一种组合换流器内部直流电压均衡控制方法

模块化多电平换流器(MMC)适用于高压大容量柔性直流输电系统,采用基于MMC的组合换流器拓扑是提升直流输电电压等级和容量的有效手段之一。首先,分析了组合换流器的拓扑和稳态基本控制策略,以及系统直流电压扰动时各换流单元的能量和电压变化趋势,指出其稳态运行时存在串联换流单元电压不均衡问题;然后,提出在定功率站附加电压均衡控制策略,即在有功控制通道上叠加一个均压控制量,以实现换流器内部直流电压的均衡控制和功率均分。最后,在PSCAD/EMTDC环境下搭建基于MMC换流单元的组合换流器双端直流系统仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

适用于±500kV/3000MW柔性直流输电换流器的电路拓扑损耗特性研究

电网异步互联和可再生能源装机容量增加的现实需求,推动柔性直流输电系统已经达到3000MW的级别。当前,受功率半导体器件发展水平所限,需要设计组合式模块化多电平换流器(MMC)拓扑实现柔性直流输电系统的扩容。但是,不同组合方式下系统参数设计以及所适用IGBT器件类型差异很大,这对多变量下的组合式换流器损耗特性研究提出了挑战。本文首先提出了一种单台MMC的损耗计算方法,然后推导了组合式MMC的损耗计算解析表达式。在此基础上,对比分析了采用4500V/1500A和4500V/3000A IGBT器件的情况下,四种适用于±500kV/3000MW柔性直流输电换流器的组合式MMC拓扑损耗特性。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,四种拓扑中并联式MMC拓扑的损耗最小,验证了损耗特性分析的正确性。

基于模块化多电平换流器的静止无功补偿装置的研究

介绍了模块化多电平换流器的基本原理,并推导了其数学模型。针对其应用于中高电压等级的静止无功补偿装置场合,提出了一种最近电平逼近调制的算法和基于桥臂电流方向的子模块均压策略。针对静止无功补偿装置强耦合、非线性的特点,采用dq前馈解耦的方法实现无功功率和直流电压的解耦控制。在PSCAD/EMTDC软件平台搭建了71电平的详细仿真模型,仿真结果验证了调制、控制策略的有效性。

柔性直流输电多电平换流器拓扑结构分析

随着电力电子器件的进一步发展促进了柔性直流输电的发展,传输容量进一步增加。柔性直流输电在输送距离较远时能够显现出较大的优势,由于这种调节具有快速而准确的特点,从而易于对整个系统的潮流进行有效控制。文章主要分析了应用于柔性直流输电技术的多电平换流器主要拓扑结构及其优缺点。模块化多电平换流器由于具有较强的直流侧故障穿越能力获得了广泛的应用。

大容量架空线柔性直流输电关键技术及前景展望

柔性直流输电技术(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)应用于远距离大容量架空线输电是实现我国能源资源优化配置的客观要求,也是电网技术发展的未来趋势。目前柔性直流输电技术扩展到架空线输电场合所面临的关键问题有:直流线路故障难以快速清除、输送容量难以与传统直流输电相媲拟、主接线方式和接地方式选择原则还没有定论等。针对问题1,分析现有工程所采用的拓扑结构在直流故障下的脆弱性,重点综述具有直流故障穿越能力的拓扑结构。根据其处理直流故障的特点将其划分为3种基本类型。对比分析几种典型拓扑的优缺点。针对问题2和3,为实现高电压大容量输电任务,提出基于组合式换流器的双极结构拓扑。该结构内每极由若干基本换流单元(basic converter units,BCU)串并联构成,接地极线从上下正负极结构中间引出。分析4种单元扩展的方式。综述可行的接地方式及其优缺点。最后,结合我国电网结构特点和能量流动特点,分析两种基本的柔性直流系统结构,指出其所面临的挑战和机遇。

消解多直流馈入问题的两种新技术

描述了可消解多直流馈入问题的电网动态分区技术和柔性直流输电技术。基于对物理机理的分析,将多直流馈入问题分为两个方面,即由交流系统故障引起的多回直流线路同时换相失败问题和由直流线路双极故障导致的潮流大范围转移问题。针对电网动态分区技术的实现途径,提出了采用大阻抗故障限流器实现电网动态分区的技术方法,并演示了电网动态分区技术解决多回直流线路同时换相失败问题的有效性。阐述了采用柔性直流输电技术消解多直流馈入两方面问题的有效性,并对柔性直流输电技术向大容量和架空线路方向发展所遇到的接地方式、串并联组合式换流器技术和直流侧故障自清除问题进行了探讨。

LCC-C-MMC混合高压直流系统直流低电压穿越控制策略

现有传统混合高压直流(HVDC)存在3个关键问题:直流侧故障的自清除问题、电压源型换流器(VSC)输送容量难以与电网换相型换流器(LCC)相媲拟、整流侧交流故障引起的直流低电压穿越问题。为此,提出了一种新型的LCC-C-MMC混合高压直流方案,逆变侧由C-MMC改进型拓扑串并联组合构成。研究了混合直流稳态运行控制特性,分析了整流侧故障引起输送功率中断的原因。提出了带投旁通的后备定电压控制策略,分析了投旁通对过程中系统的等值电路和桥臂充电特性。通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了所提控制策略的可行性。仿真结果表明:引入的3次谐波注入调制和无功功率动态调整策略扩展了系统的稳态和暂态调节范围,使得系统在交流电压跌落10%时运行特性良好;当故障严重时(如测试算例中交流电压跌落50%),旁通对快速旁路高位端的换流单元使系统进入半压运行模式,剩余健全的换流单元可维持功率的持续输送;投旁通对过程中,箝位二极管所串联的电阻可以有效抑制充电电流,减少处于闭锁状态的桥臂电容的上升幅值。

基于差分进化膜计算的MMC-HVDC控制参数优化

基于模块组合多电平换流器MMC的新型高压直流HVDC输电具有广阔的应用前景。针对传统控制器优化方法的不足,提出了一种基于差分进化膜计算的MMC-HVDC控制参数优化方法。基于MMC-HVDC的控制原理,在PSCAD下搭建了MMC-HVDC的仿真模型,利用差分进化膜计算优化控制系统参数。算例分析表明:该控制器能有效改善系统受到短路故障扰动后的动态特性;通过比较原参数、基于差分进化算法的优化结果和基于自适应差分进化算法的优化结果,验证了该方法的有效性。

Study on ultracapacitor-battery hybrid power system for PHEV applications

For the battery only power system is hard to meet the energy and power requirements reasonably, a hybrid power system with uhracapacitor and battery is studied. A Topology structure is analyzed that the uhracapacitor system is connected with battery pack parallel after a bidirectional DC/DC converter. The ultracapacitor, battery and the hybrid power system are modeled. For the plug-in hybrid electric vehicle （PHEV） application, the control target and control strategy of the hybrid power system are put forward. From the simulation results based on the Chinese urban driving cycle, the hybrid power system could meet the peak power requirements reasonably while the battery pack＇ s current is controlled in a reasonable limit which will be helpful to optimize the battery pack＇ s working conditions to get long cycling life and high efficiency.