柔性直流输电换流阀运行状态在线监测系统设计

设计了一套柔性直流输电换流阀运行状态在线监测系统,通过对换流阀子模块的电容电压、IGBT开关频率、温度以及阀冷、阀控等运行参数的在线监测,实时分析并预测换流阀的运行状态。提出了一种基于专家数据库的故障预测方法,可根据在线监测到的换流阀运行参数来提前预测其异常发展趋势,有利于故障的及早发现和预防。完成了在线监测系统的软硬件设计,并搭建了小容量的柔性直流输电物理动模试验平台进行了测试验证,测试结果表明,该系统可实现对柔性直流输电换流阀运行参数的在线监测和分析,为换流阀可靠运行提供了一种有效的监测手段。     

柔性直流换流站IGBT换流阀控制、监视及保护系统设计

从IGBT换流阀阀控系统的整体结构、工作原理及控制保护功能等多方面进行分析和研究柔性直流换流站IGBT换流阀的控制、监视及保护系统设计,以指导后续柔性直流输电实际工程的设计与建设,提高柔性直流工程的安全可靠性及技术先进性。     

广州换流站柔性化改造设计方案研究

  目的  为避免高压直流受端换流站逆变器换相失败,同时提高受端换流站交流系统的电压稳定性,研究将天广直流受端广州换流站改造为柔性直流换流站,并扩容为3 GW的可行性。  方法  基于满足柔性直流输电的各种运行方式、便于增容、适应设备研发水平,以及充分利用现有设备及建筑,减少改造的难度和费用,研究对比了不同换流阀拓扑结构、功率模块拓扑结构,研究了启动回路设置、直流场电气接线、联接变压器型式等。  结果  研究分析表明,增容改造方案推荐每极采用1个1.5 GW换流阀、半桥-全桥功率模块混合型式、对称双极接线、启动回路设置在阀侧、横向尺寸大的联接变压器。  结论  该研究为现有常规直流输电换流站改造为柔性直流输电换流站提供改造思路和方法。     

柔性直流输电换流阀功率单元现场测试方法研究

  [目的]  在柔性直流输电工程中,换流阀功率单元及其备件需要定期进行测试和维护。功率单元工作正常是保证柔性直流输电系统安全稳定运行的重要前提。  [方法]  针对功率单元现场测试缺乏相关规范标准的现状,从功率单元的结构、工作机制和厂内测试项目入手,结合现场实际情况,提出了一种适用于现场的流程化的功率单元测试方法,并在该方法的基础上研制了一台可对功率单元进行自动测试的装置。  [结果]  所提出的测试方法和测试装置可有效提高功率单元现场测试的完备性、效率及准确性,该装置目前已在南澳多端柔性直流输电工程塑城换流站试点应用。  [结论]  工程实践表明:提出的测试方法贴近工程实际情况,为功率单元的运检、验收提供了有效的测试手段,也可为其他柔性直流输电工程的功率单元测试工作提供借鉴。     

柔性直流输电功率模块的现场智能化检测

随着柔性直流输电技术的不断发展,作为柔直工程核心的柔直换流阀的日常维护检测引起了广泛重视。柔直换流阀通常采用功率模块级联,而功率模块体积大、质量重,不易搬运,需要有在现场应用的功率模块检测设备。而目前通用的功率模块检测方法及检测装置功能有限。在对功率模块的组成、故障情况分析的基础上,提出一种具有功率模块关键数据采集和分析的现场智能化检测方法,在不破坏功率模块的情况下,采集功率模块内的重要信息,结合采集信息给出功率模块主要组件的状态判断,达到故障检出和异常提前预警的目的,并可在后台进行数据存储。据此开发出的智能检测设备经初步验证后已投入应用,效果良好。     

柔性直流换流阀交流侧桥臂环流异常分析

柔性直流输电技术在孤岛供电、城市电网供电、分布式能源并网等方面具有很高的应用价值。介绍了上海柔性直流输电示范工程的概况、系统电气接线和运行方式,分析了柔性直流试运行过程中出现的一起故障案例。由于桥臂环流控制参数和结构不够优化,使得柔性直流换流阀的桥臂环流在长期运行中逐步增大,出现不可控而引发桥臂过流保护动作。通过调试,优化了环流控制程序的参数和结构,提升了系统控制性能,解决了换流阀交流侧桥臂电流异常问题。     

特定次谐波注入抑制模块化多电平换流器电容电压波动

模块化多电平换流器（MMC）电容电压波动抑制有助于降低电容器体积/重量,降低换流阀设备投入成本。推导了换流阀子模块电容电压波动分量及影响因素,分析了二倍频环流注入、三次谐波注入对子模块电容电压波动及换流阀的影响,提出的特定次谐波注入方法,可显著降低换流阀子模块电容电压波动,且桥臂电流峰值和有效值控制在允许范围内。以张北柔直工程参数为例,通过PSCAD仿真比较了环流抑制为零、二倍频环流注入、特定次谐波注入情况下的电容电压波动、桥臂电流有效值和桥臂电流峰值,验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于MMC的三端柔性直流输电系统建模与仿真

研究了MMC的电路拓扑结构、运行特性以及充电原理,在PSCAD仿真平台上搭建了MMC在三端柔性直流输电系统中的模型。该三端系统由两个送端一个受端组成。两个送端均采用定有功功率和定交流电压的控制方式,受端采用定直流电压和定交流电压的控制方式。系统级控制器采用直流电压偏差控制。每个换流站都采用最近电平逼近调制方法控制模块投入与切除,采用排序的平衡控制原理均衡各子模块电容电压。对直流侧单极母线进行了接地故障仿真,并分析了对系统运行的影响。仿真结果同时验证了该模型的正确性,MMC能在三端柔性直流输电系统中稳定运行,各子模块电压波动较小,有功、无功控制量均能跟随控制目标,该模型所采用的控制策略的性能良好。     

模块化多电平柔性直流输电系统的直流侧启动方法研究

模块化多电平换流器的启动是系统正常运行的前提和基础,也是柔性直流输电系统运行过程中的重要环节。换流器交流侧为无源网络或待启动的有源网络时,启动过程需要增加辅助电源,增加成本和工作量。提出一种直流侧充电启动方法,通过不控整流预充电后子模块数递减方法解锁使子模块电容电压达到预先设定值,无需增加辅助电源,能有效限制充电过程中的电压和电流冲击。在PSCAD/EMTDC中搭建两端柔性直流输电系统模型,验证了该方法的可行性和有效性。     

柔性直流换流站顺序控制系统

分析柔性直流换流站的运行状态和顺序控制系统的功能、控制流程及逻辑策略等,为实现直流系统各状态之间的平稳转换,对相关开关、刀闸的分/合操作和换流阀的解锁/闭锁提供自动执行功能,以达到平稳地启动和停运柔性直流输电系统和运行方式转换的目的     

大容量海上柔性直流换流站紧凑型布置研究

[目的]由于国外厂家的技术封锁,我国在大容量海上柔性直流输电技术的应用研究仍处于空白阶段.文章针对大容量海上柔性直流换流站提出了一种既满足工艺流程要求,又最大程度减少平台尺寸的紧凑型布置方案.[方法]根据功能定位和工作原理,可将换流站分为交流场、阀厅、桥臂电抗器区域、直流场和辅助房间五大区域.通过对各区域的布置原则研究...     

Flexible control strategy for HVDC transmission system adapted to intermittent new energy delivery

Intermittent new energy delivery requires increasing the flexibility of ultra-high voltage direct current (DC) power adjustment. Based on a converter steady-state model and a DC power model, the control angle constraints of a converter valve are relaxed for power regulation. In this paper, a flexible DC power control method based on a fixed tap changer position is proposed. The initial ratio of the converter transformer is optimized. The effects of the fixed-tap changer position control on the control angle, reactive power compensation, and commutation failure are analyzed. The new control method allows a DC system to operate at a large angle and increase the additional reactive power loss while improving the commutation security margin. Steady-state and electromagnetic transient simulations in the CIGRE test system verify the validity of the method proposed in this paper and the correctness of the analysis conclusions.     

Power conditioning of fuel cell systems in portable applications

Fuel cells are emerging as main power source for portable applications. These devices need power management circuit to connect varying output fuel cell voltage to desired regulated voltage load with high efficiency. Maintaining high efficiency of the converter over a wide loading range can improve stored fuel longevity. The purpose of this paper is to report a general review of most used topologies in fuel cell power conditioning applied to portable systems. Finally, a 100 W DC–DC converter for a particular fuel cell portable application will be presented. This converter was designed to fulfill several specifications of input and output voltage.     

珠海"互联网+"柔性直流配电网换流站设计方案

  [目的]  支持能源消费革命的城市—园区双级“互联网+”项目（简称“互联网+”项目）成功试点了多电压等级多端柔性直流配电网技术。  [方法]  介绍了“互联网+”项目的整体系统设计方案,描述了采用可故障自清除的IGCT器件交叉箝位MMC的鸡山I换流站及采用半桥拓扑MMC和直流断路器的鸡山II、唐家换流站的原理,介绍了相同换流容量的鸡山I、鸡山II换流站的平面布置,对比了其占地和造价。  [结果]  分析可知:鸡山I、鸡山II换流站均可满足功能要求,鸡山I换流站占地、设备造价略占优势。  [结论]  作为“互联网+”项目的重要组成部分,鸡山I、鸡山II、唐家换流站的实施,成功试验了具有故障自清除能力的IGCT换流阀和半桥结构IGBT换流阀,成功试验了不同原理的直流断路器,是中低压柔性直流设备标准化的重要依据。     

海上平台混合直流供电方案研究与仿真分析

  [目的]  海上平台一般均采用海上自供电方案,该供电方式电源形式单一、可拓展性差、抗冲击能力弱、供电可靠性和保障程度低,同时,海上平台的空间非常有限,建设自供电电源投资较高。  [方法]  在对比研究利用岸电交流送电和直流送电方案优缺点的基础上,提出了技术可行、经济性较优的海上平台采用混合直流输电的方案。在此基础上,建立陆地电网侧常规直流、海上平台侧柔性直流的数学模型,结合传统直流的换流器的典型控制方式和柔性直流换流器的典型控制方式,提出混合直流的控制策略。  [结果]  在PSCAD/EMTDC上建立混合柔性直流输电系统的电磁暂态仿真模型,包含近区交流电网、混合直流系统以及海上平台系统的仿真系统模型,并开展建模仿真分析研究,分析近区交流电网、直流系统、海上平台的运行特性、故障特性以及交互影响。  [结论]  研究成果对解决海上平台的安全可靠供电问题具有十分重要意义。     

可再生能源交流孤网转并网运行中的电压控制策略

柔性直流远距离输送有仅通过直流送出模式和交直流混联送出模式。两种送出模式下,系统的运行点存在较大差异,直接切换会对电网产生较大冲击。文章首先分析了两种送出模式下系统的调压控制特点,指出并网点电压幅值偏差是切换过程的关键点,设计了以可再生能源集群并网点电压偏差最小为主目标,换流站综合无功裕度最大为次目标的柔性切换策略。最后,基于某柔直电网可再生能源送端规划系统进行仿真,验证了所提策略的有效性。     

一种交直流混合输电系统直流侧双极故障保护策略

为进一步分析含柔性直流输电(MMC-HVDC)的交直流混合输电系统的故障特征,基于交直流混合输电系统和模块化多电平换流器(MMC)的拓扑结构,推导了MMC的数学模型,研究了直流系统双极短路的故障机理和故障特征,针对含MMC-HVDC的交直流混合输电系统的双极短路故障,设计了限流电路及闭锁换流站与交流断路器跳闸相结合的故障保护方案。以厦门市柔性直流输电系统为例,在PSCAD/EMTDC中搭建了交直流混合系统,并对保护方案进行了仿真验证。结果表明,提出的保护策略能有效地降低故障电流,提高系统稳定性。     

集约式海上换流站电气应用技术研究

  目的  深远海大规模海上风电送出会选用大容量风机和66 kV集电系统,风机具备直接接入海上换流站的条件,从而可以取消海上升压站,实现集约式设计。针对集约式海上换流站需要关注的电气关键技术点开展初步研究。  方法  在现有海上风电柔性直流输电技术的基础上,通过研究集约式海上换流站的主回路拓扑结构、核心电气设备选择和平台布置方案优化,对电气关键技术点给出了切实可行的技术方案。  结果  随着海上风电66 kV集电系统的逐渐普及,集约式海上风电柔直送出将成为以后的主流设计方案。针对集约式海上换流站的电气关键技术点给出了具有指导意义的研究结论。  结论  集约式海上换流站相比传统海上换流站具有明显的技术优势,形成的研究结论可以为后续深远海大规模海上风电送出项目的方案设计和实施提供技术支持,具有很好的示范应用前景。