一种可实现双向故障闭锁的双极Y型模块化多电平直流变换器

直流电网互联通常采用隔离型高压大功率直流变换器,但其存在体积大、成本高及传输效率较低等问题。该文提出一种双极Y型模块化多电平DC/DC变换器,其避免使用中间变压器,实现直流功率双向传输,并且可以有效闭锁双向直流故障。首先分析了变换器拓扑结构及故障闭锁工作原理,并根据桥臂内电势等效原理建立了数学模型。基于变换器臂间、相间能量平衡约束,在闭环控制的基础上引入桥臂电流补偿控制,提升变换器暂态性能。最后,在Matlab/Simulink搭建了采用模块化多电平DC/DC变换器(modularmultilevelDC/DCconverter,DC-MMC)的直流输电系统仿真模型,通过对端口电流、桥臂电流及桥臂电容电压等动态指标的分析,验证了所提DC-MMC双向功率传输控制及双向故障闭锁能力的可行性和有效性。

利用直流功率调制增强特高压交流互联系统稳定性

特高压交流试验示范工程投运后显著地增强了华中、华北两大电网之间的电力交换能力,但特高压系统的大功率传输也对华中、华北电网联网安全稳定运行提出了更高的要求。利用直流输电系统传输功率的快速可控性,可以为暂态过程中的交流互联系统提供紧急调控手段,起到功率支援和阻尼振荡的作用。为此,对利用华中电网的直流输电系统进行紧急功率支援以提高交流互联系统暂态稳定性以及采用直流调制阻尼特高压线路功率振荡进行了研究。仿真结果表明,利用直流输电系统的紧急调控手段可以减少华中电网的切机切负荷量,增强特高压互联系统的暂态稳定性,并可提高交流系统阻尼,有效地抑制电网区域间的功率振荡。

直流调制抑制南方电网区域功率振荡的研究

通过分析南方电网的区域功率振荡模式以及对采用不同直流调制方式的系统进行时域仿真,设计了可以有效抑制南方电网内区域功率振荡的直流调制控制器,并将其应用于贵广直流工程中,从而提高了南方电网交直流并联系统运行的稳定性。

交直流互联电网直流功率调制相关问题

研究了交直流互联电网直流功率调制相关问题,包括直流功率调制信号的选择、直流调制控制器的设计及其参数协调优化、负荷特性及低压限流单元对直流功率调制的影响等。针对大方式直流功率调制下,紧急功率支援的投、撤时间掌控问题,引入了最优时间控制理论;针对紧急功率支援的功率提升量、回降量、提升速率、回降速率、支援开始时间,引入了扩展等面积和遗传算法对以上参数进行优化,指出了有功调制有必要和无功调制相结合,最后提出了相关建议和展望。

直流闭锁引发交流联络线功率波动的机理以及峰值计算

直流闭锁引发交流联络线功率波动本质上是一个阶跃扰动问题,直流闭锁激发出了两区域互联电网的振荡模式,因此应用二阶系统阶跃响应理论进行研究。由于区内直流闭锁和区外直流闭锁故障所对应的阶跃扰动量不同,故分别研究了区内及区外直流闭锁故障引发交流联络线功率波动的机理,给出了功率波动峰值的近似计算方法,总结了影响功率波动峰值的关键因素。以特高压互联电网实际系统为算例,分别采用所提近似计算方法以及电力系统仿真软件对交流联络线功率波动峰值进行了对比计算,结果验证了所提近似计算方法的可行性和正确性。

直流功率调制抑制交流联络线随机功率波动的研究

正常运行时华北、华中两大区互联系统交流联络线上存在随机功率随机波动的现象,限制了联络线的输电能力,并直接威胁着设备的安全运行。减小和抑制大区交流联络线上的随机功率波动是当前调度运行亟待解决的重要问题。提出直流功率调制抑制交流联络线随机功率波动的方法,通过直流功率调制快速吸收或补偿其所连交流系统的过剩或缺额功率,可减小或抑制交流联络线上的随机功率波动。提出基于功率调节比的直流调制控制器性能指标,并采用改进的粒子群算法求取控制器最优增益,可使直流线路按预先给定的调节比部分或完全承担交流联络线上的随机功率波动。对华北—华中互联系统的仿真研究表明,直流功率调制为减小或抑制特高压交流联络线上的随机功率波动提供了一种有效手段。

多端直流输电系统中的直流功率调制技术

与常规的双端直流输电系统相比,基于直流功率调制技术的多端直流输电系统能更灵活地向所连接的交流系统提供快速的紧急功率支持,改善交流系统的稳定性。文章对其中一端为弱交流系统的4端直流输电系统运用PSCAD/EMTDC仿真软件研究了多端直流输电系统的功率调制技术,提出了该系统的仿真模型及其复合控制策略。仿真结果表明,所连接交流系统的强度、各换流站的控制策略和直流系统电流平衡原则的选取会极大地影响直流功率调制的性能,多端直流输电系统比常规的双端直流输电系统能更灵活地运用直流功率调制技术,进而有效地提高所连接交流系统的稳定性。

直流有功功率调制对四川电网暂态稳定性的影响

提出了基于傅里叶频谱分析的直流有功功率调制器参数估计方法,研究了四川电网直流有功功率调制的输入信号源选择问题,分析了直流调制对系统暂态稳定性的影响。仿真获得针对四川电网交直流外送通道故障情况下的直流有功功率调制策略表,为提高四川电网实际运行时的暂态稳定性提供了参考。仿真结果表明,文中提出的控制器参数估计和调制信号选择方法是有效可行的,获得的调制参数较工程参数更为有效,也证明了通过直流有功功率调制可以明显提高系统抵御严重故障的能力。

多馈入直流功率调制换相失败特性研究

多馈入高压直流输电系统中,直流功率调制可以起到多回输电通道间功率支援和阻尼振荡的作用,但功率调制过程中,幅度与上升时间控制不当会引起逆变站换相失败。给出了引起换相失败的直流功率调制临界指标,理论推导熄弧角、受端交流系统强度、系统的控制方式对该临界指标的影响,并仿真验证上述三个因素对直流功率调制的影响。基于多馈入高压直流输电系统,分析并验证直流功率调制造成的换相失败不会引发多馈入直流间同时换相失败。所作研究及成果为多馈入直流输电系统中直流功率调制和换相失败的研究提供参考。

直流调制单级功率因数校正交-交变流器(英文)

功率因数校正是产生或吸收无功功率力图达到功率因数等于1。单级交-交变流器被广泛应用在各工业领域。传统的交-交变流器采用电压调制法,全谐畸变高,功率因数低,功率转换效率差。本文介绍全新直流调制方法,由直流变流技术实现。直流调制单级功率因数校正交-交变流器有效地改进了功率因数,使之达到0.999,功率转换效率达到97.8%。实验结果证实了设计和计算的正确性。

功率调制在风火打捆孤岛直流外送中的应用研究

特高压直流输电是解决大规模风电外送问题的较好方案。基于DIg SILENT仿真软件,建立风火打捆特高压孤岛直流外送系统仿真模型,深入研究风功率波动情况下对送端换流站交流母线电压、频率波动的影响。提出利用直流功率调制实现特高压直流输电系统不完全跟随风功率波动的控制策略,并研究其关键参数对送端换流母线电压和频率的影响。仿真结果表明,直流功率调制为抑制风功率波动对风火打捆特高压孤岛直流外送系统的影响提供了一种有效的手段,其关键参数调制增益值越大,对电压稳定性的改善越差,对频率稳定性的改善越好。

基于PSO算法的直流有功功率调制参数优化研究

针对直流有功功率提升/回降调制中的参数优化问题,提出了基于暂态稳定性指标的粒子群(PSO)参数优化方法。通过分析调制前后的加/减面积,确定能够反应系统暂态稳定性的目标函数;结合PSO算法对调制参数进行优化,实现从工程经验数据到人工智能搜索的转变。在三华电网仿真中获得了交/直流外送通道的故障情况下的调制策略表。仿真结果表明,该方法可以实现参数的智能化搜索,能够提高有功功率调制的效果,并实现了多条直流线路的灵活和协调控制。

脉宽调制波形励磁磁芯损耗的直流功率测量法

介绍和分析了脉宽调制波形励磁下磁芯高频损耗的新测量方法——直流功率测量法的基本原理、误差构成、定标以及上位机实现,并实际测试对比了正弦波形和脉宽调制波形励磁下磁芯损耗的差异。通过合适的定标方法可以有效消除直流功率测量法的杂散损耗,提高测量精度。提出了定标模型以及定标的具体方法和注意点,结合DSP控制上位机的自动数据处理,得出了定标模型的各个参数。实验验证直流功率测量法及其定标方法有较好的工程应用精度。

大功率晶体管脉宽调制直流调速系统

该系统采用电流、速度双闭环的控制结构 ,主电路由大功率晶体管构成H型电路 ,H型电路与控制电路配合可以使电动机的电枢电压频率为大功率晶体管开关频率的 2倍。围绕主电路的控制规律 ,介绍了控制电路中的脉宽调制电路(PWM)、延时电路、驱动电路等电路的实现方法。测试结果表明 ,系统反应快速 ,调速范围宽 ,真正实现转速无静差。

基于桥臂调制波调整的多端柔直系统直流过电压抑制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的多端柔性直流输电系统能够实现多电源供电和多落点受电,运行方式灵活,是解决清洁能源并网和消纳问题的有效技术手段。然而当系统受端交流侧发生故障时将出现盈余功率,导致直流过电压问题。对此,提出一种基于桥臂调制波动态调整的多端柔直系统直流过电压抑制策略。所提策略通过在换流阀桥臂调制波中引入直流电压偏差控制,动态调整暂态期间桥臂调制波的直流电压参考值,从而减少桥臂投入的子模块数量,最终达到抑制直流过电压的目的。为验证所提控制策略的有效性,在PSCAD/EMTDC中搭建了送端光水打捆经四端柔性直流输电的外送系统,给出了所提控制策略的参数设计方法。通过设置受端交流系统不同工况,对比研究了所提控制策略投入后的系统直流过电压特性,结果表明所提控制策略可以有效抑制因受端交流侧故障引起的多端柔性直流输电系统的直流过电压。

柔性直流和常规直流并联系统功率调制策略

由于柔性直流与常规直流控制特性的差异以及并联后的相互影响,其调制策略不同于常规直流。分析了柔性直流与常规直流并联系统的协调控制策略,阐述了功率限制功能的功率分配、速率分配和无功功率控制的实现方法。结合南方电网鲁西背靠背直流调制功能的RTDS仿真研究,针对试验中暴露的缺陷深入分析了并联系统在受端交流故障情况下限制直流功率的控制特性,提出了功率限制功能与高电压穿越控制功能的协调方法以及速率分配优化方法。仿真结果表明,优化后的并联系统可按照正确的时序和速率执行功率限制功能。

基于滑模鲁棒控制器的有功功率调制在多端直流输电的应用

提出一种基于滑模鲁棒控制器的有功功率调制方案,并将它应用在基于电压源型换流器的多端直流输电系统中,可以通过快速调节陆上电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的传输功率,加强陆上交流系统受到扰动后的稳定性。该控制方式由以下3步实现:1)受到扰动后的陆上交流系统,其内部机组根据振荡形式差异,可划分为两个区域,每个区域的动态特性由系统惯量中心模型来表征;2)以灵敏度系数来描述某个机组的角速度相对陆上某个VSC有功变化的灵敏程度,并提出权重系数来量化每个VSC的调制程度;3)通过基于滑模变结构控制理论的推导,得出附加控制规则。上述方案被应用在PSCAD/EMTDC软件上的一个改进的新英格兰39节点系统中,仿真结果表明,该方法具有很好的控制效果。

基于无功功率短路比的直流闭锁暂态过电压计算方法

针对现有特高压直流闭锁引起交流系统换流母线暂态过电压计算方法在极低短路比情况下可能无实解的问题,基于直流闭锁后的谐振电路,推导建立了暂态过电压与谐振频率的关系式。参照短路比的定义,提出无功功率短路比的概念,在此基础上,提出适用范围更广的直流闭锁暂态过电压计算方法。研究发现,换流母线暂态过电压随着无功功率短路比的减小呈非线性加速上升的趋势。以DIgSILENT为平台搭建国际大电网会议(CIGRE)直流输电标准测试系统与±800 kV天中直流送端系统,仿真分析验证了所提出的暂态过电压计算方法的有效性,在极低短路比系统中仍然适用。

基于改进基频调制电流源换流器的高压直流输电系统

主动换相型电流源换流器(current source converter,CSC)是一种新型的电流源换流器,其具有功率密度高,控制灵活,且无换相失败风险等优点,在直流输电领域具有广阔的应用前景。采用脉冲宽度调制的CSC存在直流电压波动大,开关损耗高等问题,不适用于直流输电场景。基频调制的CSC虽然缓解了直流电压波动,但是其仅有一个控制自由度,无法实现有功无功独立控制。针对上述问题,在基频调制CSC的基础上,提出一种适用于高压直流输电的改进型基频调制电流源换流器。首先分析改进基频调制原理和换流器交直流侧谐波特性,并设计直流滤波器;然后,建立系统的数学模型,并提出相应的系统功率控制策略;同时考虑到系统需要向无源网络供电的情况,提出一种无源网络供电控制策略。最后在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,验证所提调制方法和控制策略的正确性和有效性。

系统保护中跨区直流频率调制与紧急功率支援的协调控制

为了保障中国特高压交直流混联电网的安全稳定运行,国家电网有限公司积极开展电网系统保护的构建,以提升电网的综合安全防控能力。但随着跨区直流作为灵活控制资源在系统保护中的应用,必须考虑直流功率快速变化会同时对送受端电网造成影响。在梳理中国电网系统保护建设的基础上,系统分析了基于频率响应的直流频率调制对大区电网系统保护的影响,进而从保障电网安全稳定运行和提高跨区控制资源利用效率的角度,提出了综合电网就地和远方信息的直流频率调制与紧急功率支援的协调控制方案,实现大区电网系统保护间的协调动作。最后,基于实际电网仿真算例验证了所提控制方案的有效性。