一种兼具融冰功能的柔性直流输电换流站的研究

基于电压源型换流器的双端柔性直流输电换流站在直流侧直接连接,其直流调压与功率控制相互耦合,同时输电线路存在冬季覆冰的问题。在对现有柔性直流输电换流站分析的基础上,提出了一种兼具融冰功能的柔性直流斩波输电换流站方案。该换流站采用电压源换流器(voltage sourceconverter,VSC)单元级联方式,在直流侧用斩波器控制2个换流站的直流侧电压差来控制输电功率,并可作为直流融冰电源进行线路融冰。在分析该换流站电路拓扑的基础上,推导了换流器的数学模型,得到了换流器单元的等效电路;按运行状态分类研究了该换流站的控制策略,讨论了换流站在不同工作模式下的控制方式,并研制出试验样机。试验结果表明,换流站可应用在中小型柔性直流输电以及电力线路融冰的工作模式,并可实现斩波直流输电以及直流融冰功能,从而验证了理论分析和系统的正确性和有效性。     

电气化铁路接触网直流融冰技术及装置研制

铁路牵引网覆冰会严重影响铁路干线的正常运行,本文阐述了接触网融冰的特点,论述了融冰电流、电压随距离和覆冰厚度的调节方法,提出了新型功率单元斩波级联全控整流融冰电路拓扑,推出了该融冰装置的并联输入串联输出(IPOC)等效电路。分析了输入侧多重整流控制的方式,对四象限错相整流的输入谐波及功率因数控制进行了探讨,提出了级联功率单元的斩波错相输出控制方法,分析了电路的工作状态。研究了级联功率单元的均压控制原则以及斩波输出占空比与电容电压的关系,并进行了仿真研究。在此基础上设计了大功率实验样机,通过电压差回馈法进行了全功率试验。结果表明,该融冰电路输出电压稳定、输入谐波含量低,对电网影响小,可有效应用到工程实践。     

基于IGBT的移动式多用途直流电源及其融冰调试

以500 kV输电线路直流融冰为目的,提出一种基于IGBT的移动式多用途直流电源.整套装置由4台电源车构成,容量20 MW.单台电源变流部分由6个结合斩波回路的电压源型换流器VSC模块构成,通过副边为6绕组的变压器接入35 kV系统.应用功率单元模块,通过紧凑化设计将单台电源集成于半挂式平板拖车上,实现了装置的整体移动.采用双层结构的PWM整流稳压结合恒流斩波的控制方式和基于系统级、装置级和单元变流器级的分层式保护设置方案实现现场应用.结合现场实施经验,提出了完整的融冰试验方案.     

兼具STATCOM功能的混合型直流融冰电源

针对融冰电源性价比较低、装置使用具有较强周期性的问题,提出了一种兼具静止同步补偿器(STATCOM)功能的混合型大功率直流融冰电源。在对拓扑工作原理及拓扑工作切换过程进行分析的基础上,推导了STATCOM和直流融冰两种应用工况下,功率单元和系统主电路的等效电路和数学模型。对STATCOM和直流融冰两种工作模式下的调制策略、单元工作模式及其控制方法进行了研究与分析,提出了一种模块均衡控制方法。仿真和试验结果表明,所提出的混合型大功率直流融冰电源具有较好的直流融冰和无功补偿效果。仿真和试验与分析结果一致,验证了拓扑结构和控制方法的正确性。     

输电线路柔性直流融冰技术

为直流融冰技术在电网中的应用提出了一种新型柔性直流融冰技术。通过分析输电线路结冰情况的等效模型并研究融冰时的热交换过程,针对220kV输电线路计算出了线路融冰所需的保线电流和最大电流值。按计算结果的需求设计了基于可关断器件的新型柔性直流融冰电源。论述了该电源的主电路拓扑及其功率单元的等效电路,并对其相关的融冰控制策略进行了分析和研究。最后研制出一台全控直流融冰装置样机,并进行了现场试验。试验结果表明,该融冰装置可对直流输出电压进行柔性调节,融冰时的网侧谐波含量较低,在试验中仅3.16%。     

特高压直流输电线路分段直流融冰方案

针对融冰线路一般不是全线覆冰的情况,提出了在重冰区线路下方建设分段直流融冰站的分段直流融冰方案。融冰距离取100km,通过对特高压直流线路大截面导线融冰电流范围和融冰时间的计算,确定融冰电流为12 000A,所需融冰功率153MW。为满足融冰功率的需求,提出了分段直流融冰站所需交流电源的电压等级为220kV。最后设计了2套24脉动整流电路并联的分段直流融冰装置,并对装置的设备参数进行了设计选型。通过Matlab仿真软件对特高压直流线路的分段直流融冰进行仿真,结果表明设计的装置其融冰电流可达10 980A,且输出电压为24脉动,总谐波畸变率(THD)仅0.83%,验证了该方案的可行性。     

特高压直流输电系统并联融冰运行方式的控制保护策略

介绍了并联融冰运行方式的拓扑结构,分析了现有并联融冰运行方式的控制策略,基于成熟的单阀组控制理论和策略,提出了一种将两个并联的换流器进行统一控制的新型控制策略,详细阐述了该控制策略的实现方法。全面梳理了并联融冰运行方式对直流保护功能的影响,分析了相关保护功能的应对策略,然后对关键保护功能提出了新的保护判断逻辑。新的控制保护策略通过了实时数字仿真器(RTDS)仿真试验和现场调试试验,验证了其可行性和可靠性。     

新型整流桥串并联切换直流融冰装置

我国南方地区冬季气温低湿度高,在远距离传输的高压输电线路上经常出现区域覆冰问题,覆冰严重时会造成杆塔倒塌等电力事故,本文研究的新型整流桥串并联切换直流融冰装置即用于解决输电线路覆冰问题,避免造成大面积供电中断。本文基于常规十二脉动直流融冰装置,通过原理分析、参数设计和仿真验证提出一种新型直流融冰拓扑,可以同时满足导线融冰的大电流和地线融冰的高电压需求。相比于常规十二脉动直流融冰装置,采用新型直流融冰拓扑可以选用一半容量的换流变压器和一半电流定额的晶闸管,显著降低设备成本;在大电流输出模式下可以有效减小注入系统的谐波电流,从而减小接入点的系统电压畸变。本文研究的新型整流桥串并联切换直流融冰装置有利于降低直流融冰装置的设备投资成本,同时改善直流融冰装置投入运行时的系统电压质量。关键词：线路覆冰;直流融冰装置;串并联切换;切换刀闸;平衡电抗器;成本优势中图分类号：TM755     

特高压直流工程的融冰控制保护策略及试验分析

极端气候条件和输送功率的限制使得直流电流无法满足融冰要求,导致直流输电线路形成覆冰,这将严重影响特高压直流系统的稳定运行。本文结合酒湖直流工程的融冰功能,阐述了特高压直流输电工程中循环阻冰模式和并联融冰模式运行的主接线拓扑结构与特点,提出了循环阻冰模式下两极联跳的策略和并联融冰模式下直流控制保护功能的修改方案。通过RTDS闭环实时数字仿真验证了融冰功能的可行性和有效性,可为特高压直流输电工程融冰运行方式的直流控制保护系统设计提供参考。     

基于模块化多电平换流器的直流融冰装置馈线潮流控制仿真

本文对基于模块化多电平换流器(MMC)的直流融冰装置进行功能拓展,利用其整流侧对称的拓扑将其延展为双端柔性互联装置,接入配电网对馈线潮流进行控制,灵活改变交流系统电压、电流使其满足上层功率指令变化,并在其中一侧交流系统发生短时电压波动时由对侧方向交流系统提供一定的无功支撑,在提高配电网供电可靠性的同时也提高了设备的利用率.首先对基于模块化多电平换流器的直流融冰装置拓扑及直流侧整流系统的控制方式进行设计并加以说明,进而在仿真平台搭建实际双端柔性互联装置模型,通过改变功率参考值及暂时电压波动得到过渡过程的电压、电流波形,验证直流融冰装置在融冰期外作为柔性互联装置实现馈线潮流控制的有效性.     

可关断器件移动式直流融冰装置研究

为提高电网的可靠运行,加强电网防冰防灾能力建设,我国加强了先进电力电子技术用于融冰领域的研究。文章首先说明了线路融冰额定电流和电压的计算方法,随后介绍了基于可关断器件移动式直流融冰装置的技术先进性,给出了其系统技术方案、主电路拓扑和控制策略,尤其阐明了先进的四象限变流器模块串联的多重化电压源换流器(voltagesource converter,VSC)结构。500 kV线路现场试验证明,该装置的研制成功,为我国电网防冰减灾提供了新的技术手段。     

星接链式静止同步补偿器在直流融冰的应用

两台星接链式静止同步补偿器(STATCOM)通过中性点连接融冰线路可实现直流融冰,该方式谐波小,占地少。文中说明了该融冰方式的控制原理,通过功率分析的方法推导了直流电压波动公式和分析了二倍频环流的原因,并通过仿真分析得到了证明。为了进一步实现工程应用,还分析了STATCOM的优化选型设计,并与传统的静止无功补偿器(SVC)兼融冰装置进行了技术参数和特点的比较,提出了STATCOM用于直流融冰时适合的应用范围,并提出了移动式STATCOM融冰设计的理念和设计方法。     

基于混合子模块的新型模块化多电平直流融冰装置

在分析电网直流融冰和动态无功补偿功能需求的基础上,提出了桥臂采用半桥子模块和全桥子模块以组成混合子模块多电平换流器的直流融冰装置方案。为了确保直流融冰电压的连续可调,提出了每个桥臂中半桥和全桥子模块数量的具体计算方法,该方法与全桥模块化多电平换流器方案相比最多可以节省1/6的开关器件,同时,提出了混合子模块的电容电压平衡控制策略。最后通过PSCAD/EMTDC软件进行了仿真验证,证明了所提拓扑结构和控制策略的正确性和有效性。     

基于VSC与DRU的混合级联型海上风电直流外送系统控制与阻抗建模

混合级联型海上风电直流外送系统具有高压、大容量、投资成本低等优势,但其并网稳定性问题一直备受关注,而系统阻抗建模是分析稳定性的基础。基于电压源型换流器(voltage-source converter,VSC)与二极管整流器(diode rectifier units,DRU)的混合级联型海上风电直流外送系统,建立了VSC-DRU混合级联换流站的详细数学模型;为实现直流外送系统中有功功率主动分配和交流集电系统电压稳定,研究了含滤波电容电流反馈的VSC功率-电压调节控制策略;采用小信号扰动方法,考虑锁相环输出相角调节、有源阻尼控制及功率控制影响,推导并分析了闭环控制下VSC-DRU混合级联换流站的详细阻抗模型,为研究系统稳定性提供了依据。最后,在PSCAD/EMTDC中进行仿真验证,结果表明所提控制策略具有良好的功率-电压调节性能,并通过频率扫描法验证了所建详细阻抗模型的正确性。     

一种提高星接链式STATCOM直流融冰电流的控制方法

分析了采用中性点相连的两台星接链式静止同步无功补偿器(STATCOM)的直流融冰方案中融冰电流较小的问题,最终提出了调制波饱和的控制方法,即增大直流调制波幅值,使得总的调制波饱和,从而提高每相H桥直流电压利用率、产生更大的融冰电流;同时理论论证了使用调制波饱和的控制方法而产生的谐波分量只会在两台STATCOM间形成环流而不会流入污染系统。最后在Matlab/Simulink环境下搭建仿真,证实了该方法的可行性和有效性。     

级联式光伏电站直流并网拓扑及其控制策略

为解决光伏电站远距离输送并网问题,同时提高光伏电站并网系统稳定性,将光伏电站与电压源型高压直流(Voltage Source Converter-High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)输电系统相结合,设计了一种光伏电站通过级联直流变换器经VSC-HVDC输电线路并网拓扑方案。研究了光伏发电模块均压特性,分析了光伏发电模块控制策略和VSC换流站直流电压控制策略,提出了改进的直流电压-功率偏差斜率控制策略。在PSCAD/EMDTC电磁暂态软件下进行了不同光照强度仿真分析。仿真结果验证了系统可行性,表明了所提出控制策略有效保持光伏电站系统电压稳定性。     

换流变压器在直流融冰装置中的作用研究

直流融冰是目前最为成熟和可行的融冰手段之一。文章在现有直流融冰技术的基础上,通过对直流融冰的最小融冰电流、直流融冰功率以及谐波电压的研究,分析使用和不使用换流变压器对直流融冰装置和交流线路的影响,为直流融冰的应用提供了一个新的思路。结合四川电网某融冰工程项目,使用PSCAD/EMTDC软件仿真得出使用换流变压器的工程实际应用条件和限制范围,研究成果成功应用在四川电网直流融冰项目设计工作中,可供今后工程参考。     

适用于全桥型模块化多电平换流器的直流融冰装置控制策略

现有直流融冰装置采用了晶闸管可控整流技术,在运行中均会消耗一定的无功功率,产生特征次谐波,对交流系统带来一定影响。全桥型模块化多电平换流器(MMC)具有直流电压和直流电流双向运行能力,可满足直流融冰对换流器运行工况的要求。文中提出了适用于全桥型MMC的直流融冰装置控制策略。首先,对全桥型MMC直流融冰装置的主回路拓扑的运行原理进行了介绍,并给出了适用于全桥型MMC的调制比定义。其次,充分利用全桥型子模块可输出正、零、负模块电压的特点,分析如何实现零起升压/升流,以满足不同类型、长度线路的融冰需求,使得直流电压很低时,交流侧仍然保持很高的电能质量。然后,基于无功补偿容量、设备利用率和器件裕度等对装置的无功补偿进行研究,确定了装置无功补偿模式的拓扑结构。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了直流融冰模型,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

电网过电流融冰运行方式可行性研究

针对2008年我国南部地区大范围冰灾对电网正常供电的影响,研究了通过调整运行方式达到输电线路融冰的可行性。通过调整湖南、江西电网的运行方式,对其电厂出线、主要输电断面和负荷中心线路进行过电流融冰可行性分析,结果表明,接入220 kV电压等级的电厂出线部分实施过电流融冰可行,负荷中心环网不具备过电流融冰的可行性,负荷馈线和省内主要断面实施过电流融冰的可行性很小。文中还探讨了短路电流融冰方案的适用范围。