特高压混合三端直流输电系统定功率MMC交流故障穿越策略

送端采用电网换相换流器(LCC),受端采用模块化多电平换流器(MMC)的特高压混合直流输电系统是直流输电技术重要的发展方向之一。在该系统中,各换流站每极均由高、低两个阀组直流侧串联而成。当其受端MMC发生网侧故障时,现有穿越策略或将引起定有功功率MMC阀间均压环节失效,从而导致子模块电容过压的问题。针对该现象,首先梳理了系统在故障工况下面临的主要问题和矛盾;接着,重点针对阀间均压环节失效的内部机理进行了研究,并提出了一种基于有功功率限幅值的站间协调穿越策略,此外,为使其能够较好地适用于不对称故障,采用了一种零序电压注入的方法,以平衡不对称故障下相单元间的桥臂电流直流分量;最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了相关模型,通过仿真对比,验证了本文策略能够兼顾不同受端站的桥臂过流和子模块过压风险,实现交流故障的可靠穿越,并尽可能地提升了故障期间的功率传输能力。

特高压混合三端直流输电系统换流站电流转移抑制策略

特高压混合多端直流输电系统需要具备有效的换流站电流转移抑制策略,尤其针对阀组投退过程,应避免因过流而触发暂时性闭锁。基于特高压混合三端直流输电系统,提出了2种采用受端直流电流作为控制量的电流转移抑制策略:基于直流电流-直流电压偏差量的电流转移抑制策略控制对象为阀组的直流电压;基于直流电流-直流功率偏差量的电流转移抑制策略控制对象为交流有功功率。然后基于PSCAD/EMTDC搭建了特高压混合三端直流输电系统的仿真模型,通过对比采用策略前、后系统的动态特性验证了所提抑制策略的有效性,并对比了2种电流转移抑制策略性能的优劣。仿真结果表明,投阀时基于直流电流-直流电压偏差量策略的抑制过流性能更为优越,退阀时基于直流电流-直流功率偏差量策略的抑制效果更为优越。

混合三端直流输电系统在风火打捆并网中的应用及其控制策略

针对大规模风电外送可靠性问题,提出风火打捆经混合三端直流输电并网系统拓扑结构并设计各换流器的控制策略。混合三端直流输电系统的发电端由两个自然换相(LCC)整流器组成,受端由一个电压源型逆变器(VSC)与外电网相连。风电场群侧LCC1换流器采用定有功功率的控制策略,可以追踪最大功率;火电厂侧LCC2换流器采用定直流电流控制策略,可以平抑风功率波动。受端换流站控制器VSC采用定直流电压和定无功功率控制策略,能有效应对换流站侧交流系统短路故障和负荷突变等工况。仿真结果表明所提控制方案的有效性。这种输电模式能够综合利用常规直流输电和轻型直流输电各自的优点,有效扩展常规风火打捆直流输电系统的适用范围。

混合三端直流输电系统应用于风电场并网的研究

电压源型换流器的高压直流输电系统在风电场并网中可以提高其电能质量,但两端均为电压源型变换器换流器,其建设成本高。文章基于电流源型换流器的传统两端双极直流输电基础上,在直流端并联一电压源型整流器,构成混合三端双极直流输电系统,将电压源型整流器用于实现风电场并网。在仿真程序PSCAD/EMTDC中搭建该三端系统模型,并用一双馈感应风力发电机等效风电场出力,仿真结果表明,该混合三端双极直流输电系统可以实现风电场的并网,对风速变化响应特性好,可保证风电场出力的电能质量。

混合三端直流输电系统线路故障特性及故障电流抑制策略

文中研究了混合三端直流输电系统的直流故障特性及故障电流抑制策略。此系统送端为电网换相换流器(line commutated converter)、受端为混合型模块化多电平换流器(hybrid modular multilevel converter)。首先介绍了混合三端直流输电系统拓扑以及控制策略,随后针对不同故障点,不同过渡电阻以及不同故障类型的直流侧线路故障特性进行了仿真分析。同时,分析了直流故障下混合三端直流系统中混合型MMC故障过电流的产生机理,基于混合型换流器的优越控制性能针对系统故障暂态下过电流问题,设计了LCC和MMC的附加控制,抑制各换流器向故障点处馈入的故障电流;最后对混合输电系统不同区间下的架空线极对地故障进行了仿真分析,仿真结果表明,改进的控制策略能有效地抑制直流侧换流器馈入的故障电流。

连接无源网络的LCC-FHMMC混合直流输电系统送端交流故障穿越控制策略

LCC-FHMMC型混合直流输电系统可以完全解决逆变侧换相失败问题,在向无源网络供电领域具有广阔的应用前景。建立了双端混合直流输电系统的数学模型,在分析送端交流故障机理和无源网络工作特性的基础上提出一种基于桥臂电压控制的故障穿越控制策略。通过让负荷主动参与调节换流站不平衡功率,快速恢复直流功率传输的同时有效避免切负荷,同时实现受端换流站和负荷的故障穿越。依靠全桥子模块拓扑能够输出负电平的特点扩大逆变侧直流电压的调节范围,避免子模块电容过度放电导致的换流站闭锁,有效减小了故障清除后直流冲击电流。设计了不同严重程度交流故障下相关参数的选取原则,后基于电磁暂态仿真软件搭建双端混合直流输电系统的仿真模型验证了所提控制策略的有效性。

基于T区中低频衰减特性构成方向元件的特高压三端混合直流输电线路单端方向保护研究

将保护装置安装在T区两侧,基于T区中低频衰减特性构成方向元件,提出一种特高压三端混合直流输电线路单端方向保护方法。分析特高压三端混合直流输电系统整流侧、T区以及线路末端逆变侧三端边界频率特性,发现T区边界对故障电流暂态信号中低频分量有一定的衰减作用、整流侧边界和线路末端逆变侧边界对故障电流暂态信号高频分量有明显衰减作用。利用小波分解,根据T区两侧线路暂态电流中低频能量差判断故障方向,并提出故障方向判据。当T区左侧发生故障时,利用线路L1末端所检测到的高频暂态电流能量与低频暂态电流能量的比值来判别整流侧区内、外故障;当T区右侧发生故障时,利用线路L2首端所检测到的高频暂态电流能量与低频暂态电流能量的比值来判别线路末端逆变侧区内、外故障;T区发生故障时,判定为线路区外故障。给出基于T区中低频衰减特性构成方向元件的特高压三端混合直流输电线路单端方向保护方案,最后在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建昆柳龙特高压三端混合直流输电系统模型并对所提保护方法进行验证,仿真表明该文所提保护方法能实现特高压三端混合直流输电线路全线速动保护。

含混合型MMC的多端柔性直流输电系统短路电流计算方法

多端柔性直流输电系统中存在多个换流站,换流站之间复杂的耦合关系使得直流短路电流的计算成为一个难题。针对含混合型模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的多端柔性直流系统应用场景,首先搭建了故障穿越前后混合型MMC的故障等效模型,并从混合型MMC直流故障穿越期间电路结构变化的角度出发,分析了直流故障穿越对多端柔性直流系统各支路短路电流的影响,在此基础上基于叠加定理提出直流故障穿越附加网络的概念。然后结合多端系统的近似解耦解析计算方法和直流故障穿越附加网络的概念,提出含混合型MMC的多端系统直流故障穿越期间的短路电流计算方法。最后,基于PSCAD/EMTDC平台的电磁暂态仿真结果表明,所提出的计算方法在故障发生6 ms内计算的短路电流值最大误差均在±6%以内,且具有良好的适用性,为含有混合型MMC的多端柔直系统的规划设计与保护整定提供了参考。

计及控制响应的多端混合直流输电系统短路电流近似计算方法

多端混合直流输电系统故障发展迅速、短路电流水平超标问题严重,换流站高度非线性特征使现有短路电流求解忽略了控制系统的响应过程且多依赖建模仿真结果,无法得到短路电流的具体解析式,实现故障特性的定量分析计算。为此,该文提出三种兼顾准确性与计算复杂程度的系统模型简化措施,并在此基础上提出计及控制系统作用的短路电流复频域近似求解方法,利用Pade逼近以及分段线性化法对模型进行降阶处理,通过拉普拉斯逆变换求得短路电流的时域解析式。最后,基于PSCAD/EMTDC对不同故障距离、过渡电阻以及故障类型进行了仿真分析。结果表明,该方法能在故障的暂态阶段(10 ms内)对短路电流有较为准确的刻画,能为直流保护定值整定、断路器额定容量选取、直流输电控制策略切换以及系统规划设计等提供重要依据。

混合多端直流输电系统限流控制策略配合及限流参数全局优化

混合多端直流输电系统短路电流水平超标对其安全稳定运行造成极大威胁。现有通过控制策略限流的方法多以本站出口侧最严重的极间故障展开分析,忽略了过渡电阻对两侧系统的耦合作用,且控制参数的不合理配置会降低故障点非零电位大小,进而加剧线路过电流现象。为此,首先,阐述了混合多端直流输电系统常见控制限流策略;其次,对换流站自身的控制特性及站间交互作用对故障电流的影响机理展开分析,提出计及过渡电阻耦合作用下故障电流的计算方法;然后,在此基础上,综合考虑控制参数灵敏性、限流效果等约束,建立控制参数全局优化数学模型,通过层次分析法得到控制参数的最优解;最后,基于PSCAD/EMTDC对传统限流特性及全局优化下的限流特性进行对比分析。结果表明,所提方法能在提高限流效果及满足参数灵敏性的基础上更好地适应经过渡电阻故障的情况,降低故障时电流上升率和电流峰值,协助降低两侧换流站因增流现象加剧线路过电流情况而闭锁的概率。

混合级联特高压直流输电系统逆变站保护功能及闭锁策略设计

针对混合级联特高压直流输电系统的逆变站,基于其一次拓扑结构,按照保护无死区、故障易定位的原则,结合测量互感器的安装位置,提出了保护的分区建议和配置方案。根据逆变站故障发生的位置及严重程度,以快速切除故障、减少停运范围为目标,提出包括LCC(电网换相换流器)闭锁、单MMC(模块化多电平换流器)闭锁、MMC整体闭锁、顺序极闭锁和分步极闭锁的分级闭锁策略。以白鹤滩-江苏混合级联特高压直流输电工程实际的控制保护装置和按照工程成套参数建立的RTDS(实时仿真系统)模型组建了实时闭环仿真系统,通过仿真验证了所提保护方案和闭锁策略的可行性和有效性。

基于故障安全域的混合级联直流输电系统后续换相失败抑制策略

混合级联直流输电系统兼顾了电网换相换流器(LCC)和模块化多电平换流器(MMC)的优势,具有良好的工程应用前景,但系统逆变侧LCC与MMC间复杂的交直流耦合特性增加了后续换相失败的抑制难度。为此,该文提出了一种应对混合级联系统后续换相失败的协调控制策略。首先,分析了控制器交互期间电气量波动和LCC无功需求对系统恢复产生的不利影响,并在考虑控制器作用和MMC动态无功支撑的基础上建立了多电气量耦合作用下的故障安全域;其次,通过对混合级联系统和基于电网换相换流器的高压直流输电故障安全域对比分析,提出了一种基于MMC和低压限流环节(VDCOL)的协调控制策略,以实现系统后续换相失败抑制和功率快速平稳恢复相协调;最后,基于PSCAD/EMTDC分别在不同严重程度交流故障、不同短路比和不同故障持续时间下进行仿真对比分析,验证了所提协调控制策略的有效性。

计及换流站控制特性的多端混合直流输电系统故障暂态计算方法

精确的故障暂态计算是多端混合直流输电系统参数设计及其控制保护策略研究的基础。为此,该文计及不同换流站的控制特性,提出一种适用于多端混合直流输电系统的故障暂态解析计算方法。首先,分别构造考虑LCC整流站和MMC逆变站控制系统的复频域等值模型,建立计及直流架空线路频变特性的分布参数模型,推导多端混合直流系统的节点阻抗矩阵。在此基础上,计算故障节点电压和故障支路电流的复频域值,再利用拉氏反变换获得电压和电流的时域值。最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件搭建三端混合直流输电系统模型,对所提故障计算方法的准确性和快速性进行仿真验证。

一种适用于混合三端直流系统的纵联保护方案

为提升多端系统的输电可靠性,提出一种基于Mann-Kendall检验法的混合三端直流输电线路纵联保护方法.该方法利用T接汇流母线三端电流故障分量判定故障发生区域;再利用Mann-Kendall检验法对故障区域内线路两端电流的变化趋势进行分析,进而实现故障类型的判别以及故障极的选择;最后,通过PSCAD/EMTDC搭建模型并对不同故障情况进行仿真,使用MATLAB对所提保护方法进行仿真验证.仿真结果表明:不同故障情况下,所提方法均可在2.5 ms内可靠动作,速动性好,并且具有较强的抗噪声干扰能力以及耐过渡电阻能力.

基于虚拟电阻的混合直流输电系统振荡抑制策略

针对混合直流输电系统在其定直流电流控制器参数增大时容易发生直流电流振荡的问题,提出一种基于虚拟电阻的振荡抑制策略。该策略基于电流振荡分量和引入的虚拟电阻,产生与扰动分量反相的附加电压,实现对直流电流振荡的抑制。首先,建立混合直流输电系统的小信号模型,分析定直流电流控制器参数对系统小信号稳定性的影响。其次,提出基于虚拟电阻的振荡抑制策略,研究虚拟电阻对系统小信号稳定性的影响,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提控制策略的有效性。最后,分析在不同定直流电流控制参数下虚拟电阻的稳定范围。研究结果表明,所提控制策略能够有效解决直流电流振荡的问题,提高系统稳定性。

参与电网调频的多端柔性直流输电系统改进下垂控制策略

参与电网调频的传统下垂控制策略能够利用频率偏差和直流电压实现多端柔性直流输电系统频率之间的相互支撑。然而传统电压下垂系数固定,在分配不平衡功率时容易忽略电网的运行状态和换流站自身容量,导致换流站过载以及弱电网承担功率时频率波动较大。为解决这一问题,提出了一种参与电网调频的改进下垂控制策略。首先分析了参与电网调频的传统下垂控制策略能量调配关系。其次考虑电网的频率裕度以及换流站的自身容量重新设计电压下垂系数。在系统受到扰动后,提出的控制策略能够保证换流站不发生过载,同时实现弱电网的稳定运行。最后通过仿真软件MATLAB/SIMULINK进行仿真验证,结果表明所提控制策略提高了多端柔性直流输电系统的频率调节能力,使系统的运行水平得到有效提升。

混合双馈入直流输电系统的高频振荡特征及机理研究

在混合双馈入直流输电系统中,由于电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)的存在,系统在不同的联络线长度下呈现出不同的高频振荡特征。为研究混合双馈入直流输电系统的高频振荡特征及机理,首先建立系统的状态空间模型,基于此研究系统的高频振荡特征,结果表明,由于LCC子系统的存在,在不同的联络线长度下混合双馈入直流输电系统呈现出不同的高频振荡特征。然后,建立混合双馈入直流系统的高频阻抗模型,研究LCC子系统、联络线长度、模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)控制链路延时、交流线路长度等对系统高频阻抗的影响。结果表明,对于无电气距离的混合双馈入系统,LCC滤波器的存在使其无高频振荡风险;对于有电气距离的混合双馈入系统,当LCC和MMC子系统之间的电气距离较近时,LCC交流滤波器对系统高频振荡的抑制效果随着联络线长度的增大而减弱。最后,提出混合双馈入系统无高频振荡风险的联络线临界长度确定方法,并通过理论分析和电磁暂态仿真进行有效性验证。

混合级联直流输电系统整流/逆变不同控制回路动态交互作用与稳定性研究

为了研究混合级联直流输电系统整流侧和逆变侧各换流器控制系统间的交互作用,文中首先建立混合级联直流输电系统的状态空间模型,并推导得到系统的多输入多输出传递函数模型。然后针对不同的研究目标,根据单通道分析设计理论建立等效单输入单输出反馈控制模型;在此基础上,分离出不同控制回路的耦合控制通道,定量评估系统强度、逆变侧交流联络线与控制参数等对控制回路间交互作用的影响。理论分析表明,当整流侧或逆变侧交流系统强度降低时,两侧控制回路间交互作用增强;当交流联络线长度缩短时,逆变侧电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和模块化多电平变换器(multilevel modular converter,MMC)控制回路间的动态交互增强,各控制环节参数之间存在相互制约关系。最后,在PSCAD/EMTDC上搭建混合级联直流输电系统的电磁暂态详细仿真模型,验证所建立单输入单输出反馈控制模型及上述理论分析结果的正确性。

多端直流输电系统对交直流混联系统稳态特性的增强控制策略分析

针对交直流混联系统的稳态特性,提出了一种增强控制策略以提高多端直流输电系统的稳定性。分布式补充控制结构通过调节换流器有功功率参考值来增强系统的角稳定性,基于对换流器公共连接点频率和角度的测量,确保在换流器达到功率限制时保持直流电网的功率平衡。在修改后的IEEE 39节点系统上进行的电磁暂态仿真验证了控制器的有效性。结果表明,使用补充控制策略的系统瞬态稳定性显著提高,临界故障清除时间从不足0.2 s提高到超过0.35 s。

改进生成式对抗网络下多端柔性直流输电系统

针对新能源在实施并网时,多端柔性直流输电系统运行过程中并网电力数据存在的噪声过多问题,会直接影响多端柔性直流输电系统的直流输电效果,为提升系统直流输电效果,采用改进生成式对抗网络设计多端柔性直流输电系统。根据直流输电系统结构建立系统整体框架,并对框架中的模块设计具体功能;通过基于改进生成式对抗网络去噪模块滤除系统直流输电时产生的噪声,提升系统直流输电时的输电效果;根据系统硬件模块功能设计结果,设计多端柔性直流输电系统模块控制器以及系统整体控制器,通过控制器的稳定控制,完成多端柔性直流输电系统的安全直流输出,实现系统的软件设计。实验结果表明,利用所设计系统在开展电力直流输电时,控制效果较好,电流在0 kA附近波动,电压最终控制为500 kV。