多馈入直流输电系统后续换相失败安全裕度评估及抑制方法

换相失败可能引起直流输电系统(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)闭锁,严重影响电网的安全稳定运行。多馈入直流输电系统中电气耦合紧密,控制响应造成多回LCC-HVDC交互影响,使换相失败的产生机理变得更加复杂。现有后续换相失败抑制方法多以单回LCC-HVDC为对象,无法兼顾自身换相恢复和相邻直流换相失败抑制的需求。为此,提出了一种适应于多馈入直流输电系统的后续换相失败抑制方法。分析了LCC-HVDC首次换相失败恢复过程中逆变站控制系统的响应时序及条件,提出了考虑故障严重程度和LCC-HVDC控制影响的后续换相失败安全裕度评估方法,进而提出了基于电压安全裕度的后续换相失败抑制方法,并在CIGRE HVDC标准测试系统验证了所提方法的有效性。仿真结果表明,所提方法根据换流母线电压自适应地调节直流电流,能够有效降低多馈入直流输电系统中无功电压耦合影响,有效抑制相邻回LCC-HVDC发生后续换相失败。

电压源换相高压直流输电系统接地方式设计

针对电压源换相高压直流输电(voltage sourceconverter based HVDC,VSC-HVDC)系统分析了其不同接地方式的优劣性。通过建立VSC-HVDC的电磁暂态模型,对不同接地方式下的系统稳态谐波性能、内部交流母线故障特性以及直流线路故障特性进行了详细的仿真研究,并深入分析了故障机制。通过比较不同接地方式下的系统稳态及暂态工况,分析了不同接地方式的优劣性。作为结论,提出了滤波器中点连接于直流电容中点,同时直流电容中点通过高阻接地的VSC-HVDC系统接地配置方案对于提高系统的稳态及暂态性能是有利的。

抑制高压直流系统后续换相失败的定关断角控制改进方法

定关断角控制是高压直流输电系统抑制换相失败的主要控制策略之一,但当前针对其实测型和预测型控制的研究仍未能有效解决其响应速度与控制精度不足的问题,因此提出了抑制后续换相失败的关断角控制改进方法。首先,基于对直流系统换相过程及影响因素的分析,提出了考虑电压谐波的关断角预测方法。然后,将后续换相过程的关断角预测值引入直流系统的原有控制逻辑,从而改进定关断角控制策略。最后,基于PSCAD/EMTDC对改进后的控制方法进行了仿真分析和验证。仿真结果验证了该方法能有效地抑制直流系统的后续换相失败,提升了定关断角控制的响应速度和控制精度。

电压源换流器高压直流输电技术最新研究进展，

介绍了以电压源换流器、全控型电力电子器件和脉宽调制技术为核心的新型高压直流输电技术,详细阐述了电压源换流器高压直流输电系统的工作原理和关键技术,分析了其技术特点和应用领域,回顾了国外的最新研究进展和工程应用现状,以及在我国的研究动态和应用于风电场并网的首个电压源换流器高压直流输电示范工程建设情况。相关研究表明,电压源换相高压直流输电技术在电力系统中有着广阔的应用前景,是未来输电技术的一个重要发展方向。

交流电网不平衡情况下电压源换相直流输电系统的控制策略

推导了交流电网不平衡情况下电压源换相高压直流输电系统(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)电磁暂态模型,提出了适用于该场合的抑制直流电压二次波动的控制策略。通过分析αβ坐标与dq+和dq-坐标之间的变换关系,得出结论:在正序旋转坐标下正序分量为直流量,负序分量是频率为100Hz的交流量;而在负序旋转坐标下负序分量为直流量,正序分量是频率为100Hz的交流量。通过简化交、直流侧电路,建立考虑换相电抗器损耗的交流系统不平衡情况下VSC-HVDC系统电磁暂态数学模型。为了抑制发生不平衡故障时直流电压的二次波动给VSC阀和直流电容器产生额外应力等问题,设计基于正、负序旋转坐标系的双电流内环控制器和直流电压外环控制器。仿真结果证明所提出的数学模型正确、可靠,所提出的控制策略能够有效地抑制直流电压二次波动。

电压源换流器高压直流输电系统中换流器故障仿真分析及其诊断

电压源换流器(VSC)是电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)系统中的重要组成部分,其过压和过流能力差,容易发生各种故障,且受传输功率影响故障信号特征提取复杂、故障诊断困难。针对此问题,基于所建立的VSC-HVDC系统的PSCAD/EMTDC仿真模型,首先分析了系统在发生各种故障时所输出直流电压的基本特性,在充分考虑传输功率影响的条件下,根据直流电压故障信号幅值波动的范围,判断系统故障的性质,然后再通过小波分析方法提取特征向量,并结合人工神经网络方法实现系统故障的识别。仿真结果表明,这种方法能对VSC-HVDC的故障进行有效诊断和识别,且准确度不受传输功率的影响,具有良好的应用前景。

电压源换流器高压直流输电的控制策略及其参数优化(英文)

提出一种电压源换流器高压直流输电(voltage source converter based on high voltage direct current,VSC-HVDC)的新型控制策略。基于VSC-HVDC的稳态模型,通过坐标变换和变量代换推导出一组功率传输方程。结合PI控制器和非线性逆系统的思想设计了相应的控制器,并推导出在该控制器下VSC-HVDC的有功功率和无功功率的传输极限。从圆特性出发,在理论上证明所设计的控制器可以实现有功功率和无功功率的完全独立控制。采用Hooke-Jeeves算法对控制器的参数进行了优化。PSCAC/EMTDC下的仿真结果表明:采用优化后的PI参数,系统性能得到很大改善;而且所设计的控制器可以实现有功功率和无功功率的独立控制,并具有快速的响应速度、良好的稳定性和较好的鲁棒性。

光伏接入直流受端电网下直流换相失败影响机理初探

随着“双碳”目标推进,大量新能源发电系统将接入高压直流输电系统受端电网,但鲜有文献涉及该研究场景,新能源接入是否会对直流运行带来不利影响存疑。为此,该文分析了电网发生交流故障后光伏、直流的输出特性及交互影响规律,发现直流发生换相失败后将向光伏输送50、100、150Hz正负序电流分量,导致光伏输出功率及并网点电压的波动,并通过受端电网反馈传递导致直流系统直流电流及超前触发角指令的波动,进而带来直流后续换相失败风险,最后结合PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了受端电网含光伏接入的高压直流输电系统模型,并通过仿真验证了上述结论的合理性及有效性。

电网换相换流器和电压源换流器串联组成的混合直流换流器控制和保护研究

基于电网换相换流器和电压源换流器串联的混合直流换流器在克服交流故障时的换相失败和直流故障时的重启动具有优势。分析了该混合直流换流器运行方式、控制策略、电压源换流器保护原理、抵御换相失败原理和直流线路重启过程,认为由该混合直流换流器组成的高压直流输电系统,可克服传统直流和柔性直流输电的主要缺点。当逆变侧的交流系统发生故障时,电压源换流器可提供电压支撑来抑制直流电流增加,缓解电网换相换流器换相失败效应。当直流线路发生故障时,逆变侧电网换相换流器可阻断电压源换流器产生的故障电流,具备直流线路故障重启能力。另外,电压源换流器还为电网换相换流器提供无功功率,从而减少换流站无功设备配置。

用电压源型高压直流输电解决高压电网中工业系统引起的电能质量问题

为解决高压电网中工业系统引起的的电能质量问题,文章采用电压源型高压直流输电方式向工业系统供电,设计了可隔离谐波、进行功率和频率调节的电压源型高压直流换流站的控制器,并运用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了由VSC-HVDC供电的工业系统模型,仿真实验验证了上述供电方式和控制器的正确性和有效性,表明采用电压源高压直流供电方式能有效解决高压电网中工业系统引起的电能质量问题,且控制方式灵活、简单。

电网电压不平衡时电压源换流器型直流输电的负序电压补偿控制

电网电压不平衡或交流系统发生故障是电压源换流器型直流输电(VSC-HVDC)实际运行时不可避免的问题。针对这一问题,提出了一种基于负序电压实时补偿的控制策略。换流站控制系统采用该策略后,能够有效地抑制交流系统电压不对称引起的负序电流,实现限流控制,避免系统短路故障引起换流装置的过电流;同时为确保电网电压不平衡或交流系统故障时控制系统能正常运行,设计了正负序分量和同步相位检测环节。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,所设计的控制系统具有良好的动稳态性能,且结构简单,具有一定的工程应用价值。

考虑时空离散性的高压直流输电系统换相失败评估方法

直流输电系统换相失败的特性随交流故障合闸角和故障位置的不同而不同,目前只考虑换流母线电压幅值跌落的直流系统换相失败判别方法准确性不高.文中研究了换相失败的时空离散性,分析了故障合闸角对换相失败的影响过程,指出最不利于换相的故障时刻,并且揭示了故障位置对换相失败的影响主要源于故障点与直流逆变母线之间电气距离和相位的差异.基于对换相失败时空离散性的分析,提出了同时计及电压幅值与相位变化的熄弧角判据和以此为基础的换相失败评估方法.以南方电网三节点AC/DC系统为背景,通过与PSCAD/EMTDC、BPA仿真结果的对比验证了该评估方法的有效性和实用性.

抑制高压直流换相失败的串联电压换相变流器及控制方法

为有效降低电网换相高压直流(line-commutated converterhighvoltagedirectcurrent,LCC-HVDC)输电系统换相失败的概率,提出串联电压换相变流器(seriesvoltage commutated converter,SVCC)方案。该方案以直接增加换流阀换相电压面积为目标,将级联的全桥子模块变流链接入换流变压器与LCC换流阀交流端口之间,通过灵活控制串联电压对阀组辅助换相。基于全桥子模块的8种工作状态,设计变流链串联电压辅助换相策略及电容电压控制方法;以SVCC临界换相电压为依据,提出子模块电容容值及额定电压的优选方法。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,SVCC拓扑能灵活切换子模块变流链的工作状态,所提出电容电压控制效果良好,与仿真结果吻合度高。相比其他方案,SVCC对交流系统电压暂降的电压补偿响应速度快,可显著提高LCC-HVDC防御换相失败的能力。此外,当交流系统故障超出SVCC抑制换相失败范围,SVCC所采取的紧急应对措施降低了变流链内开关器件的电流应力要求,提高了其工程实用性。

基于电流电压预测的直流输电换相失败预防策略

随着我国交直流混联电网的快速发展,直流输电换相失败已成为严重威胁电网安全稳定运行的关键因素之一。设计合理的换相失败预防策略是保障交直流混联电网安全稳定运行的有效手段,但现有换相失败预防策略在部分工况下会失效甚至加剧换相失败。针对这一问题,在分析现有换相失败预防(commutationfailureprevention,CFPREV)控制的原理与不足的基础上,研究暂态过程中直流电流增量对换相失败的影响。提出一种基于直流电流和交流电压双预测的换相失败预防控制策略及其参数整定方法。最后以CIGRE标准直流测试模型及河南特高压直流输电模型为例,仿真验证了所提控制策略对不同类型换相失败抑制的有效性及相较于现有CFPREV的优越性。

谐波电压造成直流输电换相失败风险评估

换相失败是高压直流输电(high voltage direct current transmission,HVDC)运行中最常见的故障之一。国内外关于HVDC换相失败的研究已经取得了一些成果,但在谐波对HVDC换相失败的影响研究方面还有待进一步深入。文中从直流输电换相物理过程出发,基于换相电压—时间面积分析推导得出谐波影响因子,然后将谐波影响因子和换相电压—时间面积裕度相结合,定量分析谐波对HVDC换相过程的影响,并给出引起换相失败的谐波电压值理论计算方法;最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台对文中所提评估指标进行了仿真验证。

谐波引起的高压直流输电连续换相失败抑制方法研究

高压直流输电系统连续换相失败是引发交直流混联电网连锁故障的重要诱因。谐波造成的电压波形畸变导致换相面积减少,是引发连续换相失败的重要因素。现有换相失败抑制方法研究主要是针对换相电压工频幅值下降,缺乏对谐波影响的考虑。针对该问题,分析了谐波对连续换相失败的影响机理,计算了谐波对关断面积的影响因子,提出了一种考虑谐波的关断角整定值定量计算方法。所提算法在换相失败期间提高关断角控制器的指令值,提高后续阀组的关断裕度,抑制连续换相失败的发生。最后通过电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC进行验证。算例仿真验证了所提方法的有效性。

励磁涌流对高压直流输电系统换相失败的影响机理及评估方法

交流系统中合空载变压器会产生严重的励磁涌流。该励磁涌流的注入,在导致逆变器交流母线电压发生畸变的同时,也会引起基波电压的变化,这必然会对逆变器的换相过程产生影响。目前的研究主要集中在基波电压下降造成的换相失败,对于电压畸变引起的换相失败的研究较少。从换相电压对时间的面积角度阐述了电压畸变导致换相失败的机理,在此基础上提出快速评估励磁涌流是否会造成换相失败的方法,从而为采取及时有效的措施提供指导,这对电网的安全稳定运行具有重要的意义。最后,在PSCAD/EMTDC中进行了仿真分析,验证了所提的评估方法的有效性。

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。

一种抑制高压直流输电换相失败的优化控制策略

为减小直流输电系统发生换相失败及持续换相失败的概率,分析了换流站逆变侧交流母线电压幅值跌落、过零点偏移和直流电流激增对换相失败的影响,提出了一种逆变侧考虑换相电压过零点偏移的关断角整定值动态调整、并在整流侧配有滞后触发控制的优化控制策略。分析了优化控制策略对直流系统运行参数的影响,基于CIGRE标准测试模型,在PSCAD/EMTDC中实现了所提出的控制方法。仿真结果表明,所提的优化控制策略可在一定程度上降低不对称故障和对称故障下传统直流输电系统换相失败的概率,改善系统的故障恢复特性。