昆柳龙特高压混合多端直流阀控触发异常分析及优化措施

昆柳龙特高压混合多端直流工程是世界首个特高压混合多端直流工程,较传统两端直流运行方式更加灵活,但也增加了控制保护策略的复杂性。自投运以来多次发生运行异常,其“首台套”控制保护系统和设备的可靠性有待进一步提升。详细分析了昆柳龙直流“6·9”阀控触发异常事件,全面梳理控制保护功能配置和直流响应情况,提出了增加阀组触发异常检测保护功能并实施应用,该策略能准确迅速检测出阀控脉冲丢失或脉冲延时故障,完善了直流控制保护系统对阀组触发异常工况的风险识别和抵御能力,有效提升昆柳龙特高压多端混合直流工程运行的可靠性和稳定性,研究成果可为后续特高压混合多端直流工程控制保护系统的功能设计提供借鉴和指导。

混合级联多端直流暂态过电压机理及抑制措施

混合级联多端直流采用常规直流与柔性直流混合级联的新型拓扑结构,为我国远距离、大容量、多落点的能源传输提供了新模式,但常规直流与柔性直流之间的交互作用也引发了新问题。该文首先揭示实际受端电网交流电压恢复特性导致混合级联多端直流暂态过电压机理以及低端模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)闭锁风险;然后分别从送受端两个方面,提出降功率运行、改进送端移相策略和提升MMC有功功率传输极限等暂态过电压抑制措施。最后,基于PSD-PSModel软件,搭建送受端电网机电暂态和混合级联多端直流电磁暂态的混合仿真模型,仿真验证理论分析的准确性和抑制措施的有效性。

多端直流输电工程大地-金属回线转换策略

针对国内首个常规多端直流输电系统在不同功率水平进行大地回线至金属回线转换的过程中,金属回线转换开关(MRTB)保护动作,导致开关拒动及大地金属回线转换失败的问题,本文通过对大地金属回线转换过程中的电流回路进行分析,推导大地回线与金属回线共存时各个换流站电流的数学表达式,在此基础上分析MRTB拒动原因,并提出改进策略和运行建议,为工程设计和运行维护提供参考。最后,通过仿真证明了本文分析结论的正确性,表明所提改进策略具备工程应用推广价值。

含混合多端直流的电力系统静态电压稳定域构建

针对含混合多端直流输电(Hybrid-MTDC)的交直流系统静态电压稳定域(SVSR)构建难题,提出一种含Hybrid-MTDC的交直流系统静态电压稳定域边界(SVSRB)快速搜索的预测-校正方法.计及多类型换流站的控制策略切换特性和站间控制策略协同,构建含Hybrid-MTDC的交直流系统连续潮流模型,搜索SVSRB上的首个临界点.借助获取的首个临界点信息,根据SVSRB拓扑特性,通过所提预测-校正模型实现含Hybrid-MTDC的交直流系统SVSRB上相邻临界点的快速、准确获取,进而构建出含Hybrid-MTDC的交直流系统SVSR.通过含Hybrid-MTDC的IEEE 5节点和IEEE 118节点测试系统对所提方法进行分析验证,结果表明所提方法可实现含Hybrid-MTDC的交直流系统SVSR高效、准确构建.

混合多端直流输电系统直流侧阻抗建模及谐振抑制

混合多端直流(hybrid multi-terminal HVDC,H-MTDC)输电系统直流场设备的自然等效电阻较小,在控制系统无法提供足够大阻尼的情况下易导致系统直流侧的谐振振荡。首先推导了换相换流站(line commuted converter,LCC)和模块化多电平换流站(modular multilevel converter,MMC)直流侧输出阻抗,在MATLAB中建立了H-MTDC系统的阻抗模型并给出了基于环路增益的稳定判据。其次,通过计算环路增益对各控制参数的频域灵敏度定量地分析了参数变化对环路增益曲线的影响,明确了影响系统谐振特性的主导因素,并结合稳定判据制定了参数调整方案。再次,通过反馈换流站输出的直流电流,将LCC站原定直流电流控制器改进为电流阻尼控制器并设计了控制器参数。最后,通过PSCAD/EMTDC时域仿真验证了所提谐振抑制策略的有效性。

电流裕度控制在多端直流风电并网中的应用

文章构建了多端直流系统的风电并网模型,采用电流裕度控制策略解决电能的稳定问题,利用PSCAD进行仿真验证。当逆变侧换流器发生短路故障时,系统能够快速响应具有故障穿越能力,为今后的风电并网研究提供了参考。

受端混联型多端直流输电系统逆变侧交流故障特性分析及协调控制策略

受端混联型多端直流输电系统具有很好的工程应用前景,但受端不同换流站在交流故障时的耦合特性复杂,其控制策略应能适应各站交流故障穿越的需求。首先研究了受端混联系统逆变侧并联模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter, MMC)侧交流故障时的电流不平衡、过压过流机理,以及电网换相换流器(line commutated converter, LCC)侧交流故障时的功率返送机理。然后,基于故障特性提出了一种简单的协调控制策略,即通过在MMC从站配置基于有功不平衡量的电压补偿来实现并联站间电流平衡,通过设计合适的LCC定电流整定控制来解决严重过压问题。最后基于白鹤滩—江苏多端直流输电工程实际参数的电磁暂态仿真结果,验证了对故障机理分析的正确性和所提控制策略的有效性。协调控制策略不仅能有效解决MMC功率和电流不平衡问题、减小过压过流和避免功率返送,还能改善系统恢复性能,提升系统安全稳定性。

特高压混合多端直流系统故障退站后处置方法研究

本文结合工程运维经验,以±800kV昆柳龙特高压混合多端直流工程为例,介绍多端直流系统运行接线方式,分析多端直流系统故障退站后进入不同运行方式的处置流程,并说明不同处置措施下的直流输送能力变化及负荷损失程度,以期为相关技术人员在多端直流工程现场运维过程中处置退站故障提供参考。

基于多端直流联网的风电功率协调控制

高渗透率风电参与多端直流系统的功率协调能够显著提高电网系统的运行稳定性。综合考虑电网电能质量和换流站功率裕量,将多端直流系统分为3种运行模式,即自由运行模式,下垂运行模式和限流运行模式。根据不同工况,各端的换流站能够协调分配直流电网内的不平衡功率,从而提高系统稳定运行的能力。为进一步改善多端直流系统的功率协调能力,提出了风电的有功协调控制策略。该控制策略根据直流电压变化,控制风电场端电网频率,合理利用变速风电机组的惯性控制与变桨距控制,使风电能够有效分担系统内的不平衡功率。对风电渗透率为30%的多端直流系统的仿真分析验证了在所提3种运行模式以及风电的有功协调参与下,多端直流系统的供电质量以及对于有功扰动的承受能力均可得到改善。

昆柳龙多端直流线路故障恢复及换流站在线退站的系统稳定特性分析

近年来,多端直流系统已经成为颇具竞争力的跨区域大功率输送方案。昆柳龙(昆北-柳州-龙门)多端直流工程将多端直流的工程实践提升到特高压水平。昆柳龙直流系统包含1个常规直流换流站(昆北)和2个柔性直流换流站(柳州、龙门),系统运行方式灵活,在故障清除及恢复过程中需在3个换流站之间进行控制协同,因此控制保护及配套稳定控制系统无法直接沿用常规双端直流工程设计。首先介绍了用于系统稳定性分析的多端直流线路故障恢复及在线退站动作时序,接着分析了送端交流系统在大功率扰动下的频率响应特性,并研究了多端直流故障恢复功能对电网安全稳定影响,提出了各故障下的稳定控制措施,并以昆柳龙直流投产后的年方式数据为基础,通过数值仿真进行了验证。研究成果可为昆柳龙及其他多端直流工程的控制保护功能设计提供参考。

一种将风电场和常规电厂捆绑并网的三端直流输电系统

为将大规模风力发电输送到数千km以外的负荷中心,提出一种将风电场和常规电厂捆绑并网的三端直流输电系统,设计了全系统以及各个换流站的控制器。全系统静态伏安特性的分析结果表明该系统具有较强的静态稳定性。利用PSCAD/EMTDC建立该系统的详细模型,仿真验证了该系统在启动、稳态运行、风电功率波动及故障工况下的运行特性。研究结果表明,该系统在技术上是可行的。该系统为大规模风电的远距离传输提供了一种新的选择。

基于多端直流的可再生能源制氢系统运行控制

该文针对可再生能源制氢系统,提出一种涵盖电力电子变压器、电压源型变换器、DC/DC变换器等单元的协同运行控制方法。首先建立基于低压多端直流的可再生能源制氢系统典型结构,分析不同类型电力电子变换单元的本地控制策略;然后,构建系统整体运行模式,并针对各模式提出多电力电子变换单元的控制策略配合与切换方法。最后通过Matlab/Simulink搭建可再生能源制氢系统仿真模型,对提出的协同运行控制方法进行分析验证。

多送端直流紧急功率相互支援的评估指标

在多送端直流系统的某直流线路发生闭锁故障后,为提高安稳控制的效率,需优先选取支援效果好的直流参与紧急功率支援。为定量评估各非故障直流对故障直流紧急功率支援的效果,将距离故障直流整流站电气距离最近的机组和距离故障直流逆变站电气距离最近的机组定义为关键机组对并给出了关键机组对的辨识方法,由该特定机组间的相对运动表征故障直流两端交流系统的暂态稳定性。再根据故障初期"关键机组对"的相对加速能量评估直流功率支援的效果,建立了多条直流相互间紧急功率支援的归一化评估指标。指标计算表明,直流功率支援的效果与送端电气距离的远近没有直接联系,而是送端电气距离、受端电气距离以及直流本身的可用支援容量3方面综合影响的结果。实际电网仿真表明,实际支援效果的排序与指标评估结果相一致,验证了所提指标的有效性。

基于电压源换流器的三端直流输电系统运行特性

为了研究不同直流网络拓扑结构下电压源换流器型三端直流(VSC-TTDC)系统的运行特性,建立环形和星形两种网络拓扑结构的电磁暂态分析模型,利用Matlab和PSCAD/EMTDC分别实现了不同拓扑结构下VSC-TTDC系统的直流潮流计算和电磁暂态分析,并对两种不同拓扑结构进行全面的对比。结果表明:环形结构具有可靠性高、星形结构经济性好;输电任务较重的场合应优先选择环形结构,对系统电磁暂态特性要求较高的场合应选择星形结构。

交流背景谐波对MMC多端直流的影响分析及抑制策略

连接弱交流系统是基于模块化多电平换流器(MMC)的多端直流输电系统的重要应用场景之一。然而,弱交流系统更易受到谐波扰动的影响,该交流系统中的非线性设备可能形成总谐波畸变率偏高的背景谐波电压,这些背景谐波电压将在MMC的三相桥臂中产生正序、负序及零序电压分量及相应的电流分量。在一些极端情形下,某些频率的谐波将会引起直流网络的谐振,导致直流网络的谐波含量显著增大,并通过直流网络传播到其他互联的交流系统中。因此,本文首先从理论上分析了交流系统电压背景谐波对MMC桥臂电压的影响,获得了谐波传递规律;在此基础上,设计了利用MMC子模块储能能力的抑制直流侧谐波的附加控制策略。在PSCAD/EMTDC中的仿真表明,本文所提出的控制策略能有效阻断背景谐波向直流网络的传播,避免直流网络由于背景谐波产生谐振现象。

大规模海上风电场多端直流网拓扑的优化设计

多端直流输电能够实现多电源供电、多落点受电,是一种灵活、快捷的输电方式,是海上大规模风电场的发展方向。本文详细分析了海上风电场多端直流网的拓扑结构,对各种拓扑结构的线路容量、直流断路器数量、线路利用率、是否需要海上平台等问题进行了研究。在对各种拓扑结构分析对比的基础上,推荐了一种风电场环形拓扑,该拓扑需要断路器数量少(等于风电场的个数),增加了风电场与电网之间功率控制的柔性,是一种优化的拓扑结构,在输电线路故障时,通过断路器和隔离开关的控制,风电场仍可以向电网发电,提高了系统的灵活性和冗余性,并进行了算例验证。文中推荐的拓扑结构对大规模海上风电场多端直流网的运行控制有一定的指导意义。

面向三端直流系统运行边界提升的集成参数优化配置研究

集成优化是多端直流(MTDC)系统的关键技术之一。该文面向低压三端直流系统提出一种提升运行边界的集成参数优化配置方法。首先建立三端MTDC系统等效电路及其特性模型,分析集成参数对系统运行边界的影响;然后,以稳定区域与设计区域的面积差最小、集成成本最低为优化目标,提出集成参数多目标优化模型。最后采用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-II)对模型求解帕累托(Pareto)最优解集,并通过模糊聚类算法筛选出集成参数优化配置方案。对算例进行仿真分析,研究结果表明,所提方法有效可行,能够在保障系统经济性的前提下,显著提升三端MTDC系统运行边界。

基于三线双极结构的扩展式多端直流系统建模与特性分析

为更大程度地提升电网输电能力,缓解潮流拥塞问题,提出了将现有交流线路改造成多端直流系统的想法。通过对三极直流系统的分析,指出了其对多端直流系统的不适用性,进而提出了一种采用三线双极结构的扩展式多端直流系统。首先对扩展式多端直流系统的结构进行了描述,然后针对三线双极结构的运行原理、扩容机理和其核心设备——电流调节控制器的运行特性和可行拓扑结构进行了阐述和分析。最后,通过PSCAD/EMTDC下的仿真分析,验证了三线双极结构在多端直流系统应用中的可行性及相应控制策略的有效性。同时,仿真结果还确立了全桥模块化多电平换流器作为电流调节控制器的可行性。

昆柳龙三端直流系统故障后断路器动作特性

混合多端直流输电系统通过各直流断路器配合实现运行方式转换、隔离故障以及保护等功能,研究各种故障后直流断路器动作特性,对于发现系统潜在风险具有非常重要的意义。构建了昆柳龙(昆北-柳州-龙门)特高压三端混合直流系统及直流断路器PSCAD/EMTDC仿真模型,遍历系统交流侧、站内及直流侧典型故障,针对不同故障恢复过程中断路器动作特性进行分析,并得出各断路器最严重故障状态。研究结果将有助于发现系统薄弱环节,为系统运维和调度提供参考和依据。

新型多端直流输电技术研究

随着电力电子器件的发展,电压源换流器VSC(voltage source converter)在多端直流输电系统中得到了应用。针对传统的基于电流源换流器(CSC)的输电技术的缺陷,例如运行中无功需求大,而且一旦交流系统发生干扰,就容易发生换相失败等等,新型的基于电压源换流器弥补了部分传统输电技术上的缺憾,得到了社会及科研工作者的广泛关注。从工作原理,数学模型以及控制方式等方面综述了目前基于VSC的多端直流系统(VSC-MTDC)研究现状,并对其应用领域,以及存在的问题进行展望。