基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统设计

换流阀是柔性高压直流输电工程中完成电能变换的核心模块,其运行可靠性直接关系到整个直流输电系统的稳定性,因此需对换流器阀进行严格的型式试验.运行试验是型式试验的重要一环,主要检测换流阀对电流、电压和温度应力的耐受情况.依据模块化多电平换流器(MMC)型电压源换流阀实际工程运行工况,采用等效试验的方法,设计了一种基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统,可对换流阀的稳态工况和暂态工况进行模拟,进而实现对换流器阀的导通、关断和有关电流特性的检验.详细介绍了基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统的主回路和控制系统设计,并以实际工程换流阀组件为试验对象,验证了所设计的基于MMC柔性直流输电换流阀试验系统的正确性和实用性.     

MMC型电压源换流器阀运行试验研究

随着柔性高压直流输电技术的发展,电压源换流器性能优势得到了越来越广泛的认可,基于模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的电压源换流技术在我国已得到了广泛的应用:南澳多端柔性直流输电工程、舟山多端柔性直流输电工程、鲁西异步联网柔性直流输电工程已经建成投运,±420 kV渝鄂直流背靠背联网工程、±500 kV张北可再生能源柔性直流电网示范工程已开工建设,±800 kV乌东德送电广东广西多端直流输电工程已进入工程实施阶段。MMC阀作为柔性直流输电工程系统的主要装置之一,为了保证柔性直流输电系统的安全可靠运行,换流器阀必须进行严格型式试验。运行试验作为型式试验的重要试验项目之一,考核换流器阀在最严酷重复应力下开通、关断以及导通时,能否耐受电流、电压和温度应力。依据MMC型电压源换流器阀实际工程运行工况,研究了运行试验方法,搭建了试验回路,并实施了柔性直流输电工程用换流器阀运行试验。结果表明,文中提出的试验方法和试验回路能够实施电压源换流器阀运行试验,试验结果符合IEC 62501:2017、GB/T 33348—2016、DL/T 1513—2016等相关标准要求。     

多端柔性直流输电工程控保系统接口设计

介绍了柔性直流输电系统控制和保护系统分层结构,对南澳多端柔性直流输电工程青澳站控制保护系统分层结构和控制保护系统通信接口方案进行了描述。通过对青澳站的无功功率阶跃和稳态时直流侧总谐波进行分析,证明换流器级控制到换流阀级控制接口特性、换流阀级控制到换流阀接口特性均满足系统要求。该方案设计简单可靠、实用易行,已经在南澳柔性直流输电工程中得到了成功应用,很好地满足了柔性直流工程控制保护系统快速性和可靠性的要求。     

模块化多电平柔性直流换流器阀组本体保护的设计

换流器阀组是柔性直流输电系统的关键设备。文中介绍了模块化多电平换流器阀组的基本原理和组成结构,基于舟山五端柔性直流输电工程对阀组过电流和过电压故障进行了仿真、分析研究,提出了阀组保护的关键需求,以此为基础构建了由子模块控制电路、阀控系统及柔性直流控制保护系统组成的多层次的完整的阀组本体保护系统及保护策略,提出了系统性的过流保护策略和系统性过电压判据,有效提高了阀组的过电流、过电压穿越能力。阀组保护系统及保护策略经过了±6kV两端柔性直流输电系统的试验验证和舟山、南澳工程现场试验的验证。     

海上风电柔性直流送出换流站MMC换流阀损耗研究

海上风电柔性直流送出是目前柔性直流输电领域的研究热点,损耗是柔性直流换流站的一个重要技术指标,关系着柔性直流系统的输电效率和换流阀的设计。针对输电容量为1000 MW的海上风电柔性直流送出换流站MMC换流阀损耗特性,研究了换流阀损耗的计算方法和关键计算参数的获取方法,计算得到了换流阀损耗的组成和±320 kV/1000 MW海上风电柔性直流送出工程送/受端换流站换流阀的损耗率。同时,研究了联接变压器阀侧三次谐波注入、换流器调制比和直流极线电压对换流阀损耗率的影响,结果表明:在联接变压器阀侧注入三次谐波和增大换流器调制比可减小换流阀损耗率;在相同输送容量的前提下,增大直流极线电压可减小换流阀损耗率。     

多端柔性直流输电系统直流故障保护策略

直流故障保护是多端柔性直流输电系统的一个关键性问题。本文在全桥型模块化多电平换流器的基础上,提出适用于多端直流输电系统的换流器级和系统级直流故障保护策略。根据全桥型模块拓扑特性,换流阀闭锁实现故障电流快速清除;然后换流器等效为双星型级联H桥STATCOM并联运行,为故障清除和隔离开关动作隔离故障点提供条件;最后转换换流器运行模式完成多端柔性直流输电系统的快速恢复。在PSCAD/EMTDC中搭建了三端柔性直流输电系统仿真模型,分析了直流故障和系统重新启动的运行特性,仿真结果证明了控制策略的有效性。     

舟山多端柔性直流输电示范工程及其评估

介绍了舟山多端柔性直流输电示范工程基本情况、电网接线方式及直流控制保护功能,分析了快速重启动及换流站单站投退在工程中的应用及工程的运行效果。并结合实际运维经验,针对直流控制保护、换流阀子模块、直流断路器、直流测量装置等主要设备问题进行了分析,并给出了技术完善的方向。     

柔性直流换流站阀厅设备温度监测

换流阀是直流输电系统的核心设备,阀厅设备温度监测对于保证换流阀的安全正常运行具有重要意义。以±200 kV舟山多端柔性直流输电工程为背景,阐述换流站阀厅的结构及阀厅设备特点,提出3种阀厅设备测温方案（红外测温、光纤测温、无线测温）,通过技术安全比较,得出红外测温方案不影响阀体结构,且能满足监测要求,该文推荐柔性直流阀厅设备测温采用红外测温方式。     

柔性直流换流站阀厅设备温度监测

换流阀是直流输电系统的核心设备,阀厅设备温度监测对于保证换流阀的安全正常运行具有重要意义。以±200 kV舟山多端柔性直流输电工程为背景,阐述换流站阀厅的结构及阀厅设备特点,提出3种阀厅设备测温方案(红外测温、光纤测温、无线测温),通过技术安全比较,得出红外测温方案不影响阀体结构,且能满足监测要求,该文推荐柔性直流阀厅设备测温采用红外测温方式。     

电压源换流器高压直流输电换流阀的试验方法

对柔性直流换流阀进行型式试验可保证其安全可靠运行,型式试验通常采用等效试验的方法。介绍了串联阀和模块化多电平换流器阀2种柔性直流换流阀的结构,指出阀试验方法研究应包括试验对象分析、应力分析、应力数学模型的建立、试验要求及试验内容分析、等效试验方法研究等,并针对上述2种柔性直流换流阀试验方法的各项内容进行了研究,以期为可关断器件阀等效试验的理论研究奠定基础。     

柔性直流配电系统换流器交流侧接地故障的分析

柔性直流配电网中的换流器若经联结变压器接入交流电网,联结变与换流阀之间发生绝缘损坏会产生换流器交流侧接地故障。接地故障对系统运行的影响及其保护方案值得研究。首先分析了柔性直流配电网中各部分的共模等效模型。考虑联结变不同的接地方式,建立了一个典型的五端柔性直流配电系统共模等效电路。推导了各端基频共模电流、电压的计算公式。其次考虑系统可能存在的各种谐振,提出了一种基于换流器直流侧基频共模电流、电压以及功率方向的多端柔性直流配电系统交流侧接地故障的保护方案。最后在PSCAD仿真平台上进行了验证。     

一种适用于大容量功率馈入和异步电网互联的级联换流阀

随着特高压直流输电技术的广泛应用,多回直流集中馈入带来的问题日益严重。为从换流器和电网结构两个层面有效解决多馈入直流系统的问题,该文提出一种同时具备特高压直流馈入和受端电网异步互联的级联换流阀拓扑。首先,详细介绍级联换流阀的拓扑结构及其运行特点;分析特高压级联换流阀接入对受端系统运行特性的影响。针对常规控制下级联换流阀可能出现的电压不稳定问题,提出均压附加控制策略。研究换流阀多种工作模式及工作模式间的在线切换策略,以提升系统的运行灵活性。仿真验证基于级联换流阀的直流输电系统控制策略的有效性,研究结果表明,换流阀具备直流故障清除能力和多工作模式在线切换能力;级联换流阀在多直流落点的受端电网具有较好的应用前景。     

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。     

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电动态模拟系统

介绍了基于模块化多电平换流器拓扑的柔性直流输电动态模拟系统,该模拟系统为背靠背的试验系统。以实际工程为原型,对交流系统、换流阀、换流变压器及直流电缆进行了等效模拟。并给出了交流系统、直流系统、换流阀、换流变压器的参数设计及模拟比设计。模拟系统采用了和实际工程现场一致的测量系统。介绍了故障模拟以及故障点设置。最后,介绍了动态模拟系统的稳态及故障穿越试验,并与实际工程现场的试验波形进行了对比,表明其能够准确模拟实际工程中的稳态及暂态特性,可以为柔性直流控制保护系统的设计提供试验验证。     

直流断路器及阻尼快速恢复系统在舟山多端柔性直流输电工程中的应用

介绍舟山多端柔性直流输电换流站直流断路器及阻尼快速恢复系统的基本情况,对直流断路器、谐振开关、阻尼模块等设备原理进行说明,分析直流输电系统快速重启动及换流站单站投退在工程中的应用,针对实际运行过程中发现的换流站极隔离失败的隐患,给出了解决方法,缩短直流故障清除和非故障端重启动时间,大大提高舟山多端柔性直流输电系统运行的可靠性。     

柔性直流换流阀改进运行试验方法

为了实现对柔性直流换流阀更准确的综合应力考核,针对换流阀中含有二次环流等分量的阀电流,提出了柔性直流换流阀改进运行试验方法,可满足不同功率等级下柔性直流换流阀含有不同特征电流运行工况的试验要求。首先,对柔性直流换流阀的典型运行工况进行了应力分析,重点分析了换流阀的电流特征;其次,结合应力分析,考虑到实际工程中换流阀运行时未投入环流抑制时的桥臂电流中包含较大的二倍频分量的工况,在柔性直流换流阀的阀段试验装置和不增加试验成本的基础上,通过调制控制策略,提出了针对含二次环流分量的阀电流应力和电压应力考核的试验方法,并阐述了其运行机理;最后,搭建了实际的试验系统,并进行了验证。试验结果表明,该柔性直流换流阀改进运行试验方法具有可行性和有效性。     

柔性直流架空线路故障自清除技术北大核心

柔性直流架空线路故障自清除技术,采用具有直流侧故障清除能力的混合型模块化多电平换流器(MMC)拓扑及故障电流清除策略,实现直流架空线路不同类型故障的快速清除和高速再启动,无需配置直流断路器等外部设备。该技术首次应用于昆柳龙直流工程。工程送端云南昆北站采用常规电网换相换流器(LCC)特高压换流阀;受端广西柳州站和广东龙门站均采用全桥、半桥功率模块混合型MMC特高压换流阀,     

混合多端直流输电系统柔直换流阀电气应力抑制策略研究

混合多端直流输电系统中逆变站采用子模块混合型模块化多电平电压源换流器(MMC)并联,因此对子模块混合型MMC换流阀电气应力及抑制策略进行研究对于系统安全性和可靠性分析具有重要的意义。首先分析了混合多端直流输电系统运行原理;然后进一步分析了MMC换流阀电气应力产生机理,并在此基础上提出了MMC换流阀电气应力抑制策略;最后在PSCAD/EMTDC软件中建立3端LCC+MMC+MMC型混合直流输电系统,并对MMC换流阀电气应力抑制策略进行了仿真验证。通过本文研究可知,故障发生过程中非故障换流站持续注入能量是MMC换流阀电气应力增大的主要原因,采用泄能装置后可以有效抑制MMC换流阀的电气应力。     

基于k/n(G)模型的柔性直流输电系统换流阀可靠性建模与冗余性分析

采用电压源型换流器以及脉宽调制技术的柔性直流输电系统具有功率控制灵活、可向有源和无源网络输电、产生的谐波含量小等优点。文章主要对柔性直流输电换流器的换流阀进行可靠性建模与分析。首先介绍换流阀及其控制、冷却和保护系统的内部结构和功能。然后基于k/n(G)模型,以ABB公司StakPak IGBT换流阀为例,建立换流阀模块及其次级子模块的可靠性数学模型。通过计算,得到不同电压等级和不同冗余下的换流阀可靠性指标,最后选择合理的冗余方案。     

柔性直流架空线路故障自清除技术

正柔性直流架空线路故障自清除技术,采用具有直流侧故障清除能力的混合型模块化多电平换流器(MMC)拓扑及故障电流清除策略,实现直流架空线路不同类型故障的快速清除和高速再启动,无需配置直流断路器等外部设备。该技术首次应用于昆柳龙直流工程。工程送端云南昆北站采用常规电网换相换流器(LCC)特高压换流阀;受端广西柳州站和广东龙门站均采用全桥、半桥功率模块混合型MMC特高压换流阀,