含风电场的MMC-MTDC系统通用频率响应模型

研究含风电场的基于模块化多电平换流器的多端柔性直流(MMC-MTDC)输电系统频率响应特性意义重大。但时域仿真建模过程复杂,不适用于理论分析,亟须提出完整的风电场与MMCMTDC系统的频率-有功功率-直流电压动态特性分析模型。为此,利用模块化多电平换流器平均值模型交直流侧解耦的特点,独立对电网侧变流器(GSC)交流侧和发电机进行等值建模。计及背靠背变流器、汇集交流线路和风电场侧变流器(WFC)损耗的前提下,根据功率转移规律完成了直驱风机和WFC中间环节化简。以直流线路作为交互端口,结合GSC和WFC等值模型,采用模块化建模方法组建了含风电场的MMC-MTDC系统的有功类分量小信号模型。仿真结果表明,通用频率响应模型能准确模拟频率小扰动的动态过程,并进行稳定性分析,为控制系统参数整定提供参考。

MMC-MTDC系统协调启动控制策略

为快速平稳的启动基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(modular multilevel converter-multi-terminal direct current,MMC-MTDC),避免各站启动时序配合不当引起大的电气冲击甚至启动失败,提出了MMC-MTDC系统协调启动控制策略。首先,指出MMC存在交流侧、直流侧和交直流侧混合3种预充电方式,基于其充电机理,设计了预充电方式识别方法,提出了可将子模块充电至额定电压的闭环均压充电策略;其次,研究了多端系统启动时序的有效配合方案,提出了基于直流电压斜坡控制方式的并联式MMC-MTDC系统协调启动控制策略;最后,通过Matlab/Simulink构建三端系统进行仿真。结果表明:闭环均压充电方法能自动适应MMC 3种预充电方式,使子模块平稳充电至额定值;协调启动策略则能很好的实现多端系统平稳解锁。

基于交替迭代法的MMC-MTDC交直流混合系统的潮流分析

为解决大规模新型可再生能源的并网和消纳问题,多端柔性交、直流混合输电系统成为近年来研究的热点,且潮流计算分析又是研究其稳定控制及故障分析的基础.对此,建立了基于模块化多电平换流器的多端直流输电系统(MMC-MTDC)的稳态潮流计算数学模型,提出了MMC-MTDC交直流混合系统潮流计算的交替迭代求解法,对交流子系统采用传统的牛顿-拉夫逊计算方法,对直流子系统则采用节点阻抗矩阵形式的Gauss-Seidel方法.最后,在MATLAB软件平台编写交替迭代算法程序,以改进的IEEE 9和IEEE 22节点且包含三端MMC-MTDC的交直流混合系统为例进行仿真计算,结果表明所提出的交替迭代求解法具有收敛速度快、准确性高的优点.

基于MMC-MTDC的输电系统直流侧故障保护策略

针对柔性直流输电直流侧故障这一常见且棘手的问题,分析了多电平模块化换流站(modular multilevel converter,MMC)的运行特点和工作原理,提出采用电压裕度控制能较好地适应于MMC多端直流输电系统,并且对控制器进行了设计.在电力系统仿真软件PSCAD/EMTDC的环境下对MMC多端直流输电系统在直流侧故障时的各种情况进行仿真和研究,分析了MMC多端直流输电系统在直流侧断线故障、单极接地故障以及双极间短路故障时的工作特性,提出了相应的保护动作时序.实验结果说明所提出的控制策略能够实现系统故障后的稳定,提高了系统处理故障的能力.

MMC-MTDC输电系统新型直流电压斜率控制策略

针对模块化多电平变流器多端直流(MMC-MTDC)输电系统,考虑到实际工程中系统对直流电压、有功功率调节的准确性和快速性的要求,本文提出了一种新型的直流电压协调控制策略。基于直流电压斜率控制策略,本文将平移直流电压-有功功率(U-P)下垂曲线和改变U-P下垂曲线斜率相结合,提高了直流网络在功率发生不同程度变化时的动态响应速度,消除静态偏差,保证了MMC-MTDC直流电压稳定以及站间功率平衡。最后,在RT-lab实时仿真器中搭建了一个并联型四端直流输电系统,并对所提出的控制策略进行了稳态及暂态仿真分析,验证了其有效性。

MMC-MTDC系统单极接地故障电流计算方法

直流线路单极接地故障是基于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)的多端直流(multiterminal high voltage direct current,MTDC)输电系统最常见的故障类型,分析其故障电流暂态特性对于故障类型的判断、保护配置的设计、系统参数的优化具有较大的工程意义。提出了一种适用于MMC-MTDC输电系统处于单极接地故障下,故障电流的计算方法。首先完整分析了多端直流系统单极接地故障演化机理;然后对单个换流站进行简化等效,进而将多端直流系统简化为RLC等效电路;根据基尔霍夫定律推导出故障前系统的状态方程;故障发生后,通过修改故障前状态方程中的状态变量及系数矩阵,用微分方程数值解的方法求解状态方程,进而求得故障电流。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件上,搭建了三端MMC直流输电模型,仿真结果验证了故障电流计算方法具有较高的精确度。

MMC-MTDC输电系统频率协调控制策略

针对交流系统通过MMC-MTDC实现异步联网后无法实现区域间频率支撑的问题,参照交流系统功-频特性和柔性直流输电系统直流电压下垂特性设计了3种频率协调控制策略:固定频率控制、频率偏差PI控制和功率估算频率控制。固定频率控制将频率参考值设定为常数来获得功率支撑量;频率偏差PI控制是将频率事故换流站的频率与参与协调控制换流站的频率平均值之差作为PI控制器的输入量来获取功率支撑量;功率估算频率控制根据事故换流站交流侧频率的实时变化,利用功-频静特性系数估算功率变化量来决定换流站的功率支撑量。在PSCAD仿真软件中搭建了异步联网交直流系统进行仿真验证,仿真结果表明了所提3种利用MMC-MTDC实现区域间频率协调的可行性和有效性。

基于改进电压下垂控制的MMC-MTDC系统协调控制策略

在基于MMC的新能源多端柔性直流并网系统(Multi-Terminal Flexible DC Transmission System,MTDC)中,传统下垂控制的下垂系数单一,难以适应复杂的扰动工况,影响系统运行的稳定性。因此,以直流电压裕度跟踪为基础,对传统下垂控制进行改进。通过在下垂系数中加入直流电压裕度校正因子,利用换流站实时直流电压偏差数据进行自适应调节,使系统直流电压在接近电压裕度上限时自动减小,保证系统在受到功率扰动或者换流站故障时直流电压稳定分布及有功功率合理分配。最后,建立四端新能源柔性直流并网系统仿真模型,并通过算例验证了控制策略在"N-1"故障下的有效性。

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。

基于分散式储能的风电柔直并网直流故障穿越协调控制

采用架空线的柔性直流输电技术是解决高渗透率、远距离可再生能源并网消纳的有效方案。然而,架空线路故障率较高,其直流故障穿越问题亟待研究。本文提出利用风场现有分散储能实现风电柔直并网直流故障穿越协调控制。首先,研究风电场接入多端柔性直流输电系统(multi-terminal HVDC based on MMC, MMC–MTDC)中MMC及风电场储能系统等主要组成部分的拓扑结构和基本工作原理;其次,针对大规模风电经柔直并网系统的直流故障,定量分析非故障极功率裕量,通过控制风电机组全功率变流器现有并联储能系统来消纳故障期间的不平衡功率;针对不同功率消纳方案,提出由储能系统、换流站、直流断路器和风电场协调配合进行故障穿越,根据直流断路器动作信号进行故障分类,改变换流站控制方式与风电场出力,从而实现不同故障类型的快速恢复。该策略能够保持系统在故障期间并网运行且不出现闭锁、过载等问题,提升系统的稳定性。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建上述仿真模型,详细研究了风电场经MMC–MTDC并网系统的直流故障穿越策略,验证了本文所提出的基于储能系统的直流故障穿越策略能够维持故障期间的功率平衡,实现故障快速恢复,平稳实现直流故障穿越。本文所提故障穿越策略有望对新能源柔直并网提供必要的依据和参考。

柔直电网拓扑对故障电流的影响机理分析

柔性直流(柔直)电网线路故障严重威胁电力系统的安全稳定运行,而柔直电网拓扑对故障电流影响显著。文中首先分析不同接线方式柔直电网分别发生单极接地故障、极间短路故障后,放电电流的主要流通路径。然后,基于频域分析方法,分析得出故障电流主要受拓扑等值电感参数影响,并提出采用简化指标k评估显著影响故障电流的拓扑范围及换流站数目。结果表明,不同接线方式柔直电网分别发生单极接地故障、极间短路故障时,拓扑中各换流站放电程度取决于指标k,k越大换流站放电程度越大,反之则越小。最后,基于PSCAD仿真平台分别搭建五端伪双极及五端真双极系统进行验证,结果表明,所提故障电流高频分析方法及简化指标均正确有效。

MMC-HVDC系统结构对多端直流电网故障的影响分析

主要针对基于MMC的多端直流输电网直流故障特性进行研究。首先,对不同系统结构下换流站的稳态运行特性及短路故障电流路径进行研究,提出了不同MMC-HVDC系统结构直流接地故障电流路径的通用分析方法;然后,基于上述方法分析了不同接地方案对故障电流的影响,并提出了一种多端直流系统直流侧接地方案确定分析方法;最后,通过仿真模型对一个5端直流电网在不同系统结构下的接地与非接地直流故障响应进行了比较分析。研究结果说明了伪双极系统具有最好的单极故障电流特性,而直接接地系统受单极故障的影响最大;同时,仿真结果也说明了直流电抗对所有系统结构下的所有直流故障方式均具有良好的改善作用。

MMC-HVDC互联系统协调控制策略与频率响应分析

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型直流输电技术是近年来新能源集中送出和远距离异步联网较好的解决方案。负荷变化通过直流电网对交流系统产生的频率响应是一个重点研究课题。研究了基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电(modular multilevel converter based multi-terminal high voltage direct current,MMC-MTDC)系统的协调控制策略,通过交流电网的频率下垂控制和MMC换流站的直流电压下垂控制实现瞬时功率的平衡。通过引入换流站附加频率控制策略,使某个换流站交流系统出现负荷-频率变化时其他交流系统可以通过直流电网参与功率和频率调整,并进行理论推导频率响应关系,得出频率响应矩阵。在PSCADX4/EMTDC仿真软件搭建四端直流电网模型进行验证,结果表明控制策略的有效性与频率响应分析的可行性。

新型牵引供电系统直流侧二次波动分析与抑制

为解决传统牵引供电系统中存在的电能质量和过分相问题,介绍了一种基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)的新型牵引供电系统。分析了新型牵引供电系统中出现的直流电压、电流二倍频波动问题,主要有两方面原因:一是受端单相H桥型模块化多电平换流器(SPH-MMC)正常工作时内部环流将流入直流侧引起直流电压、电流二倍频波动;二是送端三相MMC因电网电压不平衡时桥臂中存在的零序电压分量造成直流电压、电流二倍频波动。为此,对于SPHMMC基于准比例谐振控制器和二阶广义积分器设计环流抑制控制器;对于三相MMC设计无需锁相环和无需电流正、负序分解的电网不对称故障控制器,利用电压补偿技术设计直流侧二倍频波动抑制器。最后,以三端单相-三相MMC-MTDC仿真模型为例验证该文的分析结果和所提出的控制策略。

多端柔性直流输电系统的启动控制策略

为了平稳快速地启动基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC),提出了一种启动控制策略。首先,为了最大限度地降低启动过程中直流电压的跌落,给出了一种直流侧预充电的有序解锁方案。其次,从充电等值电路的二阶RLC回路出发,推导出了限流电阻选取的表达式。随后,考虑交流系统的强弱情况,推导出了交流电压跌落比与系统短路比之间的关系,并给出了相应的启动控制策略。最后,在时域仿真软件PSCAD/EMTDC下搭建了5端系统进行仿真。结果表明:直流侧预充电的有序解锁方案能够最大限度地降低解锁过程中直流电压的跌落;以电压跌落0.1倍额定值为界限,当交流系统短路比(SCR)>3.5时,此系统连接的换流站适合交流侧预充电启动,否则,应采用直流侧预充电启动。

舟山多端柔性直流系统交流故障穿越能力分析

介绍了世界首例五端柔性直流输电工程——浙江舟山柔性直流输电工程的概况和主要设备组成,分析总结了舟山柔性直流输电工程控制保护系统的总体结构和主要功能,重点研究了舟山MMC-MTDC控制保护系统中的交流故障穿越控制策略,最后通过实验分析了舟山MMC-MTDC系统在交流侧单相接地故障、两相接地故障、两相短路故障、三相短路故障四种情况下的瞬时故障穿越能力。本文研究结果可为舟山五端柔性直流输电系统安全稳定运行提供技术支持和理论保障。

多端柔性直流输电系统动态协调优化控制策略

针对多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)采用定系数下垂控制存在功率分配失衡、直流电压越限及运行损耗较高的情况,提出一种动态协调优化控制策略。该控制策略考虑网损、直流电压偏差、换流站功率裕度、系统电压静态稳定裕度等因素对系统的影响,建立非线性多目标优化求解模型,并采用基于Pareto最优解集的多目标遗传优化算法计算受端下垂控制站的直流电压参考值、直流功率参考值和下垂系数。然后将求解得到的最优控制参数应用于系统,使换流站动态修正实际运行点以保证系统的稳定与经济运行。最后,建立四端MMC-MTDC系统并对所提控制策略进行仿真验证。结果表明,该控制策略可在满足各项稳定运行指标的前提下,根据系统运行工况得出最优控制参数并动态修正运行点,实现降低系统运行损耗和各站直流功率不满载的目标。

适用于MMC多端柔性直流配电网的改进电压下垂控制研究

传统交流配电网本质上是不可控的,难以适应现代多元电力供应方式,配电网会出现电压不平衡、电能质量较差等问题。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的出现促使配电系统更加可控,为交流配电系统向直流配电系统发展提供了技术基础。介绍了MMC的基本原理,推导了其数学模型。针对配电系统频繁出现功率波动而引起的直流母线电压变化的情况,提出一种改进电压下垂控制策略,该策略能够抑制功率波动引起的过电压,消除电压越限,更有利于多端直流(Multi-terminal DC,MTDC)系统的电压稳定。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了并联四端直流配电系统,对所提的控制策略进行验证,仿真结果验证了其有效性。

含限流器的多端柔直系统故障保护策略

针对采用模块化多电平换流器(MMC)的多端直流系统(MTDC)故障电流大、上升速度快,现有混合式直流断路器(DCCB)无法快速有效隔离故障区域的问题,提出一种新型故障处理策略。通过对比电感型超导限流器(I-SFCL)和电阻型超导限流器(R-SFCL)对短路电流的影响,选取更具限流优势的R-SFCL,结合实验建立其失超和恢复超导态的等效模型。在分析R-SFCL和DCCB配合原理的基础上,提出R-SFCL和DCCB配合的故障处理流程。基于舟山工程在PSCAD/EMTDC仿真平台上对所提新型配合策略加以验证,仿真结果表明该配合策略能够快速地隔离故障,实现非故障站的故障穿越,提高了MTDC系统的稳定运行能力。

风电多端柔性直流并网系统交流送出线故障短路电流解析

随着海上风电的发展和区域风电装机容量的增大,规模化新能源电源通过多端柔性直流(MMC-MTDC)并网成为风电并网的一种趋势。然而,考虑MMC-MTDC和永磁风机构成的多换流器系统协调故障穿越及其故障特征解析尚未得到有效解决,亟待针对性研究。文中首先对传统风电MMC-MTDC并网系统故障穿越策略进行优化,给出了可行的穿越策略。进而结合多个换流器各自故障的解析,利用换流器与永磁风机换流器之间功率传输平衡原则,提出了能够全面反映风电MMC-MTDC并网系统交流故障特征的稳态短路电流解析表达式,解决了多换流器级联故障特征难以解析的问题。最后,基于实际工程参数在PSCAD/EMTDC仿真平台进行建模,仿真结果验证了所提故障穿越控制的有效性和稳态短路电流计算式的正确性。