环网式三端直流输电系统及直流断路器应用的分析与仿真

分析了多端直流输电系统的基本原理,利用 PSCAD/EMTDC 软件建立了多端直流输电系统仿真模型,并建立了含直流断路器的多环网式多端直流输电系统模型,通过仿真研究了直流断路器开断直流输电线路的过程,分析直流断路器在环网式多端直流输电系统中的作用.对直流断路器切除环网式三端直流输电系统一条输电线路的过程及切除故障换流站分别进行了仿真分析.仿真结果表明,当利用直流断路器切除环网式多端直流输电系统的一条输电线路时,输电线路的电流重新分配,能保证功率输送的连续性.在这种情况下,对各个换流站输出或输入的功率影响不大,对与直流系统连接的交流输电网影响很小.当切除故障换流站后,该系统最大限度地保持功率传输及电流的有效分配,保持稳定运行     

多端直流输电系统中限流电抗器配置研究

多端直流电网的故障暂态发展极快,因此在实际工程中一般需要配置限流电抗器来抑制故障电流的上升。但是,限流电抗器的配置在限制故障电流的同时,也会对非故障的部分产生影响,因此文中对多端直流输电系统中限流电抗器的配置进行了研究。建立了多端直流输电系统的故障计算模型,并给出了包含断路器各动作阶段的系统状态量的计算方法;分析了多端直流输电系统中限流电抗器的配置需要考虑的问题;以四端直流输电系统为例,针对不同的限流电抗器配置情况下的直流系统故障过程进行了仿真计算,并根据计算结果分析了限流电抗器对系统最大故障电流、换流站闭锁情况、直流母线过压情况和过电流衰减时间等问题的影响。     

多端直流输电技术及其发展

分析了多端直流输电系统的运行机理,概述了国内外多端直流输电的应用情况,并从多端直流输电系统的模型建立、控制策略、直流调制、潮流计算以及基于VSC的多端直流输电技术等几个方面综述了国内外在理论方面的研究成果,展望了多端直流输电技术的发展趋势,认为多端高压直流输电也是我国大区电网发展中值得考虑的一种电网互联模式和可供选择的输电方式.     

基于直流电压—有功功率特性的VSC-MTDC协调控制策略

提出了一种用于大规模海上风电并网时电压源换流器型多端直流(VSC-MTDC)输电系统的协调控制策略。以典型的五端直流输电系统为例,提出了基于本地控制器的换流站间协调控制策略,基于直流电压-有功功率调节特性给出了辅助换流站的改进下降控制策略以及定有功功率控制(APC)换流站的改进控制策略,分析了两换流站的工作模式,根据直流网络的潮流分布和最大最小运行方式给出了辅助换流站和APC换流站参数选择的依据。最后,PSCAD/EMTDC仿真验证了在正常、主导换流站故障和辅助换流站故障工况下协调控制策略的有效性;仿真结果表明,该协调控制策略能够实现多端直流输电系统换流站间的有功功率分配,控制效果良好。     

多端直流输电技术及其发展

分析了多端直流输电系统的运行机理,概述了国内外多端直流输电的应用情况,并从多端直流输电系统的模型建立、控制策略、直流调制、潮流计算以及基于VSC的多端直流输电技术等几个方面综述了国内外在理论方面的研究成果,展望了多端直流输电技术的发展趋势,认为多端高压直流输电也是我国大区电网发展中值得考虑的一种电网互联模式和可供选择的输电方式。     

基于最优潮流的多端柔性直流输电系统控制策略

在考虑风功率预测的多端柔性直流输电系统中,通过对交直流系统进行多目标潮流优化,将优化得到的各换流站有功功率和直流电压作为最优参考值,结合广义下垂控制对各换流站的控制系数进行调整,从而对多端柔性直流输电系统中各换流站的控制策略进行优化。同时,利用MATLAB对考虑风功率预测的多端柔性直流输电系统进行控制策略优化,对多种情况下的潮流结果进行分析比对,验证该控制策略优化方法的有效性。     

±1100kV特高压多端馈入直流系统协调控制

多端馈入直流(MTDC)系统连接多个换流站,各个换流站之间必须相互协调控制。结合±1 100k V特高压直流输电工程,对单端送出、双端馈入的直流输电系统进行研究,在基于送端定触发角控制的情况下,分析熄弧角的影响因素。在保证充裕熄弧角的情况下,提出了基于电流裕度的主从式控制策略,实现了各个换流站之间的协调配合。在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建相应的双端馈入直流输电系统模型,并进行仿真。仿真结果证明了所提控制方法的有效性。     

多端高压直流输电技术及应用前景

随着高压直流输电技术的发展,多端直流输电技术受到了越来越多的关注。阐述了高压直流断路器、多端直流输电系统在控制、多端直流仿真分析技术的研究现状,以及新型多端直流输电技术的发展趋势。对我国多端直流输电系统的发展前景进行了展望,初步分析认为多端直流输电技术在我国具有重大的发展潜力和广阔的应用前景,并给出了多端直流输电在我国的应用情景的分析结果。     

基于周期搜索的多端柔性直流输电系统非线性下垂控制

当基于电压源换流器的多端柔性直流输电系统采用有功功率-直流电压线性下垂控制策略时,直流网络特性会影响换流站功率分配的准确性。在直流输电网络拓扑未知的情况下,通过建立换流站通用的有功功率-直流电压数学模型,分析了直流网络特性影响下的换流站有功功率-直流电压下垂特性的非线性特征。基于此,提出一种基于周期搜索的多端柔性直流输电系统非线性下垂控制策略,可在直流输电网络拓扑及参数未知的前提下,利用搜索技术实时获取换流站在可能运行范围内的精确非线性下垂特性曲线,再将该曲线周期性地更新到换流站底层控制中,最终实现多端柔性直流输电系统换流站有功功率的精确控制。通过在MATLAB/Simulink中建立四端环网直流输电系统模型,不仅对换流站有功功率-直流电压下垂特性的非线性分析结论进行了验证,还与传统线性下垂控制进行对比,验证所提控制策略还原换流站非线性下垂特性的准确性以及换流站有功功率精准控制的优越性。     

多端直流输电系统中的直流功率调制技术

与常规的双端直流输电系统相比，基于直流功率调制技术的多端直流输电系统能更灵活地向所连接的交流系统提供快速的紧急功率支持，改善交流系统的稳定性。文章对其中一端为弱交流系统的4端直流输电系统运用PSCAD/ EMTDC仿真软件研究了多端直流输电系统的功率调制技术，提出了该系统的仿真模型及其复合控制策略。仿真结果表明，所连接交流系统的强度、各换流站的控制策略和直流系统电流平衡原则的选取会极大地影响直流功率调制的性能，多端直流输电系统比常规的双端直流输电系统能更灵活地运用直流功率调制技术，进而有效地提高所连接交流系统的稳定性。     

并联型四端直流输电系统实时数字仿真分析

利用实时数字仿真器(RTDS)建立了并联型四端±500kV,5 000MW双极直流输电仿真模型,直流控制保护模型采用所开发的多端直流输电控制保护样机,与RTDS构成实时闭环仿真试验环境。控制策略采用多端直流电流裕度控制,控制系统架构按多端控制、极控制2级进行设置。多端控制包含多端直流输电系统各换流站功率指令分配、功率升降协调、直流电压控制和多端通信等功能。极控制包含常规直流控制功能,主要实现各换流站功率控制。利用该仿真系统对并联型四端直流输电系统稳态运行工况、单站闭锁功率补偿、直流线路故障进行仿真研究,结果表明所提出的控制策略和开发的控制保护样机可以满足多端直流输电要求。     

并联型多端高压直流输电系统的控制与保护策略及仿真

多端高压直流(multi-terminal direct current,MTDC)输电系统可以实现各换流站所连交流系统之间的功率输送或电力交换,能够解决多电源供电或多落点受电的输电问题,其接线形式总体分为串联型与并联型。针对4端并联型高压直流输电系统进行稳态运行和暂态故障过程的相关研究,基于EMTDC/PSCAD平台建立单极仿真模型,完成了多种解锁起动和闭锁停运组合的仿真分析,设计了直流功率平衡控制器实现各换流站功率协调控制,并提出了单个换流站紧急停运以及直流线路故障时的控制保护配合方式,仿真结果表明了控制与保护策略的有效性。     

VSC-MTDC输电系统的直流侧运行特性分析与稳态工作点计算

由于换流站数目、控制模式以及指令值的不同,电压源换流器型多端直流(voltage source converter based multi terminal dc,VSC-MTDC)输电系统在实际运行中具有多种运行方式,并且随着电网运行条件的变化,VSC-MTDC输电系统的运行方式也随之改变。因此,直流运行中心需要根据换流站运行特性、电网条件和系统参数等快速确定VSCMTDC输电系统运行控制模式与系统状态量,这对系统调控和安全运行具有重要意义。基于此,分析主导换流站、辅助换流站、定有功功率控制换流站和风电场换流站的直流电压–电流运行特性,推导各换流站在不同控制模式下的特性方程,给出各换流站不同控制模式下的电气量范围。接着,提出VSC-MTDC输电系统稳态工作点的计算方法,完善换流站的控制模式修正方法。最后,以典型的五端直流输电系统为例,Matlab编程验证了直流运行特性分析方法和稳态工作点计算方法的准确性;计算结果表明,该稳态分析方法能够快速准确地计算出VSC-MTDC输电系统的稳态工作点。     

舟山多端柔性直流输电工程主接线方案设计

主接线设计是工程设计的前提,主回路计算、设备选型等研究都必须在确定主接线方案的前提下进行。柔性直流输电工程不像传统直流工程有比较确定的主接线形式,而是可以根据工程需求,采取灵活的主接线方案。研究了柔性直流输电主接线方案和接地方案,详细比较了不同主接线方案的特点,讨论了不同接地方案的优缺点和适用范围,对多端柔性直流系统各换流站之间的系统连接方式及运行方式也进行了研究。以舟山五端柔性直流输电科技示范工程为实例,根据舟山工程系统和站址条件,系统地研究了其主接线方案的设计过程,给出了典型的站内主接线方案。可作为后续多端柔性直流输电工程主接线研究的参考。     

基于V-I特性的多端柔性直流输电系统的控制策略

针对典型的分布式电站如大型海上风电场的柔性直流输电接入和控制问题,本文建立了一个具有两个发送端和两个接收端的多端柔性直流输电系统,说明了针对该多端直流输电系统的框架结构与运行原理,给出了一种各个换流站之间的协调控制策略.该控制策略对送端换流站采用定交流电压与定频率控制,对受端换流站,通过分析其直流网络特性,并基于受端换流站的电压-电流(V-I)特性曲线,得到了各受端换流站吸收的功率之比与其V-I特性曲线的斜率之间的关系.在此基础上提出了一种在电压外环采用比例控制的方法,推导得出了比例系数与受端换流站的V-I特性曲线的斜率之间的关系,给出了调节功率分配的方法.通过PSCAD/EMTDC仿真验证了该控制方法的正确性,仿真表明该控制方法具有良好的稳态特性和动态性能.     

多端柔性直流输电系统主接线方案的应用分析

本文主要介绍了柔性直流输电的特点以及目前世界上柔性直流输电工程的应用现状,并结合世界上首个五端柔性直流输电工程—舟山多端柔性直流输电示范工程的实际特点,从工程应用可行性、经济性的角度对基于MMC换流器技术原理的多端柔性直流输电系统的主接线结构进行了分析,给出了基于MMC换流器技术原理的多端柔性直流输电系统主接线方案并指出了该型方案在应用中可能面临的问题及相应的解决措施,可为今后多端柔性直流输电工程的应用设计提供参考。     

基于N-1准则的VSC-MTDC输电系统稳态调控方案

分析了电压源换流器型多端直流输电(VSC-MTDC)系统的安全稳定运行条件,给出了VSC-MTDC系统的控制系统分层结构和直流潮流计算方法。提出了一种基于N-1准则的多端直流输电系统稳态运行调控方案;基于连续潮流计算和换流站的电压、功率限制,设计了应对主导站和非主导站停运的调控策略,给出了直流输电系统指令值的计算步骤,并讨论了解的存在性问题。提出了换流站停运调控策略无解情况下有功功率指令值的优化方法,定义了优化后有功功率指令值的评价指标以用于寻找最优解。以典型的五端直流输电系统为例,利用MATLAB编程验证该调控方案的可行性与准确性。计算结果表明,该调控方案能够为VSC-MTDC系统提供可靠安全的指令值。     

多端直流系统关键技术概述

大规模海上风电场采用直流联网构成多端直流网络是沿海风力发电的发展趋势,在介绍了已投运的多端直流输电工程概况的基础上,分析了传统以及新型多端直流输电系统的构成原理和运行方式,引入了基于握手理论的多端直流网络故障检测原理,并指出了其限制因素.     

海上多端直流输电系统协调控制研究

为了避免多端直流输电系统(multi-terminal DC,MTDC)对各换流站之间高速通信的要求,实现各换流站间的自主协调控制,基于电压源型换流器的电压?电流特性和故障时减少风功率注入的思想,提出了种应用于大规模海上风电场功率远距离外送的多端直流输电系统协调控制策略。在多端直流输电系统正常运行时,网侧换流器不仅可以控制直流电压的稳定,而且可灵活对电网进行风电功率传输。在多端直流输电系统故障运行时,风场侧换流器来保持直流电压的稳定和协调风场间各风机出力。后,搭建了Matlab/Simulink仿真模型,针对所提出控制策略的动态性能进行了仿真验证,结果表明所提控制策略能够保持直流电压在交直流故障等大扰动下相对稳定,维持系统正常运行。     

并联型多端混合高压直流线路故障区域判别方法

对于并联型多端混合高压直流输电系统,直流线路故障区域的判别对于最小限度地隔离故障从而提高直流系统的可用度具有重要意义。为此,针对并联型多端混合高压直流输电系统中换流站并联接入这一特有结构,分析了其对故障暂态行波的影响。研究表明,并联接入的换流器对中低频段的故障行波有大幅削减。因此,利用小波变换对暂态电流进行分析,提出了基于T区两侧暂态电流能量差的故障方向判别原理,进而利用各换流站故障方向信息确定故障区域。最后,建立了四端混合高压直流输电系统的PSCAD/EMTDC仿真模型,验证了所提方法的正确性和有效性。