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。

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。

多端直流输电工程交流滤波器设计与无功补偿研究

多端直流输电系统是实现多个能源、负荷中心跨区域互联的有效技术,在技术性和经济性等方面都具备较强竞争力。笔者以我国企业承建、目前在建的某项海外多端直流输电工程为例,进行多端直流输电工程交流滤波器设计与无功补偿研究。该工程中某换流站是弱交流系统,对电压稳定性要求较高,标称频率为60Hz,设计交流滤波器时采用依照北美惯例的性能指标—IT乘积。介绍了多端系统与双端系统差异,IT乘积的计算假设回路结构,在此基础上针对换流站弱交流系统设计出满足性能要求的交流滤波器,并进行无功补偿研究。研究结果对最终确定实际工程交流滤波器方案具有一定的参考作用。

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。

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。

含大规模储能的多端直流输电系统协调控制策略

近年来,储能和直流输电系统作为大规模新能源发电并网、消纳和远距离传输的关键技术,得到了迅猛发展。然而,规模储能的接入增加了电网调度复杂性,对电网安全稳定带来挑战。为了解决上述难点,提出了含大规模储能的多端直流输电系统协调控制方法。首先,分析了可再生能源及储能并网模型,给出了风电、光伏及储能的控制策略;其次,提出了风、火、光、储多端直流输电系统的综合能源控制策略;最后,通过系统仿真,验证了文章所提控制策略的有效性。研究表明,基于所提控制策略,电网加入储能系统后,各种工况下受端电网功率波动范围均在±5%以内,系统达到稳定状态响应时间均小于0.5 s,使得受端电网具有快速调节能力,提高了新能源富集区域电网的稳定运行能力。

三端直流输电系统一送二方式下解锁与极投入时序研究

三端直流输电系统一送二方式下解锁和极投入过程中,整流站和任一逆变站解锁后,系统直流偏置电压会对第三站的解锁过程产生影响。基于工程案例,分析直流偏置电压导致第三站解锁不成功的原因,研究解锁时序,提出解决方案,并进行仿真分析论证。

多端直流输电技术及其发展

分析了多端直流输电系统的运行机理,概述了国内外多端直流输电的应用情况,并从多端直流输电系统的模型建立、控制策略、直流调制、潮流计算以及基于VSC的多端直流输电技术等几个方面综述了国内外在理论方面的研究成果,展望了多端直流输电技术的发展趋势,认为多端高压直流输电也是我国大区电网发展中值得考虑的一种电网互联模式和可供选择的输电方式。

多端直流输电系统中限流电抗器配置研究

多端直流电网的故障暂态发展极快,因此在实际工程中一般需要配置限流电抗器来抑制故障电流的上升。但是,限流电抗器的配置在限制故障电流的同时,也会对非故障的部分产生影响,因此文中对多端直流输电系统中限流电抗器的配置进行了研究。建立了多端直流输电系统的故障计算模型,并给出了包含断路器各动作阶段的系统状态量的计算方法;分析了多端直流输电系统中限流电抗器的配置需要考虑的问题;以四端直流输电系统为例,针对不同的限流电抗器配置情况下的直流系统故障过程进行了仿真计算,并根据计算结果分析了限流电抗器对系统最大故障电流、换流站闭锁情况、直流母线过压情况和过电流衰减时间等问题的影响。

多端直流输电系统主回路稳态参数计算

基于两端直流输电技术的多端直流输电系统(multiterminal HVDC,MTDC)通过连接多个送端与多个受端,增大了单回直流线路的输送容量,在技术性和经济性上都具有很强的竞争力。主回路稳态参数计算是其系统设计的基础和重要环节。为此,首先分析了计算时需要考虑到的限制条件和直流系统运行方式。在此基础上,具体描述了主回路稳态参数计算的过程,并将其分为3个主要步骤:设定系统参数、稳态参数计算和无功校验。同时详细分析了每个步骤的计算方法。最后通过设计一个四端直流输电系统示例,验证了主回路稳态参数计算的有效性。

基于多端直流输电的风电并网技术

以西北电网大规模风场为背景,提出了采用相控换流器的多端直流输电系统(LCC-MTDC)进行大规模风电并网的方法,同时结合西北电网拟建直流输电项目,构建出用于风电并网的多端系统拓扑图并设计了相关器件的参数。在推导出LCC-MTDC数学模型基础上,提出了适用于LCC-MTDC系统的电流裕度控制策略,分析了系统出现扰动时换流器通过控制策略切换而重新恢复稳定运行的原理。PSCAD/EMTDC软件中的仿真结果表明:所提出的控制策略具有良好的控制特性,特别是在故障条件下能有助于系统快速恢复。

适用于海上风场并网的混合多端直流输电技术研究

针对海上风电并网的需求,提出了采用VSC换流器连接海上风场和弱受端交流系统,LCC换流器连接较强交流系统的混合多端直流输电系统拓扑结构,并对一个混合5端直流输电系统进行了详细研究。分析了5个换流器的电压电流控制特性,设计了直流系统控制策略,研究了系统在风速波动、逆变侧VSC和LCC分别出现三相短路故障以及直流线路故障时系统的动态响应特性。仿真结果表明所提出的混合多端直流输电系统具有较好的运行特性,可以适应海上风电并网的需求。

多端直流输电系统控制研究综述

多端直流输电技术具有多起点多落点等特点,作为目前实现新能源并网最具潜力的方式,是未来直流电网发展的主要趋势。多端直流输电系统控制是实现系统稳定运行的关键技术之一,从多端直流输电技术发展的背景入手,概述多端直流输电技术的发展现状,介绍目前多端直流输电系统功率协调控制的主要方式及存在的问题,并讨论分析多端直流输电系统的控制及保护方法,为多端直流技术的后续研究提供参考。

海上多端直流输电系统协调控制研究

为了避免多端直流输电系统(multi-terminal DC,MTDC)对各换流站之间高速通信的要求,实现各换流站间的自主协调控制,基于电压源型换流器的电压?电流特性和故障时减少风功率注入的思想,提出了种应用于大规模海上风电场功率远距离外送的多端直流输电系统协调控制策略。在多端直流输电系统正常运行时,网侧换流器不仅可以控制直流电压的稳定,而且可灵活对电网进行风电功率传输。在多端直流输电系统故障运行时,风场侧换流器来保持直流电压的稳定和协调风场间各风机出力。后,搭建了Matlab/Simulink仿真模型,针对所提出控制策略的动态性能进行了仿真验证,结果表明所提控制策略能够保持直流电压在交直流故障等大扰动下相对稳定,维持系统正常运行。

基于CSC和VSC的混合多端直流输电系统及其仿真

研究了一种新型混合多端直流输电系统,其换流器可以分别由电压源换流器(VSC)和电流源换流器(CSC)构成,各个换流器之间以并联方式连接。为验证该直流输电模式的有效性和可行性,建立了一个混合三端直流输电系统仿真模型,包含1个电流源整流器、1个电流源逆变器和1个电压源双向换流器,并分别设计了2种控制策略。当采用第1种控制策略,即电流源整流器采用定电流控制,电流源逆变器采用定电流控制,电压源双向换流器采用定直流电压控制和定交流电压控制时,混合多端直流输电系统在启动、稳态运行、直流和交流故障等情况下具有良好的运行特性,不失为一种有效的直流输电模式,能够综合利用常规直流输电和轻型直流输电各自的优点,有效扩展常规直流输电系统的适用范围。

适用于多端直流输电系统的模块化多端口直流潮流控制器

针对多端直流输电系统潮流控制技术问题,提出了一种模块化多端口直流潮流控制器(MM-DPFC)。与现有DPFC相比,其在保留无需配备外部电源、输电线路功率双向可控以及多端口输出等优势的基础上,保证了DPFC各端口输出电压可基于本地进行独立控制,避免了传统多端口DPFC对输电系统主换流站直流输出电压调节的依赖,增强了其控制方式的灵活性与系统的可靠性。同时,其采用标准模块化设计,易于实现后期的端口拓展与系统冗余。文中首先详细分析了该控制器的拓扑结构与工作原理;然后,设计了相应的控制策略,保证了控制器的有效运行;最后,通过仿真与实验对其进行了多种工况下的验证。

采用多点直流电压控制方式的VSC多端直流输电系统

基于电压源型换流器VSC(VoltageSourcedConverter)的多端新型直流输电系统VSC鄄MTDC(VSC鄄Multi鄄TerminalDirectCurrent)具有广阔的应用前景,如中/低压输配电、分布式发电、电力市场应用等。首先介绍了VSC鄄MTDC的基本原理与控制方法。随后提出了一种多点直流电压控制方法。通过原理分析与仿真实验,证明该方法是切实可行的,且比单点直流电压控制具有更多的优点,如改善直流电压的质量、提高换流器利用率等。

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。

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。

一种基于电压源型多端直流输电的供电系统

针对目前单个电压源型FACTS装置只能抑制和消除某一种特定的电能质量问题,提出了一种能综合控制电能质量的新供电方案,其核心是将电压源型多端直流输电系统应用于向重要负荷供电的方案设计。介绍了该供电方案的系统结构,并设计了相关的控制器。一电压源型五端供电系统在几种典型异常运行工况下对重要负荷供电影响的数字仿真表明,电压源型多端直流输电系统是实现电能质量综合控制的有效供电方案。