VSC-HVDC换流站电磁辐射计算

为分析电压源换相直流输电(VSC-HVDC)换流站对站外电磁辐射,建立了基于偶极子理论的赫兹偶极子和磁偶极子模型;利用IGBT1模型分析换流阀器件开通和关断的瞬态特性;通过对换流站整体仿真求得了换流站开关场内主设备与大地构成的等效电流环路中的电流;改变偶极子模型参数得到影响VSC-HVDC换流站电磁辐射强度的因素。计算证明,换流阀开关暂态电压变化频率以及各频率对应的电压幅值直接决定阀体产生电磁辐射强度,换流站内设备布置的紧凑程度也直接影响了其对外电磁辐射强度;通过紧凑布置站内设备,减小谐波尤其是高频段谐波电流能够有效地抑制VSC-HVDC换流站电磁辐射。

基于MMC的两端TWBS-HVDC直流侧短路故障电流计算方法

基于三线双极结构的高压直流(TWBS-HVDC)输电系统能够较大程度地发挥直流线路的输电能力,是一种实现交改直和线路增容改造的有效方式。针对TWBS-HVDC系统与双极直流系统在接线形式上的差异,文中提出了一种适用于两端TWBS-HVDC的直流侧短路故障电流计算方法。首先基于模块化多电平换流器(MMC)暂态等效电路建立两端TWBS-HVDC在不同直流侧故障发生至线路直流断路器动作阶段的暂态等效模型。以暂态等效电路中独立回路数和动态元件阶数为标准,将所有直流故障归纳为3类,分析推导各类故障下的状态方程,通过求解状态方程中系数矩阵的特征值和特征向量得到故障电流解析表达式。最后在MATLAB/Simulink数字仿真平台中,搭建两端TWBS-HVDC模型进行仿真验证,结果验证了所提TWBS-HVDC直流侧短路故障状态方程求解法的准确性和有效性,为直流断路器选型和限流电抗器参数整定提供了可靠依据。

HVDC换流阀复合等效电路模型研究

高压直流输电(HVDC)近年来在我国的电力系统中所占比重呈现显著增长,针对HVDC换流阀的相关研究成为其中的重点。晶闸管的结温及其冷却变化影响其工作特性及其使用寿命,然而结温和冷却温度由于模型复杂难以直接测定。因此本文提出通过改良和完善考尔(Cauer)网络模型,将晶闸管自身的热阻抗特性和冷却系统结合成为一个等效电路,分别模拟了晶闸管内的铜、钼、钨、硅等热阻抗体特性以及常用的水冷套阻抗。此外,增加了散热器的暂态阻抗特性分析,补充了晶闸管在暂态过程中散热的情况。计算结果显示新的模型能够更好地反应晶闸管真实的阻抗特性,验证了新模型的精确性。

MMC-HVDC电磁暂态仿真模型比较分析研究

主要研究了MMC 4种不同的建模方法,并进行适当改进,最后分别在PSCAD/EMTDC平台上搭建4种模型,分析比较其优缺点,结果表明:模型1、2、3、4的仿真速度越来越快,但仿真精度越来越低;模型1、2、3可以研究子模块的电容电压平衡、环流、预启动过程等,而模型4可以很好地模拟MMC交直流侧的动态特性,但是不能研究MMC内部的动态特性。

大规模光伏经柔性直流送出系统交流侧故障穿越特性分析及参数优化

为研究大规模光伏经柔性直流送出系统交流侧故障对系统故障穿越期间直流电压、有功功率等的影响,提出了基于等效受控电流源模型的建模分析方法。首先,定性分析了大规模光伏经柔性直流送出系统交流故障穿越特性,将送端交流侧故障对柔性直流系统直流电压的影响间接转化为系统有功功率特性研究。然后,基于故障期间光伏侧逆变器和送端换流站运行控制特性建立了全系统等效受控电流源模型,探究了光伏侧逆变器电流设定值和送端换流站电流限幅值对有功功率传输特性的影响,进而提出了故障期间光伏侧逆变器和送端换流站电流参数的优化设计方法。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提方法的有效性。

含故障限流器投入的MMC-HVDC系统直流短路故障电流解析计算

基于模块化多电平换流器的高压直流(high voltage direct current based on modular multilevel converters,MMC-HVDC)系统发生直流短路故障时,故障电流上升速度快,这对系统保护提出了极大的挑战。对于采用半桥子模块拓扑的MMC-HVDC系统,通常会在直流线路两端加装故障限流器(fault current limiter,FCL)来抑制故障电流。在对FCL进行优化设计以及进行故障保护时,需要考虑含FCL投入的故障电流的演化规律。因此,含FCL投入的故障电流计算具有重要的意义。通过研究并联金属氧化物避雷器(metal-oxide arrester,MOA)的电感型FCL的特性,建立了FCL的暂态等效模型,将含FCL投入的故障电流演化划分为3个阶段:FCL未投入阶段、FCL投入的过渡阶段和FCL完全投入后阶段。对3个阶段的故障电流的解析表达式分别进行了推导,最后得到全过程的故障电流解析表达式。通过在PSCAD/EMTDC中搭建的两端MMC-HVDC系统的仿真模型对解析结果进行了验证,结果表明:故障后10ms内解析结果与仿真结果的最大偏差在3.5%以内,可以满足实际工程应用的需要。

背靠背VSC-HVDC的多目标优化布点

电网间的电气联系日趋紧密,多个500 k V变电站短路电流接近或超过断路器遮断容量,严重威胁电网安全。采用背靠背电压源换流器型高压直流输电(voltage source convertor-based high voltage direct current,VSC-HVDC)技术限制短路电流的方案获得业界的关注和认同。在分析VSC-HVDC降低短路电流原理的基础上,建立以短路电流降低综合效果和投资经济性最优为目标的VSC-HVDC多目标优化布点模型,并采用快速非支配排序遗传算法求解;通过多端口网络等值模型约简可行解空间,以提高个体适应度评估速度;基于模糊选择策略获得最优折中分期建设方案。以2015年夏大运行方式的广东电网为算例,验证表明:1)短路电流降低综合效果指标能有效反映限流措施效果和作用范围;2)多端口网络等值能大幅提高算法求解效率;3)综合限流效果与配置点短路电流大小无直接关系。

基于暂态能量流的MMC-HVDC系统故障建模及仿真分析

为分析由模块化多电平换流器(modular multilevel converters, MMC)构成的高压直流(high voltage direct current, HVDC)输电系统中的直流短路故障特性,可通过关注系统中暂态能量流(transient energy flow, TEF)的分布对MMC-HVDC系统进行暂态建模与仿真分析。对于单端MMC,可基于暂态能量守恒将半桥子模块(half bridge sub-modular, HBSM)电容等效为时变电容,建立将半桥子模块动态切换与交流汇入两个因素共同考虑在内的MMC暂态模型,分别列写并求解闭锁前后的状态方程,得到精确的MMC内部故障特征与TEF分布情况。对于复杂直流电网(HVDC grid),提出一种基于电磁暂态仿真结果的TEF分析方法,不仅可根据各部分TEF特征揭示直流故障演化规律,还可通过递推计算实现对故障电流的定量分析。最后,根据TEF流动规律提出一种考虑HBSM电容电压波动范围的暂态能量抑制策略,可有效降低故障电流并为后续故障保护争取更多时间。依据PSCAD中的仿真结果对暂态模型与能量抑制策略的正确性进行验证,同时将所提TEF分析方法应用在搭建的四端直流电网中,获取其故障传播特性。

适用于交流保护整定的MMC-HVDC接入母线故障等效模型

模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电系统接入电网后将对交流系统短路电流产生影响,但目前交流保护整定计算通常忽略MMC-HVDC接入母线故障时模块化多电平换流器对短路电流的贡献。文中以交流保护整定计算为出发点,提出了MMC-HVDC系统简化分析原则。在分析MMC-HVDC系统控制特性的基础上,建立了适用于交流保护整定计算的MMC-HVDC等效模型,提出MMC-HVDC接入母线故障时可以将直流侧等效为一个正序电流源。研究了MMC-HVDC接入母线故障时不同故障点残压下MMC-HVDC直流侧响应特性,确定了等效电流源的幅值和相位,并进行了仿真验证。最后,提出了MMC-HVDC对交流保护整定计算影响的定量评估指标及其计算方法。

MMC-HVDC系统直流侧故障暂态特性分析

近年来,国内外对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的研究主要集中于系统建模仿真、控制系统设计等方面。对基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统(modular multilevel converter based high voltagedirect current system,MMC-HVDC)直流线路故障的研究也仅是在简单的故障定性仿真分析上。为了比较精确地定量分析MMC-HVDC系统直流侧故障瞬间电气应力的暂态特性、短路故障状态下的等值电路模型,分析了系统直流侧故障的机理,给出了故障电压、电流的数学表达式。基于RT-LAB软件搭建了双端MMC-HVDC仿真模型,验证了故障暂态特性分析的结果,单极接地故障使得直流非故障极的对地电压与换流站交流侧的相电压增大;双极短路故障会引起换流站的桥臂产生严重的过电流现象;单极断线故障会导致整流站很大的直流电压变化率,引起严重直流过电压。针对上述问题,文章结合分析结果给出了相应的故障保护要求和策略。

海上风力发电MMC-HVDC控制策略研究

对于海上风电场模块化多电平换流器型柔性直流输电(MMC-HVDC)的并网系统,首先介绍了MMCHVDC的基本原理,并分析了MMC的拓扑结构、数学模型及简化等效模型。然后,基于等效模型设计了MMCHVDC换流站的双闭环控制策略,送端换流站MMC1外环采用定直流电压和定无功功率控制,受端换流站MMC2采用定有功功率和定无功功率控制;内环均采用有功、无功功率解耦控制。最后利用Matlab/Simulink搭建仿真实验模型,仿真结果表明:所设计的MMC-HVDC控制策略实现了有功与无功的完全解耦,MMC1与MMC2的控制策略相互独立,影响较小,并且具有很好的动态响应特性。

高压直流输电电压源换流器的等效模型及混合仿真技术

文章提出了混合仿真的概念和实现以及高压直流输电电压源换流站(Voltage source converter based HVDC,HVDC-VSC)的等效仿真模型,该模型忽略了VSC的开关纹波。采用混合仿真技术和等效仿真模型既能提高仿真速度又能很好地反映HVDC-VSC的动态特性。文章提供的仿真结果证明了HVDC-VSC的等效仿真模型和混合仿真技术的有效性。

高压直流输电可靠性评估的等效模型

在深入研究 Markov过程的基本原理和累积状态之间转移频率的性质的基础上 ,建立了高压直流输电系统的数学模型 ,提出了等效模型的方法 ,并利用边界墙的原理求解等效模型中各累积状态之间的等效转移率。等效模型的使用 ,降低了求解随机转移概率矩阵的阶数 ,简化了计算 ,提高了精度。

高压直流输电直流侧谐波电流计算

为计算高压直流输电工程的等效干扰电流,详细描述了给定两侧三脉动谐波电压源情况下如何计算沿线各次谐波电流的一套计算流程,包括直接流过直流极导线、接地极线路的谐波电流和感应到直流线路、接地极线路地线中的谐波电流。该计算流程分为2步:第1步,将直流侧系统作为一个整体用求解一般性电网络的节点分析法计算,在计算节点导纳矩阵时,直流输电线路作为一个网络元件采用全相耦合模型;第2步,在求得直流输电线路端口上的谐波电压之后,将直流线路分解为正序与零序网络,分别计算沿线各次谐波电流的正序与零序分量,然后再将正序与零序分量合成为整体谐波电流。在同等条件下,比较该算法的结果与电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC的结果,两者基本一致,验证了所提算法的正确性。

云广特高压直流输电系统直流滤波器性能的若干问题

介绍实际工程中所用的直流滤波器的形式并讨论其参数的选择方式,同时介绍用于评价直流滤波器设计性能指标的等效干扰电流Ieq以及用于计算Ieq的三脉动谐波模型。以目前在研待建的云广特高压直流工程为例,利用Siemens公司的谐波分布计算程序HarmDistr进行计算,讨论分析各种因素对Ieq的影响。最后针对不同的直流系统运行工况、不同的直流滤波器的投切组合进行直流滤波器性能计算,比较Ieq的大小并进行分析讨论。

互联系统电磁暂态交互作用研究,Ⅱ:交流侧系统等值及稳态调试

我国电力系统正在形成交直流互联的巨大网络,交直流系统操作及故障、直流换流阀的动作、负荷变化产生的ns、μs、ms级的电磁暂态将在直流系统和交流系统中交互作用,交直流互联系统的电磁暂态交互作用可对交流系统和直流系统构成危害,特别是导致直流系统的换相失败及闭锁等严重事故。鉴于此,采用理论分析及测试相结合的方法建立基于地上交直流互联电网络、控制系统和地下接地系统的全波过程的特高压系统电磁暂态精确分析方法,并重点对交直流互联系统的交流侧利用Ward等值法进行系统等值,考虑了冬大/冬小/夏大/夏小等多种运行方式,并对交直流系统进行稳态调试,为分析交直流互联系统电磁暂态交互作用打下基础。

接地极线路短路故障快速识别及故障测距研究

直流接地极线路是从换流站的中性母线处引出,通过架设双导线并联的接地极引线连接到极址处,其极址电阻很小。从中性母线向接地极线路视入,接地极线路就是一个确定的多导体传输线(multiconductor transmission lines,MTL)系统,且其起端电压和起端电流可测,而基于反射原理的测距装置往往出现未能对接地极线路瞬时性故障进行及时捕捉、准确测距的情况。基于此,提出一种利用"构造方向电流"来快速判断接地极线故障,并选出故障接地极线的方法。对故障前数据进行小波变换,选其含有直流分量的小波系数来获取直流分量,实现极址电阻在线准确计算和监测。在接地极线故障正确选线和极址电阻准确计算的基础上,提出了基于π型等效线路模型的谐波分量阻抗测距方法。仿真和现场实测数据表明,该测距算法对于接地极线路近端故障有很高的测距精度。

一种采用直流紧急控制的特高压联络线功率摇摆峰值抑制策略

运行经验表明,长距离的华中华北互联电力系统间特高压联络线容易遭受扰动影响,产生大幅度、长周期的功率摇摆。而过高的功率摇摆峰值,很可能导致互联系统第一摇摆失稳的问题。针对该问题,首先设计了一种基于最大上升斜率的摇摆峰值预测算法;接着根据预测的峰值,提出一种采用直流紧急控制的特高压联络线功率摇摆峰值抑制方法;最后,建立了直流紧急控制的自定义模型并对控制方案进行仿真验证。结果表明,摇摆峰值预测算法具备较高的准确性,直流紧急控制策略也能充分地削弱特高压联络线功率摇摆峰值,从而有效提高特高压联络线的输电能力和互联系统的暂态稳定性。同时,该直流紧急控制策略实现简单,对不同扰动都具备较好的适应性,具有较高的工程实用价值。

基于详细控制保护模型的黑河直流系统EMTDC仿真

基于完全自主开发的等价实时仿真平台,对黑河背靠背直流工程现场控制保护功能进行了系统仿真。该系统仿真中控制原理模型与现场工程完全相同,通过50%电流阶跃响应41ms结果表明控制性能满足规范要求;保护原理模型完全采用现场工程逻辑和配置,通过阀丢脉冲故障验证了换相失败保护作为后备保护600ms动作的准确性。该软件系统为黑河直流工程设计和事故分析提供了有效工具。