LCC-MMC混合三端直流输电系统送端交流故障下的不间断运行协调控制策略

为实现基于电网换相换流器与模块化多电平换流器(LCC-MMC)的混合三端直流输电系统送端交流故障下的直流低电压穿越,提出兼顾传输容量与响应速度的自适应电压协调控制策略及有功功率分配策略。在维持故障期间功率续传的前提下,定量分析了模块化多电平换流器(MMC)的降压值以减少传输功率的绝对值损失量,并设计MMC根据本地直流电流偏差快速减投子模块总数的降压方式;考虑到半桥型MMC的调制比约束,设计正极MMC定量吸收无功功率与负极MMC动态调整交流电压参考值的换流站极间协同控制策略;同时,为抑制从站的过电流及避免送端严重交流故障时主站的潮流反转,提出各受端换流站有功功率自适应调整的控制方式。最后通过对输电系统送端交流电压跌落不同幅度时的故障穿越效果进行仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。

混合多馈入直流输电系统中LCC分层接入方式下后续换相失败抑制策略

随着直流输电的发展,LCC-HVDC与VSC-HVDC将不可避免的馈入同一区域电网,我国部分地区已经形成了混合多馈入直流输电系统,而受端LCC分层接入方式能够提高混合多馈入直流输电系统的电压支撑能力。受端分层接入方式下特高压直流输电工程在本层阀组发生换相失败时,由于层间耦合关系,可能引发非故障层阀组同时发生换相失败。提出基于MMC快速无功支援与LCC非故障层超前触发角补偿的协调控制策略,根据不同交流电压跌落程度,考虑受端MMC四象限运行能力向受端LCC非故障层提供无功支援,需要的无功支援量在MMC四象限运行范围内时,仅由MMC进行无功支援,利用公共耦合母线的电压跌落值确定MMC无功支援指令值。需要的无功支援量超过MMC四象限运行范围内时,MMC无功支援指令值为四象限运行有功临界值时的无功最大值,同时启动LCC非故障层的超前触发角补偿控制。大量仿真测试表明所提协调控制策略对高低端逆变器同时发生换相失败的抑制效果明显。

含LCC/MMC交直流混联系统的状态估计及不良数据检测

基于调度系统导出的通用信息模型(common information model,CIM)中的XML和E文档,从数据生成的角度出发,首先将导出文档转化为状态估计原始输入数据,考虑交流系统与电网换相换流器(line commutated converter,LCC)、模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)以及LCC与MMC间的相互影响,采用统一迭代法对500kV子网络进行交直流状态估计建模;其次,在原始量测数据的基础上施加高斯噪声,借助最大化残差检验方法以进行不良数据的检测与辨识;最后,通过仿真数据验证了交直流状态估计模型及不良数据检测与辨识的有效性。

基于模块化思想的LCC-HVDC改进小信号建模及交互稳定性分析

随着电网换相型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current, LCC-HVDC)技术的广泛应用,交直流混联电力系统的交互稳定性问题日益突出。首先基于状态空间平均法建立了考虑非线性换相重叠动态过程的LCC换流器传递函数模型。为适应愈加复杂的直流输电系统建模,提出利用模块化思想分别建立LCC-HVDC各子系统小信号模型,并推导了能反映交直流系统和换流器之间电气耦合特性的接口矩阵实现子系统连接,从而模块化建立精确且易于扩展的计及控制链路延时和锁相环输出相位波动的双端LCC-HVDC系统改进小信号模型。最后分析了控制系统参数和控制链路延时对系统小干扰稳定性的影响以及失稳模态的主导因素,揭示了双端LCC-HVDC系统交直流混合谐振机理及送受端交互影响具体过程。研究结果可以为系统参数设计、谐振抑制措施提供理论基础。

倍压整流型LCC谐振变换器轨迹控制启动策略

倍压整流型LCC谐振变换器兼顾了串联和并联谐振变换器的优点,具有高电压增益、抗负载短路、兼容变压器寄生参数等能力,已成为医用X光机高压发生器的优选拓扑。然而,倍压整流器中的电容参与谐振,增加了谐振元件数量,导致变换器的动态特性更复杂,进而对建模和控制提出更高的要求。传统的基波近似法和线性控制难以实现精确建模并跟踪控制指标。对此本文采用状态平面分析法,通过分析变换器的工作原理建立各模态归一化状态轨迹方程。在此基础上,提出一种状态轨迹控制启动策略,通过设置谐振电流限幅值,根据输出电压变化规划最优路径,使状态变量在最短时间内跟踪谐振腔最优轨迹,以此计算最佳开关频率。最后,在50 kW/140 kV的样机上验证所提建模方法的准确性和控制策略有效性。实验结果表明,所提方法有效提升了启动速度,实现了不同电压等级之间的快速切换,抑制了谐振腔电流、电压过冲。

新能源基地经LCC-HVDC送出系统振荡机理分析与抑制策略(三):振荡抑制策略

针对新能源基地经电网换相换流器型高压直流(line commutated converter-based high voltage direct current,LCC-HVDC)送出系统次/超同步振荡问题,现有研究主要通过新能源侧阻抗重塑设计实现振荡抑制,考虑到实际系统并网台数多、机型繁杂、故障穿越性能等因素制约,其设计裕度受到限制。该文通过LCC-HVDC阻抗重塑实现系统次/超同步振荡抑制。首先,提出送端换流站定触发角控制、受端换流站定直流电流控制的LCC-HVDC阻抗重塑控制策略,建立计及阻抗重塑的LCC-HVDC阻抗解析模型,并验证阻抗模型的准确性。然后,对比分析重塑前后阻抗特性变化,阐述阻抗重塑控制策略的作用机理,消除原有送端换流站直流电流环与功率电路重叠效应所产生的负阻尼。进一步,基于LCC-HVDC阻抗重塑,优化新能源并网点系统阻抗特性,提升直驱风机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)、双馈风机(doubly-fed induction generator,DFIG)以及光伏(photovoltaic,PV)不同类型新能源基地经LCC-HVDC送出系统稳定裕度,消除系统次/超同步振荡风险。最后,不同类型新能源基地经LCC-HVDC送出系统仿真结果验证了该文提出的基于LCC-HVDC阻抗重塑振荡抑制策略的有效性。

受端近区光伏电站对LCC-HVDC系统稳定性影响分析

中国湖北等地已形成高比例新能源和直流共同馈入的新型受端电力系统,光伏电站馈入直流受端换流站近区时,电力电子设备次同步振荡特性及子系统间交互作用有待分析。采用特征值分析法,对大规模光伏电站馈入对直流系统稳定性影响展开研究。首先,建立了大规模光伏电站直流受端并网系统小信号分析模型,从模态角度证实光伏电站馈入对直流系统稳定性存在较大影响。进一步,通过主导模态观察各子系统间的交互作用特性,以减小系统次同步振荡风险为目标,整定光伏控制参数可行域。最后,定义子系统参与度,衡量运行参数对系统间次同步交互作用的影响,得出受端电网强度较小、光照强度较大时,光伏电站与直流系统间交互作用更强的结论,同时在设计光伏电站并网时应选取阻抗比小的导线,减小光伏并网线路距离。研究结论可为光伏并网设计提供理论依据。

基于LCC/N补偿拓扑的无线恒定电流充电技术研究

无线充电系统需要满足与负载无关的恒定输出电流和零相位角充电过程,来实现高传输效率。现有的恒流充电型系统存在输出电流受松耦合变压器参数的限制、接收侧体积大、开发成本高等问题。提出了一种LCC/N补偿拓扑无线充电系统及其相应的参数调整方法,在ZPA运行下实现恒定电流充电。由于接收侧不需要补偿元件,因此保证了WPT系统实现恒定电流充电模式的前提下,还满足了接收侧的紧凑性和轻便性,节省了生产成本。

考虑整流性负载特性的LCC-S型无线电能传输系统优化设计

无线电能传输系统中的整流性负载具有非线性特征,而对系统传输特性分析和谐振参数设计时常采用基波分析法,将整流性负载等效为纯电阻,导致理论分析与实际存在一定偏差、系统偏离谐振状态。针对该问题,以LCC-S型无线电能传输系统为研究对象,考虑谐波以及整流性负载的非线性,对系统传输特性进行分析,进而提出基于整流性负载补偿的负载阻抗和接收端串联谐振电容参数的计算方法,并对逆变电路开关特性进行分析验证。所提接收端谐振参数设计方法能够使系统接收端回路谐振,提高系统的输出功率;降低逆变电路开关管的关断电流,提升系统的传输效率。搭建了一套2.5 kW的LCC-S型无线电能传输实验平台,验证了理论分析与所提参数设计方法的有效性和正确性。

改善局部电网暂态电压稳定特性的LCC-HVDC控制策略优化

随着广东电网负荷中心柔性互联工程的实施,电网分区间的交流联系变弱,大容量常规高压直流馈入的局部电网动态无功支撑能力下降,在逆变站近区严重交流故障冲击下可能暂态电压失稳。结合穗东换流站近区的暂态电压稳定问题,提出了优化直流低压限流控制(voltage dependent current order limiter,VDCOL)参数并附加限制直流功率上升速率的优化控制策略,设计了基于逆变站交流母线电压特征的控制策略自适应切换逻辑,有效减少了直流恢复过程中的无功消耗,达到以最小的控制代价实现最优控制效果的目的;基于实际电网运行方式和直流控制保护系统,仿真验证了所设计方案能显著提升换流站近区的暂态电压稳定性,并在一定程度上可减少交流系统故障后的直流换相失败。相关技术方案已在多个直流工程投入实际应用。

双边LCC拓扑磁耦合机构补偿网络参数设计方法

基于磁耦合谐振式技术原理,采用一种双边LCC拓扑补偿网络参数设计方法。首先对双边LCC拓扑主电路数学模型进行分析,设定线圈自感与串联补偿电感的电感比值。然后通过编写M文件和搭建Simu⁃link仿真平台,根据电感比值与效率之间的关系,找到最优效率点。最后搭建全SiCMOSFET器件系统实验平台进行验证。实验结果表明,通过设置合适的电感比值,在满功率偏移范围内,耦合机构效率能够保持在95%左右,系统最大效率大于92.5%,证明了该补偿网络参数设计方法是有效的。

新能源基地经LCC-HVDC送出系统振荡机理分析与抑制策略(二):阻抗特性与振荡机理分析

该文基于系列文章1建立的电网换相换流器型高压直流(line commutated converter-based high voltage direct current,LCC-HVDC)阻抗模型,开展新能源基地经LCC-HVDC送出系统阻抗特性和振荡机理分析。首先,研究LCC-HVDC送端交流端口阻抗与阀本体交流阻抗、交流滤波器阻抗间的构成关系,分析直流线路、受端换流站、受端电网强度对送端换流站阀本体交流阻抗的主导影响;然后,研究送端换流站直流电流环对阀本体交流阻抗的重叠效应,分析送端换流站交流端口阻抗次/超同步频段负阻尼特性形成机理,并论述受端换流站和受端电网强度对送端交流端口阻抗特性的交互影响;接下来,建立新能源基地经LCC-HVDC送出系统等值模型,研究送端系统振荡边界条件,阐明LCC-HVDC对新能源并网点阻抗特性影响的变化规律,揭示直驱风机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)、双馈风机(doubly-fed induction generator,DFIG)、光伏(photovoltaic,PV)不同类型新能源基地经LCC-HVDC送出系统次/超同步振荡机理;最后,不同类型新能源基地经LCC-HVDC送出系统仿真结果验证了该文提出的次/超同步振荡机理的正确性和通用性。

双极型LCC-HVDC直流系统作为黑启动电源的启动方法及策略

科学合理的黑启动电源及方案是应对电网灾变停电的最有效策略,可加快其系统恢复进程,大幅减少停电损失。双极型换相换流器型高压直流系统(LCC-HVDC)具有调节灵活输电容量大的优势,但其作为黑启动电源存在一定的困难。提出了以双极型LCC-HVDC为黑启动电源的黑启动方法及完整过程,实现向受端无源网络恢复供电,以加速其恢复进程。首先给出了双极型LCC-HVDC作为黑启动电源时所面临的问题及相应的解决策略;进而给出了双极型LCC-HVDC作为黑启动电源恢复向受端无源网络恢复供电的实现过程。该过程包括2个阶段,第1阶段实现双极型LCC-HVDC的仿融冰模式启动;第2阶段为从仿融冰模式过渡到向受端无源网络恢复供电过程。算例证实了该启动方法的有效性和正确性。该方法使双极型LCC-HVDC具备了黑启动能力,并利用直流系统为受端电网的系统恢复过程提供了电压和频率支撑。

基于遗传算法的双边LCC拓扑IPT系统的抗偏移性能研究

针对AGV无线电能传输过程中存在的位置偏移情况,提出一种基于双边LCC拓扑的新型磁耦合结构,并基于遗传算法进行了优化设计以进一步提升IPT系统在水平方向的抗偏移性能。首先,详细推导了双边LCC拓扑的补偿网络参数和各支路的电流表达式;其次,介绍了在双极性平面绕组4D线圈的基础上增加一个正交Q线圈的新型复合磁路机构,以提高系统的抗偏移性能和传输性能;然后以SM作为优化目标,采用遗传算法对4D线圈各物理参数进行迭代优化,进一步提升系统的性能;最后,搭建实验样机对该新型磁耦合结构进行了验证,实验结果表明:正对时新型磁耦合结构传输功率为300 W,传输效率为87.12%;接收线圈在水平向偏移百分比δ<20%的范围内输出功率最大波动率小于48%,并保持传输效率始终高于80%,满足实际的需求。

基于节能经济目标的电网项目LCC论证难点分析及对策

电力企业已逐步开展电网项目LCC论证研究,但论证总体水平还不高。重点收集了电力企业对于LCC论证的相关要求及优势,了解了LCC论证存在的管理难点及技术难点。以典型35 kV开关改造项目LCC论证为例,开展了项目方案LCC深入论证比选研究,分析了不同项目类型LCC论证方法及深度要求,以加强项目论证水平。

基于归一化标准面积差的多端LCC-MMC-HVDC高灵敏性主保护判据

整流侧采用大容量换相换流器换流器(line commuted convertor,LCC)作为功率集中送端、逆变侧采用多个全/半桥混合模块化多电平换流器(full-half-bridge modular multilevel converter,FHMMC)换流器作为多落点受端的混合高压直流输电系统是直流输电技术的重要发展方向,其主保护,特别是单端量保护的动作性能提升问题受到了广泛关注。该文从区内/外故障场景下保护安装处所感受到的首波头特征出发,理论推导并归纳不同区段线路保护安装处(包括全线长行波保护、下一区段线路的行波保护)首个前行波、反行波时/频域形态上的共性规律;利用首个反行波波头在区内/外故障场景下的形态差异,在充分考虑T区母线节点对行波折/反射、输电线路色散对波头形态的形变效应的基础上,提出一种基于归一化标准面积差的主保护判据:利用正向区内故障时的归一化面积差为正、区外故障为负的特点快速响应区内故障,并利用主动注入噪声的方式躲开反向故障防止误动。仿真及实验验证均表明,提出的保护原理在具备明确选择性的同时达到600Ω的抗过渡电阻能力,满足800 kV输电系统对灵敏性的要求。

轨道车辆产品维修LCC分析方法研究

轨道车辆行业各方对产品维修LCC分析工作越来越重视,作者致力于提出一套具有专业性和应用性的分析方法。方法:基于专业经验和相关标准,分析产品维修LCC工作的特点,从“理论+应用”两方面进行研究:提出“产品LCC分析流程”,理论性介绍LCC分析工作如何开展;提出“产品维修LCC分析模型”,本模型集合了多种成本参数/因素,能专业展示成本分解结构及成本驱动因素。结果及结论:研究成果可作为各方LCC分析建模、理论学习和实际应用的参考。

分网接入方式下LCC-HVDC系统运动方程模型及交互振荡模式的阻尼特征(一):扰动传递路径分解

与常规直流相比,永富直流逆变站存在功率全送和功率分送运行方式,而其处于分网接入方式时电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage directcurrent,LCC-HVDC)系统的交互振荡模式及特征尚不明确。针对这一特殊运行方式,采用模块化建模的思路建立可以反映系统电气/控制回路间交互耦合路径的运动方程模型。在此基础上,依据系统整流侧-逆变侧、正极-负极间的交互耦合路径分解得到影响系统主导模式稳定性的3条扰动传递路径,即整流侧内部自稳性路径、逆变侧内部自稳性路径、双极交互作用致稳性路径。最后,设置不同工况下的案例,量化评估不同作用路径提供的阻尼大小,并通过仿真验证运动方程模型及扰动传递路径分析结果的正确性,为后续研究分网接入方式下LCC-HVDC系统交互振荡模式的阻尼特征提供模型基础。

分网接入方式下LCC-HVDC系统运动方程模型及交互振荡模式的阻尼特征(二):交互振荡模式研究

为研究分网接入方式下电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)系统的交互振荡模式及阻尼特征,基于系统的状态空间模型及系列文章(一)建立的运动方程模型,提取了表征逆变侧电气与控制环节强耦合特性的多个弱阻尼交互振荡模式,研究了不同短路比工况下交互振荡模式的变化特征。在此基础上,通过复转矩系数法量化评估了整流侧/逆变侧内部自稳性路径及双极交互作用致稳性路径对主导交互振荡模式阻尼特性的贡献度。结果表明:1)不同短路比工况下交互振荡模式的阻尼比会进行重新分配;2)当逆变侧正负极短路比相差较大时,双极交互作用较弱,正负极系统的稳定性由2个交互振荡模式各自主导,且稳定性特征有所差异;3)当逆变侧正负极短路比相近时,双极间动态交互加强,交互振荡模式会同时主导参与系统两极的稳定性,正负极稳定性特征相似。

用于PVD电源的新型三相LCC变换器

PVD直流等离子体电源在电源领域属于特种应用产品,广泛应用于集成电路制造中的金属及非金属材料溅射镀膜。针对集成电路制造产业中对PVD直流等离子体电源的应用需求,本文提出一种用于PVD电源的新型三相LCC变换器。