大型发电厂直流系统研究

从大型发电厂出发对蓄电池容量、直流系统接线、直流网络设计、直流断路器选择等方面进行分析探讨,提出发电厂直流系统实施方案,供工程设计、运行管理参考。     

一种新型直流接地极——广域接地极探讨

针对目前直流接地极选址存在的困难,提出广域接地极的新方案,即通过特定的形式把某一区域内的直流接地极连接起来,形成一个大型的散流体作为直流接地极。以广东电网公司应用该方法的实例证明该方案具有显著的经济性和较高的操作性,并且在技术上有明显优势,能够降低接地电阻,缓解直流输电单极大地运行对交流电网的不利影响,但存在入地电流局部集中的现象。通过进一步分析,提出改进方法,即利用局部串阻和改变入地电流接入点,可改善电流在广域接地极的分布,而实践证明改变接入点的技术性和可靠性更高。通过对广域接地极对后续直流工程的适应性分析,得出结论:广域接地极作为一种创新的设计理念,可通过一系列技术措施的实施及改进,缓解直流落点增多与接地极选址困难的矛盾。     

具备阻断直流故障电流能力的直流–直流自耦变压器

提出具备阻断直流故障电流的两端口直流–直流自耦变压器。共提出两种方案,分别为将直流自耦变的第一、第三换流器改造为具备阻断直流故障电流能力的换流器,以及在直流自耦变直流高低压直流端口间安装直流断路器。论述了两种方案的拓扑结构,推导了两种方案下所使用的换流器总容量随变比的关系,分析结果表明,安装直流断路器的方案所使用的换流器总容量少于改造换流器的方案。仿真验证了加装直流断路器方案的有效性,结果表明,在变比为1~2.5的范围内,两种方案下,具备阻断直流故障电流的直流–直流自耦变压器所使用的换流器总容量始终小于1.3倍互联功率,且所使用换流器总容量随变比降低而降低;而常规的直流–交流–直流变换技术无论变比如何变化,所使用的换流器总容量始终为2倍的互联功率。在PSCAD/EMTDC下仿真验证了所提出的保护方案的正确性。     

具备无闭锁穿越直流故障能力的直流自耦变压器

首先,分析了目前直流自耦变压器技术的特点及其缺陷所在,针对目前直流自耦变压器无法穿越直流故障的问题,分析了直流自耦变压器穿越直流故障的需求,在其基础上结合混合型模块化多电平换流器的特点,设计了具备无闭锁可穿越直流故障的直流自耦变压器子模块数目配比。其次,设计了该变压器的控制策略,保证其在正常工况和故障工况下的稳定运行。最后,在PSCAD/EMTDC下搭建了测试系统,验证了所提无闭锁穿越直流故障直流自耦变压器技术的可行性及控制策略的有效性。     

单向LC型直流—直流变换器的设计与控制

提出一种单向LC型直流—直流变换器,可用于互联两个电压等级不同的直流系统、单向地传输直流功率。该单向LC型直流—直流变换器由电压源型换流器、不控整流器,以及连接它们的LC电路构成。研究了单向LC型直流—直流变换器的拓扑设计,推导了其电感、电容设计步骤,设计了单向LC型变换器的功率控制方法,理论分析了直流故障时,故障电流幅值的大小。然后,在PSCAD/EMTDC上搭建了30 MW±10kV/±100kV仿真算例,验证了所提控制方法的正确性以及拓扑本身所具有的故障穿越能力。相较于其他直流—直流变换器,单向LC型直流—直流变换器具有直流升压比高、功率可控性好、制造成本低、具备直流故障穿越能力等优点。     

直流断路器的现状及发展

本文在分析直流输电技术特点的基础上,总结了目前直流输电对于直流断路器的基本要求;介绍了用于直流领域的断路器的种类,分析了其工作原理以及性能特点;简要综述了直流断路器国内外发展现状,并分析了直流断路器存在的主要技术问题,指出混合直流断路器是直流输电领域的直流断路器研究的主要方向。     

多端直流系统分区协调保护策略

针对多端直流系统的故障保护问题,首先分析了直流故障特性及多端直流系统保护难点,总结了现有多端直流系统故障保护方法。然后,基于一种典型的多端直流系统拓扑结构,以使用最少数量直流断路器为目标,提出了多端直流系统区域保护划分原则和分区保护策略。该方法将直流故障区域通过直流断路器与非故障区域进行隔离,从而使非故障区域可以继续维持正常运行,而故障区域则通过换流站交流侧断路器和直流侧开关进行保护和隔离。最后,通过MATLAB/Simulink仿真平台建模及仿真分析,验证了多端直流系统分区保护的有效性和经济性。     

轨道交通的直流供电系统

轨道交通的供电系统包括高、中、低压交流供电系统、直流供电系统以及电力集中监控系统(SCADA)等。叙述了轨道交通用直流供电系统的基本原理,简要介绍了直流供电系统的关键电器设备,如整流器、直流快速断路器、直流开关柜等。     

基于模块化隔离型DC/DC变换器的海上直流风电场并网方案

与传统的海上风电场采用中压交流系统汇集电能不同,海上直流风电场采用直流系统实现电能的汇集和远距离传输。为减小海上风电场的投资,提高其运行效率,设计了一种基于模块化隔离型DC/DC变换器(MIDC)的新型海上直流风电场并网方案。首先,对三种可能作为MIDC子模块的DC/DC变换器进行了参数设计和对比分析,最终确定了LLC串并联谐振变换器作为MIDC子模块的拓扑。在此基础上,设计了MIDC的控制系统,在实现MIDC子模块间均压和均流的同时,实现了对风力发电机组输出功率的最大功率跟踪。最后,通过仿真验证了所设计的海上直流风电场并网方案的可行性和所设计的MIDC控制系统的有效性。     

配电网用全固态混合式直流断路器研发

直流配电网以其控制灵活、稳定性高、电能质量好等优点,成为了未来配电系统的发展趋势。直流断路器作为直流配电网的保护设备,对于直流配电网的稳定性、安全性有着重要意义。提出了一种在直流配电网中应用的全固态混合式直流断路器方案。该断路器由三条支路构成,其主通流支路由晶闸管串联IGBT构成,转移支路由压接式IGBT构成,能量吸收支路由避雷器构成。对该断路器方案进行了仿真验证,并开发了10kV/1kA试验样机以及相关试验平台。试验样机在10kV和7.5kV电压等级下分别成功开断2kA和5kA短路电流。样机在10kV电压额定通流下效率大于99.94%。     

新型线间直流潮流控制器

在含有网孔的多端直流输电系统或直流电网中,仅靠控制换流站难以实现对特定线路的潮流进行控制,因此需要引入直流潮流控制器来改善潮流分布。首先对现有的4类直流潮流控制器进行了原理介绍和优缺点分析,然后提出了一种新型线间直流潮流控制器。新拓扑具有以下优点:需要的开关器件和驱动更少;拓扑结构更简单;控制更简单。最后,在PLECS中搭建了一个三端直流输电系统,通过仿真验证了新拓扑的有效性。     

直流微网中关键技术的研究

随着时代的发展,直流微电网已在很多方面得到了广泛的应用。相对于交流微电网而言,直流微电网具有无需跟踪频率以及电压相位、抗扰性更好、降低线路损耗、在基础设施的投资上较低等诸多优点,可见其未来的发展将不可估量。文中首先以直流微网的结构框架为基础,针对具体模块的关键技术等方面提出实现方案;同时设计了一种可以实现零电流关断的智能直流断路器的拓扑结构,并对该模块做了仿真设计验证;最后简单分析了该智能直流断路器的应用及发展。     

多端口背靠背式直流–直流换流系统EI北大核心CSCD

提出一种多端口背靠背式直流–直流换流系统(multiport back-to-back,MB2B)。其内部由多个电压源型换流器(voltage source converters,VSC)组成,VSC交流侧均连接到MB2B内部公共交流母线。为了使MB2B具有联接不同电压等级直流线路的功能,MB2B内部采用变压器来匹配不同电压等级的直流线路。MB2B的每个端口均可独立调节其潮流。为了减少VSC运行损耗,MB2B内部交流系统运行频率取为工频。详细设计MB2B的稳态控制及故障下功率自动平衡控制。为验证该拓扑的可行性和安全性,在PSCAD/EMTDC上搭建由四端口MB2B构成的实验电网系统的仿真模型,并针对该实验系统进行黑启动、潮流调节、直流故障隔离以及故障下自动功率平衡等仿真。实验系统中所有的控制策略均不需要任何通讯。     

一起变电站直流系统异极环网故障分析与处理

结合现场工作实践,分析了某500 kV变电站一起隐蔽的直流异极环网事件,描述了故障排查过程,推导了直流系统异极环网时的基本现象,并对故障未及时发现的原因进行了推断,最终提出了具体的整改措施建议,对于一些隐蔽的直流环网事件处理和预防具有一定的借鉴作用。     

超高压大功率直流输电系统的先进控制技术应用及发展

在总结直流输电系统常规控制策略的基础上,综合评述了近年来先进控制技术在高压直流输电HVDC(High-Voltage Direct-Current power transmission)控制及调制技术中的应用研究现状．介绍了当前各种控制研究所采用的技术路线和实现方式．重点分析了各种控制方法和控制策略的优点和不足．指出了HVDC控制研究中亟待解决的问题,如控制策略的综合评估,系统化多馈入交直流系统直流调制信号选取原则．具有自适应阻尼能力的HVDC小信号调制技术．具有鲁棒性的大信号调制技术．全局协调控制等。对可能的研究手段进行了探讨。     

电阻式直流超导限流器原理与设计

直流输电系统面临着故障电流开断困难的问题,超导直流限流技术是解决该难题的可行手段之一.文章对直流超导限流器的原理进行了介绍,总结了其原理和特性、研制中的关键问题、预期的经济效益,并以一±160 kV样机为例介绍了限流器的主要参数,让读者对直流超导限流器有一个初步的认识.     

直流输电控制系统的组成及功能

介绍了高压直流输电控制系统的组成、基本控制功能及控制方式。直流极控制系统是换流站控制系统的核心,主要功能是通过对整流侧和逆变侧触发角的调节实现系统要求的输送功率或输送电流。直流输电和交流输电技术的显著不同在于输电过程对控制保护系统的依赖性。直流输电是建立在阀导通和截止控制上的一种电能传输方式。     

适用于直流电网的推挽式直流自耦变压器及其控制策略

基于双有源桥拓扑结构的能量传输机理,通过融合直流自耦变压器与模块化多电平换流器的拓扑演绎规律,提出了具有高传输效率和高运行可靠性的推挽式直流自耦变压器。分析了推挽式直流自耦变压器的工作机理、控制策略和系统参数对运行特性的影响。通过采用特定拓扑结构的四绕组变压器并结合推挽式工作模式,推挽式直流自耦变压器内部的特定四绕组变压器可由2个相同的单相双绕组变压器等效代替分析,极大简化了稳态控制策略的设计难度。PSCAD/EMTDC仿真验证了推挽式直流自耦变压器的技术可行性与有效性。     

高压直流监视与故障诊断主站系统的研发与应用

目前国内现有的故障信息管理主站或二次设备在线监视与分析应用系统,都只是具备交流二次设备(保护和录波装置)的运行情况监视和分析,还不具备对高压直流的二次设备监视和故障诊断分析的能力。为此,设计和研发了一套高压直流二次设备监视与故障诊断主站系统,详细介绍了该系统的软硬件结构、直流二次设备建模以及各主要功能模块的实现方案。经现场运行情况表明,该主站系统可以在直流输电系统运行过程中发生故障和不正常运行情况下,快速准确获知直流保护动作情况和直流故障情况,并及时把相关故障信息推送给上级调度中心。     

三端口混合式直流断路器的工程应用

唐家湾三端柔性直流配电网工程成功应用了世界首套±10 kV三端口混合式直流断路器,可实现多端换流站的联络及故障快速隔离,从而保障系统安全可靠运行。文中针对唐家湾三端柔性直流配电网故障隔离需求,提出三端口混合式直流断路器的拓扑结构、工作原理和技术参数。进而进行三端口直流断路器工程样机研制,开展电流开断试验,试验结果表明,三端口混合式直流断路器工程样机可在2.7 ms内开断10 kA故障电流。最后,将三端口直流断路器工程样机安装在唐家湾三端柔性直流配电网工程,并进行三端系统在线投入、三端系统在线退出和三端系统电流开断试验共3个关键试验,试验结果表明,三端口直流断路器运行状况良好,功能和性能满足工程设计和运行要求。