降低直流线路损耗的并联电容换相换流器单位功率因数控制策略

电网换相换流器的交流滤波器组和无功补偿装置占地面积大,在交流电网故障时容易发生换相失败;改进型并联电容换相换流器(ESCCC)能减小换流器占地面积,提高抵御换相失败的能力,但通过阀侧电容投切实现单位功率因数控制会影响谐波特性。针对此问题,并考虑直流线路损耗优化,文中提出了一种基于ESCCC并结合交流母线侧电容投切的新型单位功率因数控制策略。首先,建立了拓扑结构和数学模型,分析了单位功率因数控制的原理;然后,提出新型控制策略,采用新的谐波评价指标设计了滤波电感、电容等参数;最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,验证控制策略的有效性和参数设计的合理性。仿真结果表明,ESCCC能在全工况下实现单位功率因数控制,并且降低了直流线路损耗和换相失败概率。     

基于有源换相换流器的高压直流输电系统交流故障穿越策略研究

介绍一种基于有源换相换流器ACC（active commutated converter）的高压直流HVDC（high voltage direct current）输电系统,分析有源换相换流器在两相旋转坐标系下的数学模型,提出了一种含附加虚拟项的基于比例谐振PR（proportional resonant）控制器的控制策略,并对控制器参数进行了设计,实现了负序电网电流的抑制和换流器的单位功率因数运行。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,仿真结果验证了所提出的交流故障穿越策略的正确性和有效性。     

新型可控电网换相换流器拓扑及其控制方法

为保持传统电网换相换流器(line commutated converter,LCC)低损耗、高可靠性和经济性等优点的同时,又避免换相失败故障风险,提出一种新型具有可控关断能力的电网换相换流器(controllable line commutated converter,CLCC)拓扑结构。该拓扑基于全控和半控器件混联的设计思路,首先通过全控型器件转移电流,等待晶闸管关断能力恢复后,再利用全控器件关断电流以快速完成桥臂间换相。可控电网换相换流器主要包括常规换流和可控换流2种运行模式,研究不同运行模式下换流器的工作原理及换流器内部控制策略。通过搭建特高压直流输电系统仿真模型,分析可控电网换相换流器的暂、稳态和典型故障态运行特性。仿真结果表明,在发生交流故障时,可控电网换相换流器可以主动关断桥臂电流实现强迫换相,同时提供一定的无功支撑,解决多馈入直流系统换相失败问题,有利于提高电网安全稳定运行水平,提升多直流馈入受端电网电力接纳能力。     

面向高压直流输电的电流源型主动换相换流器研究综述

采用自关断功率半导体器件的电流源型主动换相换流器(actively commutated converter,ACC)具有有功与无功功率可解耦、不存在换相失败、无需大量储能电容等特点,在高压直流输电领域具有较好的应用前景。该文针对适用于高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)的ACC功率半导体器件及其均压方法、电路拓扑、调制方法、功率特性、控制策略、故障及保护方法等进行调研和分析。结合具体实例,将ACC与现有HVDC的2种换流器,即电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)进行对比分析。同时,对ACC的潜在应用、存在的问题以及发展的方向进行总结和归纳。     

一种基于反并联晶闸管全桥子模块的新型电容换相换流器

为了改善电容换相换流器(capacitor commutated converter,CCC)的故障特性,提出了一种基于反并联晶闸管全桥子模块的新型电容换相换流器拓扑(enhanced capacitor commutated converter,ECCC)。ECCC从提高电容电压可控性的角度出发,将换流阀和换流变压器之间的固定电容替换为反并联晶闸管全桥子模块。设计了子模块晶闸管与阀臂晶闸管的协调控制策略;分析了子模块晶闸管的电压电流应力。在PSCAD/EMTDC环境中对ECCC的子模块电压电流应力、抵御换相失败的能力和换相失败后恢复能力进行了仿真研究。结果表明:ECCC可以有效降低换相失败发生的概率;同时,由于其对电容电压的灵活控制能力,可以有效避免换相失败发生后类似CCC换流器失去自恢复能力的问题,具备故障快速恢复能力;并且,子模块的电压电流应力均在合理范围内。     

HVDC滤波换相换流器的阻抗频率特性

高压直流输电(HVDC)换流器的阻抗频率特性是分析和解决谐波不稳定的一个重要因素,滤波换相换流器(filter commutated converter,FCC)是一种具有阀侧谐波抑制兼无功功率补偿功能的换流器,文章简要论述了FCC的接线方案和工作机理,并基于开关函数法对计及换流器换相过程影响下的FCC交、直流等值阻抗计算式进行了理论推导。以直流输电开发平台为例,对传统电网换相换流器(line commutated converter,LCC)与FCC的阻抗频率特性计算结果进行对比,仿真结果表明换流器的阻抗频率特性对交流系统的谐振频率有着不可忽略的作用,FCC在一定程度上提高了交流系统强度,改善了系统稳定性,有效降低了系统谐振频率下的交流等值阻抗,从而更好避免直流输电系统谐波不稳定现象的发生。     

基于换相面积的CSCC-HVDC输电特性研究

受端电网的直流接入能力是高压直流输电系统规划和运行的关键问题之一。从可控电容换相换流器接入弱交流受端电网对换相失败的影响出发,在对可控电容换相换流器基本原理和拓扑结构进行分析的基础上,建立了可控电容换相换流器的稳态数学模型。为更接近工程实践和提升控制精度,考虑了高压直流控制系统的响应特性,并研究了以换相电压时间面积为控制目标的含可控电容换相换流器的响应控制策略。针对短路故障引起的换相失败,提出了利用限压器-并联间隙组合保护装置的故障恢复策略以缩短电容换相换流器的故障恢复时间。最后基于PSCAD/EMTDC平台,通过仿真验证并和其他方案的对比研究证明了上述控制策略对于降低弱受端逆变站换相失败风险和故障恢复的有效性。     

考虑谐振特性和无功特性的改进型并联电容换相换流器

传统直流输电存在换相失败问题,且交流侧需要大量的滤波器和无功补偿装置,体积大、成本高.串联电容换相换流器可以抑制换相失败的发生,但无法补偿大量无功功率;并联电容换相换流器能够降低换相失败概率,但存在谐振等风险.针对此问题,提出一种改进型并联电容换相换流器(ESCCC),在换流阀交流出口侧并联电容的基础上,引入了串联滤波...     

LCC-MMC串联混合型直流输电拓扑在大规模纯新能源发电基地送出中的应用研究

“十四五”期间我国需要大力开发清洁能源基地,需要通过特高压直流输电技术实现远距离大容量输电,电网换相换流器（line commutated converter,LCC）串联模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）的混合型直流输电拓扑是一种非常有潜力的解决方案。为了验证该拓扑...     

直流系统采用电容换相换流器技术的特性研究

对直流输电采用电容换相换流器(capacitor com- mutated converter, CCC)技术时的系统特性进行了研究。导出了描述CCC结构直流系统稳态特性的数学模型,它由15个基本方程构成。采用数值计算方法对CCC结构直流系统的稳态数学模型进行详细的分析,并与电网换相换流器(line commutated converter, LCC)结构直流系统进行了比较,揭示了CCC结构直流系统的一些重要优势。推导出了CCC换流阀电压峰值的表达式,并在此基础上提出了选择换相电容值的方法,采用该方法所选择的换相电容值能充分发挥CCC结构直流系统的技术优势,但又不会过多增加阀的成本。采用仿真工具电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC,以葛南直流单极输电系统为研究对象,交流系统发生单相对地短路故障为例,对CCC和LCC系统的暂态特性进行仿真比较,表明CCC结构直流系统具有较好的故障恢复特性。     

三种MMC-HVDC直流故障处理方法下电力系统暂态稳定性分析

首先介绍在远距离大容量输电场合,3种基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)拓扑及其处理直流故障的方法:基于半桥子模块(half bridge sub-module,HBSM)的HMMC-HVDC跳换流站交流侧断路器,基于箝位双子模块(clamp double sub-module,CDSM)的CMMCHVDC通过换流器控制实现直流侧故障自清除,以及基于电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和MMC的混合拓扑在MMC直流出口处加装大功率二极管(LCC-D-MMC-HVDC)。然后,在由MMC-HVDC和交流线路构成的交直流并列简化系统中,基于等面积法则,对上述3种直流故障处理方法的暂态过程进行理论分析,并提出评价指标。最后通过仿真验证了分析结果。     

LCC-MMC混合级联型直流输电系统受端接线和控制方式

基于某规划直流工程,分析了基于电网换相换流器（line commutated converter, LCC）和模块化多电平换流器（modular multileve converter, MMC）的混合级联型输电系统受端接线和控制方式。具体考虑因素包括接入受端交流系统的形式（集中接入或分散接入）,逆变侧并联MMC的控制方式（定直流电压或定有功功率）,以及多端接入条件下LCC和MMC换流站建设形式（合站建设或分站建设）。结果显示：分散接入有助于减小逆变侧交流故障下LCC和MMC在直流侧的交互影响;并联MMC均采用定直流电压控制有助于MMC交流侧故障后系统快速恢复稳定,且利用电流均衡控制策略能够消除潜在器件参数偏差导致的电流分配不对称现象;合站建设有助于减小直流故障风险,提高系统可靠性并降低投资成本。     

基于LCC-MMC的三端混合直流输电系统故障特性与控制保护策略

研究了送端为相控型换流器(line commutated converter,LCC)、受端为2个并联的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)组成的三端混合直流输电系统的交直流故障特性及其控制保护策略。在分析现有故障穿越控制策略的基础上,针对交流侧故障提出整流站LCC最小触发角控制、逆变站MMC最大调制比控制与直流电压偏差控制的协调策略;针对直流线路故障,通过在直流线路两端配置限流电抗器构造边界条件,提取直流线路故障电流暂态突变量以识别故障位置,并采用直流断路器开断故障的方法,可以快速隔离直流线路故障并缩小故障影响范围。最后,在PSCAD/EMTDC中建立混合直流输电系统模型,仿真验证了所提策略的可行性。结果表明,所提控制策略在所联接电网交流故障情况下可相应提高直流系统的输送功率,降低功率输送中断发生的概率;直流线路故障时基于直流断路器的直流电流突变率保护策略能够快速隔离故障,提高供电可靠性。     

改进型串联电压换相换流器及其控制策略

串联电压换相换流器(series voltage commutation converter,SVCC)是一种可以有效抑制高压直流输电换相失败的新型换流拓扑,但当交流系统故障程度超过SVCC抑制范围时,直流电流将急剧上升,对SVCC子模块中的绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)造成较大电流冲击,亟需研究应对措施减轻换相失败后IGBT所承受的电流应力。为此,提出了一种改进型串联电压换相换流器(improved-series voltage commutation converter,I-SVCC)拓扑,通过控制子模块6种工作状态的灵活切换,可实现对阀组的辅助换相;并在换相失败发生后,能够迅速将子模块电容从换相回路中切除,避免了子模块电容的故障过压问题,同时还降低了换相失败后故障电流对子模块中各IGBT的冲击,提升了其工程实用性。此外,还针对I-SVCC设计了系统换相失败后子模块的重新投入策略,使得I-SVCC具备了后续换相失败抑制能力。最后,在PSCAD/EMTDC环境下搭建了模型进行验证,结果证明了I-SVCC在降低IGBT峰值电流和抑制后续换相失败方面的有效性。     

电网换相换流器和电压源换流器串联组成的混合直流换流器控制和保护研究

基于电网换相换流器和电压源换流器串联的混合直流换流器在克服交流故障时的换相失败和直流故障时的重启动具有优势。分析了该混合直流换流器运行方式、控制策略、电压源换流器保护原理、抵御换相失败原理和直流线路重启过程,认为由该混合直流换流器组成的高压直流输电系统,可克服传统直流和柔性直流输电的主要缺点。当逆变侧的交流系统发生故障时,电压源换流器可提供电压支撑来抑制直流电流增加,缓解电网换相换流器换相失败效应。当直流线路发生故障时,逆变侧电网换相换流器可阻断电压源换流器产生的故障电流,具备直流线路故障重启能力。另外,电压源换流器还为电网换相换流器提供无功功率,从而减少换流站无功设备配置。     

MMC-LCC混合直流输电系统分段下垂控制策略

由模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)和电网换相换流器(line commutated converter,LCC)构成的混合直流输电系统中,LCC换相失败严重影响系统的安全稳定运行。文中首先分析MMC-LCC混合直流输电系统换相失败时的电流特性以及交直流电压特性。其次,考虑调制比对半桥型MMC的影响,采用MMC电压改善控制策略拓展电压调制比的可行域。然后,提出MMC电压分段控制策略,根据交流电压跌落程度的不同,分别设计直流电压参考值的调节方法,优化混合直流输电系统电压控制逻辑,实现MMC电压在正常运行与故障情况下的有效切换。最后,在MATLAB/Simulink中搭建MMC-LCC混合直流输电系统模型,对交流电压不同跌落程度进行仿真,结果表明所提控制策略能在实现故障穿越的同时提高直流电压控制精度,增强系统稳定性。     

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.     

基于主动换相型电流源换流器的远海风电并网系统

主动换相型电流源换流器(current source converter,CSC)无需较大储能电容且兼具黑启动能力,为远海风电直流并网提供了可行方案;然而,现有CSC因采用脉冲宽度调制,存在直流谐波大、开关损耗高等缺点。对此,提出一种基于基频调制电流源换流器的远海风电并网系统,首先分析其拓扑结构和数学模型,并对CSC进行参数设计,然后提出稳态控制策略和黑启动控制策略,最后在PSCAD/EMTDC仿真环境中,对提出的控制策略和设计的参数进行仿真验证。仿真结果表明,提出的远海风电并网系统能平稳完成风电场黑启动,能稳定控制风电场交流电压/频率,具有良好的稳态特性,并能适应稳态下风电出力的波动。     

提升直流输电系统换相失败抵御能力的关键新技术

基于电网换相换流器的高压直流( line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)输电由于输送容量大、损耗低、经济性好等优势被广泛应用于远距离输电与区域电网异步互联,是实现我国"西电东送"能源发展战略的重要技术手段.LCC-HVDC...     

增强型电容换相换流器直流输电系统的新型换相失败抑制协调控制方法

为了进一步提高增强型电容换相换流器(enhanced capacitorcommutatedconverter,ECCC)抵御换相失败的能力,该文在基于反并联晶闸管全桥子模块的ECCC的基础之上,提出一种新型协调控制策略,可实现如下3个优势:1)系统抵御换相失败的能力不受故障检测延时的影响,发生故障后电容直接参与换相过程,进一步降低换相失败的概率;2)正常运行时,串联电容可以加速换相过程,从而增大了直流系统成功换相的裕度;3)串联电容可以发出无功功率,提高系统的功率因数,减少换流器的无功消耗。研究新型协调控制策略对加速换相过程和改善功率因数的机理,对比分析新型协调控制策略与原控制策略下换相失败的抑制效果,最后,在PSCAD/EMTDC环境中搭建仿真模型进行验证。仿真结果表明,新型协调控制策略不仅可以提高系统的功率因数,而且可以进一步降低换相失败发生的概率。