特高压混合多端直流输电系统中串联换流阀组间的电压平衡控制策略

特高压混合多端直流输电系统结合了电网换相换流器(line commutated converter,LCC)与模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的优势,可以实现多电源供电、多落点受电的远距离大容量输送要求。针对特高压混合多端直流输电系统中同一换流站内串联换流阀组之间的电压不平衡问题,分析了电压不平衡的原因,并提出了一种基于串联换流阀组间电压–功率偏差量的电压平衡控制策略,该控制策略简单有效便于工程实现。然后基于PSCAD/EMTDC搭建了特高压多端混合直流系统的仿真模型,通过对比切除/投入电压平衡控制时系统的动态特性验证了电压平衡控制策略的有效性。为进一步分析该控制策略对系统动态性能的影响,研究了特高压混合多端系统在功率阶跃变化和交流故障情况的动态响应,结果表明所提出的控制策略简单有效,且在不同运行工况下均可以实现串联换流阀组之间的电压平衡。

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。

级联多端特高压直流控制保护系统配置及策略

该文针对金上直流工程主回路拓扑结构与运行方式的特点,设计了送端分址级联多端特高压直流控制保护系统的配置方案;提出送端分站的高、低压换流器的电压平衡控制方案,根据送端两站间通信条件,切换采用附加电压平衡控制的触发角协调控制和串联两换流器一个定电压、另一个定电流的控制策略;基于送端分站级联拓扑,研究了其直流保护功能配置方案,并提出针对送端站1内的极区/换流器区故障或者送端两站之间直流线路永久故障的快速清除方法。基于控制保护工程样机的RTDS闭环仿真结果表明,该级联多端特高压直流控制保护系统可以满足实际工程应用的要求。

混合级联特高压直流输电线路纵联差动保护适应性分析

为探究现有高压直流输电线路纵联差动保护对混合级联特高压直流输电系统的适应性,结合混合级联特高压直流输电系统的运行方式,理论分析和仿真分析3种特殊运行方式下直流系统不同位置故障的故障特性和保护适应性。理论分析发现纵联差动保护适应性较好。仿真分析发现直流线路分布电容和逆变侧模块化多电平型换流器(modular multilevelconverter,MMC)控制特性影响在直流线路故障时直流线路电流延时自减值长时间处于波动状态,导致纵联差动保护长时间处于闭锁状态,此时,系统长时间承受MMC超大故障电流冲击。直流线路区外故障时整流侧与逆变侧直流电流差值的绝对值数值较大且长时间处于波动变化状态,纵联差动保护存在误动的风险。

混合三端直流输电系统受端交流故障穿越协调控制策略

以乌东德电站送电广东广西特高压多端柔性直流示范工程为研究对象,考虑混合三端柔性直流输电系统因受端不同位置交流故障所致的直流过电压,提出相应的故障穿越协调控制策略。在受端主站发生网侧交流瞬时故障的情形下,通过设计混合型模块化多电平电压源换流器全桥子模块自适应负投入策略,实现了利用子模块电容短时过电压储能的能力来快速补偿站间直流电压的上升;短暂时延后,送端电网换相换流器通过定量调整电流指令值策略来减小子模块的不平衡充电功率。在受端主站发生阀侧交流故障的情形下,优先利用输电健全极的功率转代裕度来消纳故障极的部分不平衡功率;同时,故障极从站跟随主站半压运行,相应的高低压阀组切换至定电流及定电压模式,最终实现抑制站间过电流及减小盈余功率。仿真结果表明,2种故障条件下,所提的协调控制策略均可较快实现故障期间的功率平衡,有效抑制仅配备稳态基本协调控制策略下系统所出现的直流过电压现象,同时也基本维持了送端的总体有功传输容量。

基于PMU的特高压直流输电系统孤岛运行控制方法

受特高压(Ultra-High Voltage,UHV)直流输电系统自身运行特点的影响,孤岛运行阶段的环流难以实现快速维稳,提出基于电源管理单元(Power Management Unit,PMU)的特高压直流输电系统孤岛运行控制方法。考虑输出电压的角度会受电压源换流器(Voltage Sourced Converters,VSC)的影响发生瞬时改变,提出有功-相角下垂控制方法,逆变器通过微型PMU的同步信号,确定派克变换的参考坐标系,将特高压直流输电系统孤岛运行阶段的目标维持频率作为控制基准。以调整特高压直流输电系统中所有分布式发电装置(Distributed Generation,DG)的相角参考值处于一致状态为导向,结合微型PMU测得的公共母线电压相角参数,控制有功补偿量。在测试结果中,环流达到0值后出现的偏离情况程度稳定在10.0 VA以内,并在测试后的0.8 s内达到0稳态。

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。

特高压直流输电技术对电力系统安全稳定性的影响分析

特高压直流输电技术作为一种先进的电力输送手段,在全球范围内逐渐得到广泛应用。文章详细介绍了特高压直流输电的基本原理,包括通过提高输电电压以减少线路电流和损耗,从而实现长距离和大容量电力传输的能力。分析了该技术的研究必要性,指出其在现代电力系统中的关键作用,尤其是在提升电网经济性和可靠性方面的贡献。此外,文章探讨了特高压直流输电技术的特点,如降低电容效应和提高系统稳定性等,以及在应对不同故障情况下的措施,如单极闭锁故障和双极闭锁故障的处理。通过实际案例分析,展示特高压直流输电技术在确保电力系统稳定运行和促进可再生能源利用方面的实际效益。

基于直流电流瞬时微分的特高压直流分层接入系统非故障层换相失败预防控制策略

在特高压直流分层接入系统中,由于层间耦合作用,某一层交流系统发生故障可能导致非故障层换流器发生换相失败。为此,考虑到故障过程直流电流的变化,提出一种基于直流电流瞬时微分的换相失败预防控制策略。该策略基于故障后直流电流的变化特性,得到换相电流时间面积控制中触发角修正量,代替原有换相失败预防控制,提高非故障层换相失败预防控制的启动精度;同时基于电流预测量和等效直流输入电阻动态调整低压限流控制器的指令值,提高其响应速度。在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型对不同工况下所提控制策略进行验证。结果表明,该策略可降低高低端换流器同时发生换相失败的风险,改善故障后系统的运行性能。

特高压直流输电系统中送端LCC换流站的电压平衡控制策略

与高压直流输电相比,特高压直流输电拥有更高的电压等级,能够以更低的经济成本实现稳定、高效的大规模电力输送。该文针对特高压直流输电系统中送端换流站的高低压阀组所存在的电压不平衡问题,分析电压不平衡现象产生的机理,并提出一种基于电压变化量对换流阀组电流参考值进行动态修正的电压平衡控制策略。然后,基于PSCAD/EMTDC搭建特高压直流输电系统的电磁暂态仿真模型,通过在稳态时切除/投入电压平衡控制策略及送端功率阶跃和送端交流系统故障3种不同工况,观测系统的动态响应特性。结果表明,所提电压平衡控制策略简单有效,且在不同工况和不同交流系统强度下都具备较好的控制效果。

大规模风电接入的特高压混合级联直流系统送端无功协调控制策略

随着新能源发电占比的不断提高,特高压直流输电系统的送端电网强度变弱,送端交流系统可能存在电压质量较差的问题。为提高送端弱交流系统的电压质量,基于大规模风电接入的特高压混合级联直流系统,提出了滤波器与模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)协调参与送端电网调压的无功协调控制策略。分别分析了该级联直流系统的运行特性、滤波器的无功控制原理以及MMC在不同运行工况下影响其无功支撑能力的因素。针对MMC在过载的运行工况下对弱交流系统无功支撑能力较弱的问题,提出了一种MMC直流电压自适应控制策略,根据MMC传输的有功功率调整其直流电压,以扩大MMC的无功功率极限。仿真算例表明,所提无功协调控制策略能够有效支撑送端弱交流系统的电压,提高送端交流系统的电压质量。

大规模风电接入的特高压混合级联直流系统送端频率控制策略

针对特高压混合直流系统的送端电网由于高比例风电接入带来的频率易越限的问题,提出了风电与混合直流系统协调参与的送端电网频率控制策略。首先,介绍了混合直流系统的拓扑,其中送、受端均采用电网换相换流器串联模块化多电平换流器的结构;其次,分别在风机和传统直流换流站中引入考虑一次调频特性与惯性特性的附加频率控制策略,在柔性直流换流站中引入虚拟惯性控制策略;设计了风电与混合直流系统各站协调参与送端电网调频的时序动作规则与各换流站之间的电压协调策略;同时,基于风电与直流并网系统的频率响应模型,定性分析了风电与混合直流系统参与调频的机理,提出了相关控制参数的设计方法;最后,通过PSCAD/EMTDC中建立模型进行仿真验证。仿真结果表明所提频率协调控制策略可以提高送端系统的惯量与一次调频能力,有效改善交流系统在不同运行工况下的频率稳定问题。

基于信号复杂度的特高压多端混合直流输电线路方向保护

提出一种基于信号复杂度的特高压多端混合直流输电线路方向保护方法。分析T区两侧暂态功率正负性的差异特征,提出基于暂态功率能量的故障方向识别方法。分析线路边界频率特性,根据线路边界衰减高频分量的特征,利用经验小波奇异熵作为评价暂态量信号复杂度的指标,提出了基于信号复杂度的直流线路区内外故障识别方法。在方向判据和区内外故障识别方法的基础上设计了完整的保护动作方案。仿真结果表明,该保护方案能准确判别故障方向,能正确区分区内外故障,具有较强的耐过度电阻和抗干扰能力,可靠性较高。

特高压多端混合直流系统电压异常测量分析及控制策略优化方法

本文通过对比常规直流系统电压控制策略及测量故障特性,提出特高压多端混合直流系统直流电压控制策略及电压测量故障新特性,辨识当前直流电压控制与监视策略存在的不足,提出策略优化措施及故障分析方法。

适用于特高压多端混合直流输电系统的稳态电压控制方法

特高压多端混合直流输电系统稳态运行时,定直流电压站的控制目标是维持首端整流站的端口电压为设定值。当首端整流站不是定直流电压站时,则需考虑线路压降带来的影响,而此时传统的电压偏差控制和下垂控制无法实现对电压和功率的无差控制。因此基于主从控制思想,提出了一种适用于特高压多端混合直流输电系统的稳态电压控制方法。基于当前直流系统的接线方式、线路电阻和电流,计算出定直流电压站和首端整流站之间的压降。然后对定直流电压站的电压参考值进行修正,从而实现对首端整流站电压的精确控制。在此基础上,针对线路电阻变化或者未知的情况,又提出了一种自适应的稳态电压控制方法。最后利用实时数字仿真仪(RTDS)搭建了三端直流系统仿真模型,仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。

特高压并联型三端混合直流输电系统功率转带策略

特高压并联型三端混合直流输电系统作为多端直流输电的一种重要形式,相较于常规特高压两端直流输电系统,其在故障后的功率转带更为灵活和复杂。文中基于中国乌东德多端直流工程,提出了一种适用于特高压并联型三端混合直流输电系统的功率转带策略。基于闭锁前三站各极的功率水平、最小和最大输送功率能力以及所处的控制模式,计算并重新设置各站各极的功率、电流参考值,实现故障极功率的极间转带和站间转带,以减少功率损失,同时兼顾最小化非故障逆变站的接地极电流。通过实时数字仿真,验证了所提策略的有效性。

特高压多端混合直流输电系统阀组计划投/退控制方法

现有的阀组投入/退出控制策略只适用于特高压两端常规直流输电系统,不能适用于特高压柔性直流输电系统,更不能适用于特高压多端混合直流输电系统。为此,以乌东德电站送电广东广西工程为背景,提出基于混合桥模块化多电平换流器的阀组计划投入/退出控制方法,并对现有常规直流阀组计划投/退控制方法进行改进。在RTDS仿真试验平台上进行硬件闭环测试,结果表明所提阀组计划投入/退出控制方法能够平稳、快速地完成特高压多端混合直流输电系统阀组的计划投/退。

混合多端特高压直流输电系统可靠性评估

随着我国能源战略的实施和坚强智能电网的建设,混合多端特高压直流输电技术迅速发展,未来将成为我国电网的重要组成部分,准确量化评估混合多端特高压直流输电系统的可靠性对我国电网未来的安全可靠运行具有重要意义。基于此,本文梳理了常规高压直流系统与柔性直流系统的典型接线结构与运行方式,进一步研究了二者组成的混合多端特高压直流输电系统的主要接线方案。针对每一种接线方案,根据主要元件故障后果及其在一次接线中的位置,将直流输电系统划分为:交流滤波器子系统、换流变压器子系统等多个子系统,然后对子系统分别建模。最后,基于状态枚举法组合各子系统可靠性评估模型,建立了整个混合多端特高压直流输电系统可靠性评估模型。以乌东德电站送电广东广西特高压混合三端直流输电工程为例进行算例分析,对工程可能的7种接线方案分别进行了可靠性评估和对比分析,并对直流输电线路的故障率进行了可靠性灵敏度分析。

LCC-FHMMC混合直流输电系统受端交流系统故障穿越控制策略

送端采用电网换相换流器(LCC)、受端采用全半桥子模块混合型模块化多电平变流器(FHMMC)的LCC-FHMMC混合直流输电系统,当受端交流系统发生故障时,受端交流电压跌落,受端功率传输受阻,盈余的功率导致子模块电容过电压,甚至可能造成设备的严重损坏。为此,提出了一种基于FHMMC直流电压降压运行的受端交流系统故障穿越控制策略,使其直流电压始终低于逆变侧交流母线的电压有效值。同时,整流侧LCC保持常规的定直流电流控制,保证逆变侧的直流电流在额定值附近运行,从而实现了进入直流系统的有功功率与逆变器向受端交流系统输出的有功功率之间的平衡。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台上对LCC-FHMMC混合直流输电系统受端交流系统发生的对称故障和不对称故障分别进行了仿真分析,仿真结果验证了所提控制策略能够快速有效地穿越受端交流系统故障,并抑制子模块电容过电压。

考虑容量分配系数的混合多送端直流输电系统可靠性评估

随着大规模新能源的逐步接入,混合直流输电系统(hybrid multiple sending terminals HVDC,H-MSTDC)逐步由单送端结构发展为多送端多受端结构,多个换流站的运行方式及送端换流站之间容量分配增加了可靠性评估的复杂度。考虑多个送端和受端换流站之间的容量分配系数,分析了混合多送端直流输电系统的典型接线和运行方式,构建了混合多送端直流输电系统各受端及系统综合可靠性指标体系,基于子系统划分和均匀设计法提出了H-MSTDC可靠性评估模型。最后,基于我国藏东南工程某二送二受备选接线结构,计及容量分配系数,进行直流输电系统可靠性评估,并分析了极端地理环境影响下系统可靠性的变化趋势,为实际工程提供参考。