保护的行波保护在故障分析理论方面存在局限性,相应保护原理在端口、近端或近对端故障时可能误动或拒动。针对该问题,文章分析端口、近端或近对端故障时的行波特性,揭示过渡电阻、后续波头对故障行波波形的影响作用,在此基础上分析前行波的极值时间,并利用故障电压幅值判据与前行波极值时间判据的配合提出一种不同情况下均能可靠动作的行波波形保护方法。PSCAD/EMTDC的仿真表明,该保护方法能有效解决端口、近端或近对端故障下保护拒动的问题,且具有较强的耐受过渡电阻能力和抗噪声干扰能力。

极间短路条件下柔性直流输电系统电磁暂态特性分析

以南澳±160kV中压柔性直流系统为例,配合直流断路器的应用,利用PSCAD/EMTDC仿真软件分析了极间短路故障时系统的暂态特性。首先介绍了南澳直流工程的系统拓扑和主回路参数,然后结合不同保护策略分析了系统对直流断路器的参数要求,提出了系统与断路器配合时直流限流电抗的调整思路。最后研究了线路长度、故障位置和断路器动作对暂态特性的影响。仿真结果表明,直流断路器可以快速开断故障电流,限制电流峰值,通过调整直流限流电抗可以实现系统与断路器的配合。研究结果对柔性直流输电系统参数设置和器件及设备选型有一定参考价值。

真双极柔性直流系统单极接地故障熄弧时刻识别策略

自适应重合闸不仅应具备区分故障类型的能力,还应进一步对瞬时性故障重合闸时间进行优化,这就需要对故障熄弧时刻进行识别。首先,通过分析接地故障电弧的动态特性,实现故障电弧非线性特征及熄弧时刻的自适应模拟。其次,分析真双极柔直线路故障极端电压熄弧前后的暂态和稳态特性,揭示出熄弧前故障极端电压变化趋势主要取决于零输入响应分量,呈现衰减趋势,而熄弧后故障极端电压主要取决于零状态响应分量,呈现上升趋势。最后,提出一种积分比算法,有效提取故障极端电压在熄弧前后的特征差异,若在循环判断时间内积分比始终不低于阈值,则判断故障已熄弧,并将首次超过阈值的时刻输出为检测熄弧时刻。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提策略的有效性和可靠性。

同塔双回直流输电系统接地极电流控制策略

直流接地极入地电流将造成变压器直流偏磁、埋地金属设施腐蚀等问题。为抑制接地极电流带来的不良影响,已有研究主要集中于在设备侧增加保护措施以及使用分布式接地极技术等方向,尚未有从源头对接地极电流进行控制的策略。因此,文中结合同塔双回直流输电系统控制保护特性,提出了2种控制策略。一是在接地极电流限制功能的基础上,通过梳理该功能现有控制逻辑,揭示应用该功能时存在的缺陷和隐患,并通过仿真进行一一验证,在此基础上,进一步提出控制逻辑的优化方法;二是在直流控制保护系统中新增回内联跳相关功能,实现一极非正常闭锁联跳本回另一极。最后,利用实时数字仿真(RTDS)平台对2种控制策略进行仿真测试,验证了控制策略的有效性。

基于对称双极接线的全桥型MMC-HVDC直流侧短路故障穿越控制方法

基于模块多电平换流器的高压直流输电技术(High Voltage Direct Current Transmission Technology Based on Modular Multilevel Converte,MMC-HVDC)因开关频率低、运行损耗小及易于扩展多端网络等优点被广泛应用。直流侧短路故障因短路电流大,故障电流上升速率快且难以抑制,对MMC-HVDC的发展造成了严重困扰。提出一种MMC-HVDC直流侧短路故障穿越控制方法,该方法基于对称双极接线的全桥型MMC-HVDC,且在直流侧采用高阻接地及金属回线,在发生直流侧短路故障时利用全桥型模块多电平换流器及时反转输出直流电压极性,实现故障电流抑制。同时利用金属回线构建成新的功率回路,快速恢复故障期间的有功功率传输。所提出的故障穿越策略,可以有效消除MMC-HVDC系统在发生直流侧短路故障时换流设备受到的故障电压及电流应力,同时避免换流器闭锁,防止功率缺失。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真验证了所提出的直流侧短路故障穿越控制方法的有效性。

外部不对称故障下的柔性直流输电负序电流抑制方法

对MMC拓扑以及负序电流的产生进行分析,以基于正弦分解的瞬时对称分量法对交流故障电压分离出正序负序分量,并改进双闭环控制策略,对正序负序电量分别控制并叠加于控制参考电压。仿真表明控制方法有效抑制负序电流,并使柔性直流输电系统不平衡情况下保持阀侧电流对称运行,不发生换流器闭锁,保证输电系统在故障切除前持续运行。

±500 kV同塔双回直流输电线路极导线布置方案研究

在不同极导线布置方案下同塔双回线路的电磁环境和两回线路间的相互影响存在差异,因此有必要对±500 k V同塔双回直流输电线路极导线布置方案进行对比分析,为同塔双回直流输电线路的设计提供参考。以葛南—荆沪直流线路同塔部分为例,将单回直流输电线路的电磁环境计算方法拓展到双回线路中,计算该直流线路同塔部分的导线、地线表面最大电场强度、无线电干扰值、可听噪声和电晕损失,并在PSCAD/EMTDC中搭建模型进行了仿真分析。根据电磁环境计算结果和仿真数据,综合各方面指标确定了葛南—荆沪直流线路同塔部分的最优极导线布置方案。

基于柔性直流输电系统的双馈风机并网控制研究

对双馈风机经柔性直流输电系统并网进行研究。重点研究了互联情况下双馈风机以及柔性直流输电系统的控制策略,提出基于柔性直流输电系统交流电压控制下的双馈风机并网控制策略。最后,通过4组不同条件下的仿真试验验证了整个互联系统的可行性以及正确性。结果表明:给出的并网控制策略控制精度高,响应迅速,可实现风电快速、有效、实时、安全的传输。