提高直流输电换相能力的强迫换相拓扑结构研究

针对传统高压直流输电逆变侧易发生换相失败的问题,提出了一种新型强迫换相桥路拓扑,该拓扑的阀臂采用了两组串联晶闸管通过电容器并联结构。基于该拓扑结构,给出了3种工作状态及相互切换模式,设计了电容电压控制策略,并通过理论计算得到了电容预充电压的最优值。最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了所提出的新型桥路模型,进行正常及故障情况下的仿真,验证了电容电压控制策略的正确性,且与传统HVDC相比,新桥路能防御交流系统大部分单相故障,对三相故障也有很好的防御效果,有效地降低了换相失败发生的概率。所提出的拓扑结构可以有效提高HVDC对换相失败的抵御能力,改善系统的故障恢复特性。

含有STATCOM的高压直流输电系统控制方法

为了减小含有STATCOM的HVDC输电系统发生换相失败的概率,对STATCOM和HVDC系统原有的控制策略进行了改善。故障时,基于STATCOM的定交流电压控制,投入交流电压参考值调节功能;基于HVDC的定直流电流控制和定关断角控制,投入附加直流电流和附加关断角控制功能。在PSCAD/EMTDC中进行的仿真分析表明:当换流母线处分别发生故障水平为23.08%、84.24%的单相电感接地故障时,交流电压参考值调节功能可以有效抵御换相失败、防止连续换相失败;当故障更严重,故障水平上升为120.34%时,附加直流电流和附加关断角控制功能可以有效防止连续换相失败。所提出的控制方法可以有效提高HVDC对换相失败的抵御能力,改善系统的运行性能。

柔性高压直流输电系统换流阀塔交流电场仿真计算

为提高柔性高压直流换流阀塔绝缘设计的可靠性,采用Solid Works软件建立了换流阀塔3维模型,并基于ANSYS软件对阀塔金具表面电场强度进行了仿真计算。基于电流场对阀塔内水路进行分析,将计算得到的水路表面电位作为静电场区域的第1类边界条件,进而对全场域进行求解,从而解决电流场和静电场的耦合问题。分别计算了有、无水路时的阀塔电场分布。结果表明,在进行阀塔交流耐压试验时,水路对阀塔电场分布的影响较大;与无水路模型相比,有水路时阀塔表面的最大电场强度以及其出现位置均发生了变化。因此在进行电场仿真计算时,需要考虑水路的影响。

静止同步补偿器对高压直流输电系统运行极限的影响

为了研究静止同步补偿器(STATCOM)对高压直流(HVDC)输电系统稳定性的改善作用,分析了不同容量的STATCOM对HVDC输电系统运行极限的影响。在PSCAD/EMTDC中搭建了含有STATCOM的HVDC输电模型,分别分析了在逆变侧交流母线发生故障和连接较弱受端系统情况下,STATCOM对单馈入HVDC输电系统的影响。此外,搭建了含有STATCOM的双馈入HVDC输电系统,研究了STATCOM对多馈入HVDC输电系统运行极限的影响,以及直流子系统之间的电气距离对STATCOM改善作用的影响。仿真结果表明:接入STATCOM可以使HVDC输电系统在较低的短路比情况下稳定运行;随着STATCOM容量的增大,系统临界短路比的降幅逐渐减小;在多馈入直流系统中,随着子系统之间电气距离的增大,STATCOM对远端子系统临界短路比的改善作用降低。

模块化多电平HVDC输电系统功率运行区间的优化方法

相比于两电平VSC-HVDC输电系统,模块化多电平HVDC输电系统功率运行区间的确定还需考虑子模块电容电压波动这一因素。分析子模块电容电压与功率运行点之间的关系,并确定以子模块电容电压波动范围、最大调制比以及换流阀通流能力为约束条件的系统功率运行区间。在此基础上,提出三倍频调制电压注入和子模块电容电压基值调整两种功率区间优化方法,并设计用于抑制二倍频负序、四倍频正序相间环流的环流控制器和子模块直流电压基值控制器。非线性优化计算结果表明,通过配置合理的优化参数,系统功率运行区间显著扩大。基于PSCAD/EMTDC,针对典型功率运行点进行仿真分析,验证了理论分析及控制策略的正确性。

一种新型HVDC直流限流器拓扑设计与分析

针对直流电流增加导致的换相失败问题,设计了一种电感式限流器,分析了其工作原理并建立了数学模型,该限流器基于电感通低频阻高频的特性,利用快速可控的电力电子器件实现直流电流向交流电流的转变,可安装于高压直流输电系统逆变站直流出口处。应用PSCAD/EMTDC软件对该拓扑结构的可行性进行验证,结果表明:在交流系统单相故障和三相故障下,该限流器均能限制直流电流幅值,在一定程度上降低传统高压直流输电换相失败的概率。仿真结果证明了理论推导的正确性和该限流器拓扑结构的可行性。

多端柔性直流输电系统新型直流电压控制策略

随着电压源型换流器的发展,多端柔性直流输电技术受到了越来越多的关注。提出一种适用于多端柔性直流输电系统的新型直流电压控制策略。该策略通过在直流电压斜率控制中引入一个公共直流参考电压,作为多点直流电压控制换流站的电压反馈控制信号。最后,在PSCAD/EMTDC中建立基于模块化多电平换流器的4端柔性直流输电仿真模型,对所提出直流电压控制策略的特性进行稳态和暂态仿真验证。仿真结果表明:利用所提出的直流电压控制策略,多端柔性直流输电系统能够稳定、可靠地运行。