适用于常规直流改造的混合直流输电系统主电路拓扑研究

分析比较了适用于混合直流输电系统的2种主接线方式的优缺点,针对常规直流改造为混合直流的特点,指出了适用于常规直流改造为混合直流的主接线方式。针对柔性直流架空线路故障隔离困难的问题,分析对比了4种可行的处理方法,指出了每种方法的优缺点及适用场合,并指出了适用于常规直流改造为混合直流的架空线故障处理方法。结合上述架空线故障处理方法,分析总结了工程中可行的4种适用于常规直流改造为混合直流的拓扑结构,并提出了2种非对称子模块混合型混合直流输电拓扑结构。从技术性和经济性两方面对这6种拓扑结构进行了对比分析,并指出了每种拓扑结构的适用场合。     

消解多直流馈入问题的两种新技术

描述了可消解多直流馈入问题的电网动态分区技术和柔性直流输电技术.基于对物理机理的分析,将多直流馈入问题分为两个方面,即由交流系统故障引起的多回直流线路同时换相失败问题和由直流线路双极故障导致的潮流大范围转移问题.针对电网动态分区技术的实现途径,提出了采用大阻抗故障限流器实现电网动态分区的技术方法,并演示了电网动态分区技术解决多回直流线路同时换相失败问题的有效性.阐述了采用柔性直流输电技术消解多直流馈入两方面问题的有效性,并对柔性直流输电技术向大容量和架空线路方向发展所遇到的接地方式、串并联组合式换流器技术和直流侧故障自清除问题进行了探讨.     

三种MMC-HVDC直流故障处理方法下电力系统暂态稳定性分析

首先介绍在远距离大容量输电场合,3种基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)拓扑及其处理直流故障的方法:基于半桥子模块(half bridge sub-module,HBSM)的HMMC-HVDC跳换流站交流侧断路器,基于箝位双子模块(clamp double sub-module,CDSM)的CMMCHVDC通过换流器控制实现直流侧故障自清除,以及基于电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和MMC的混合拓扑在MMC直流出口处加装大功率二极管(LCC-D-MMC-HVDC)。然后,在由MMC-HVDC和交流线路构成的交直流并列简化系统中,基于等面积法则,对上述3种直流故障处理方法的暂态过程进行理论分析,并提出评价指标。最后通过仿真验证了分析结果。     

LCC-MMC串联混合型直流输电拓扑在大规模纯新能源发电基地送出中的应用研究

“十四五”期间我国需要大力开发清洁能源基地,需要通过特高压直流输电技术实现远距离大容量输电,电网换相换流器（line commutated converter,LCC）串联模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）的混合型直流输电拓扑是一种非常有潜力的解决方案。为了验证该拓扑...     

架空线柔性直流输电换流站拓扑研究

对适用于架空线的柔性直流输电换流站拓扑进行研究。介绍了已有具备直流侧故障穿越能力的柔性直流输电换流站拓扑结构方案,阐述了各方案在架空线柔性直流输电系统中的应用研究价值,比较了各类换流站拓扑的优点和不足。根据架空线柔性直流输电系统的特点和要求,提出该领域未来的发展方向和研究重点。     

适用于架空线的MMC-HVDC换流站子单元拓扑系列

本文提出一系列新型故障隔离型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)子单元拓扑结构。与全桥型MMC拓扑结构相比,使MMC柔性直流输电具备直流侧故障处理能力的同时,优化了建设成本与运行损耗。本文详细描述了几种新型拓扑结构的直流侧故障电流阻断机理,介绍了一种基于故障隔离型子单元的新型换流站拓扑思路,并搭建了单相实验样机平台,实验进一步验证了该类拓扑结构的有效性。     

用于海上风电并网的柔性直流系统接地方式研究

柔性直流输电技术凭借其为无源电网提供同步交流电源支撑的能力,正逐渐成为远距离海上风电并网的首选方案。主要针对柔性直流系统用于海上风电并网时的接地方式进行了深入的研究。首先对比分析了目前已有工程中的几种换流站接地方式,描述了几种接地方式的优缺点。然后介绍了柔性直流系统用于海上风电并网的拓扑结构和控制策略,选出了三种适用于该场景的换流站接地方式。最后针对国内某规划海上风电场,在电磁仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建了±320 kV/1 100 MW柔性直流系统仿真模型。并基于该模型对柔性直流系统进行了故障扫描,研究对比了三种接地方式下系统的过电压特性,得出三种接地方式下的柔性直流系统均具有相似的过电压特性。该研究成果填补了相关研究领域的空白,可以为国内的海上风电并网工程提供参考依据。     

适用于架空线路的双极混合MMC-HVDC拓扑

为应对柔性直流输电在远距离大容量架空线输电领域应用问题,基于钳位双子模块和双晶闸管子模块拓扑构成的两种模块化多电平换流器,设计了串联双极混合直流输电系统,既提高了输电容量,又能缓解单种拓扑能耗较大或直流故障抑制时间较长问题。重点分析了双极混合拓扑在不同直流故障下等值电路和直流故障穿越机理及其抑制特性。最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建双极混合直流输电模型,对系统稳态运行工况和直流故障穿越特性进行了对比研究。仿真结果表明,双极混合系统既体现出灵活多样的稳态运行特性,又具有直流故障穿越与快速恢复能力,较好地适用于远距离大容量架空线路输电应用领域。     

柔性直流输电技术：应用、进步与期望

柔性直流输电技术是构建灵活、坚强、高效电网和充分利用可再生能源的有效途径,代表着直流输电的未来发展方向,已成为新一代智能电网的关键技术之一。概述了国内外柔性直流输电工程的现状以及柔性直流输电技术在交流电网的异步互联、风电场并网、海上平台供电和城市负荷中心供电等领域的应用情况;重点介绍了世界第一个多端柔性直流输电工程———南澳多端柔性直流输电示范工程的研发情况,尤其是其技术难点;指出了直流输电混合化,高电压大容量化,直流输电网络化和直流配电网等未来柔性直流输电技术发展的主要方向;提出了柔性直流输电系统亟待解决的关键问题,诸如具有直流短路故障电流清除能力的电压源换流器拓扑结构,高压直流断路器技术和直流电网运行的基础理论及控制保护技术。     

基于半压钳位子模块的MMC直流短路故障穿越研究

基于模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)的柔性直流输电技术,在高压大容量输电领域有广阔的应用前景。直流故障穿越是MMC应用必须解决的关键问题。目前,具有直流故障穿越能力的MMC改进拓扑在功率器件成本和换流器损耗方面依然偏高,并且缺乏物理实验验证。首先,提出一种基于半压钳位子模块的MMC改进拓扑;然后利用子模块电容电压来主动抑制二极管续流效应,迅速清除故障电流和实现自动重启,并且额外成本很低;最后,相应地搭建了1 k V/20 k W物理样机,通过物理实验详细地研究了所提拓扑的直流故障清除和恢复过程,并验证了该拓扑的直流故障穿越能力。     

适用于VSC-MTDC系统的直流电压控制策略

直流电压稳定是关系到电压源型直流输电系统可靠运行的关键问题之一。文中首先分析了在电压源型直流输电系统中直接电流控制和直流电压偏差控制的工作原理，然后提出了在电压源型多端直流输电系统中采用基于直流电压偏差控制的多点直流电压控制策略。控制器采用该策略后，能实现定有功功率控制模式与定直流电压控制模式之间的自动转换，确保定直流电压控制的换流站故障退出后，仍能实现对直流电压的控制和有功的平衡。以一个5端系统为例进行仿真验证，结果表明多端直流输电系统的运行可靠性得到提高，且获得良好的动态性能。     

包含VDCCOL的VSC-HVDC改进控制策略

在交流系统故障或者甩负荷等暂态过程中,由于有功功率不平衡,电压源换流器型高压直流（VSC-HVDC）输电系统直流侧会出现过电压或者欠电压现象,危及换流阀、直流电容器和直流电缆等设备的安全。为了限制暂态过程中直流电压波动幅度,提出了一种改进的控制策略,即在外环有功功率控制器中增加了一个依赖于直流电压的电流指令限制单元（VDCCOL）,它通过内环电流控制器有功电流指令的变化来反映直流电压的变化。当直流电压异常时,VDCCOL根据预设的特性迅速修正外环功率控制器输出的有功电流指令值,减缓有功功率的不平衡,从而达到限制直流过电压/欠电压的发展、保护设备安全运行和避免频繁切机等目的。仿真研究表明,文中提出的控制策略能有效地抑制故障条件下直流电压波动幅度,提高系统的运行特性。     

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。     

电网换相换流器和电压源换流器串联组成的混合直流换流器控制和保护研究

基于电网换相换流器和电压源换流器串联的混合直流换流器在克服交流故障时的换相失败和直流故障时的重启动具有优势。分析了该混合直流换流器运行方式、控制策略、电压源换流器保护原理、抵御换相失败原理和直流线路重启过程,认为由该混合直流换流器组成的高压直流输电系统,可克服传统直流和柔性直流输电的主要缺点。当逆变侧的交流系统发生故障时,电压源换流器可提供电压支撑来抑制直流电流增加,缓解电网换相换流器换相失败效应。当直流线路发生故障时,逆变侧电网换相换流器可阻断电压源换流器产生的故障电流,具备直流线路故障重启能力。另外,电压源换流器还为电网换相换流器提供无功功率,从而减少换流站无功设备配置。     

VSC-HVDC系统新型广义直流电压控制策略

建立了基于电压源换流器（VSC）的高压直流（HVDC）（VSC-HVDC）输电系统的标幺值数学模型。为了抑制系统故障时直流电压的波动幅度,基于上述模型,提出了一种新型广义直流电压控制策略。在此控制策略下,换流站间不需要通信,外环有功功率控制器为一个广义直流电压控制器（GDCVC）。当直流电压因交流系统受到扰动或直流电压控制器（DCVC）故障等原因而不能有效维持直流电压时,维持和限制直流电压的功能可平滑、自动地由有功功率控制器接替,从而达到保护设备安全运行、提高系统持续运行能力的目的。仿真表明,文中提出的控制策略在稳态和暂态过程中均具有良好的控制效果,对实际VSC-HVDC系统的控制器设计具有参考意义。     

用于柔性直流配电的高频链直流固态变压器

提出直流固态变压器(DC solid state transformer, DCSST)将作为柔性直流配网中的关键环节,以实现高压直流配电和低压直流微电网间电压和功率的灵活控制和快速管理。文中给出一种基于高频隔离的双向DCSST方案,其具有与传统隔离双向DC/DC变换器类似的传输功率模型;串联端的电压平衡与并联端的功率平衡等价;并且较易实现分布式、模块化和即插即用的软硬件结构。文中给出DCSST的拓扑结构、工作模式、传输功率特性、控制和管理策略、设计和实现方法;在此基础上,基于SiC功率器件,搭建用于柔性直流配网的DCSST样机,验证控制和设计方法的正确性和有效性。随着柔性直流输配电的快速推广,DCSST具有较大的应用前景。     

模块化多电平型高压DC/DC变换器的研究

模块化多电平型(modular multilevel)高压DC/DC变换器采用模块化结构,能够很容易通过子模块串联的方法得到较高的电压和功率等级,适用于高压大功率直流变压场合。该DC/DC变换器采用由两个模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)组成"面对面相连"的结构,其本身具有直流侧故障保护的功能,无需采用直流断路器进行保护,变压器的存在可实现了电气隔离。目前针对此拓扑结构的研究尚处于起步阶段,其基本运行方式仍是研究的重点和难点。本文具体描述了模块化多电平型高压DC/DC变换器的拓扑结构,并且分析了其本身具有直流侧故障保护功能的作用机理。在此基础上,从调制策略、电容电压平衡策略及功率控制策略三方面对控制器进行设计。最后,通过建立仿真模型和搭建单相结构的实验平台,验证了所提基本运行方式的有效性。     

一种基于CSC-VSC的DC/DC换流器及其控制策略

在能源互联网建设中,DC/DC换流器是实现不同直流电压等级的可再生能源并网的必要环节,引起了广泛的研究。DC/DC换流器的体积、成本、动稳态性能和故障性能是其广泛应用的限制因素。为此,提出了一种并网端采用有源电流源换流器、分布式能源端采用电压源换流器的front-to-front混合DC/DC换流器,其中CSC和VSC交流侧采用高频率正弦波调制。所提出的基于CSC-VSC的混合DC/DC换流器具有体积小、成本低、可穿越直流短路故障等优点。通过对混合DC/DC换流器数学模型的分析,提出了换流器参数设计方法,给出了换流器运行范围约束。再提出了一种适用于混合DC/DC换流器的综合控制策略,其中CSC采用有功无功闭环控制、VSC采用交流电压幅值闭环控制。利用RTLAB半实物仿真平台分别对混合DC/DC换流器额定运行工况和直流短路工况进行了实验研究,结果验证了所提混合DC/DC换流器拓扑和控制策略的合理性和有效性。     

±800 kV换流站无线电干扰研究

分析了特高压直流换流站的无线电干扰源及其传播方式,以拟建中的±800 kV向家坝—上海直流输电工程为例,进行换流站无线电干扰的预测方法研究和计算：分析了干扰电压源、建立了高频模型,优化了无线电干扰(radio interference,RI)滤波器的设计。结果表明：换流站总无线电干扰以及交流、直流线路和接地极线路的无线电干扰频谱均随频率升高而下降;合理装设RI滤波器后,规定测量位置的无线电干扰水平基本上都小于40 dB;±500 kV换流站的无线电干扰限值可以作为±800 kV换流站的无线电干扰控制限值。文章还给出了减少换流站无线电干扰的相关建议。     

模块化多电平换流器电容电压的分布式均衡控制方法

子模块电容电压的均衡控制是模块化多电平换流器(MMC)的关键问题,通常的做法是在中心控制器通过排序法或附加控制量法集中实现电容电压的均衡控制,当级联的子模块数目巨大时,中心控制器存在占用计算资源过多甚至难以实现的问题。提出一种MMC子模块电容电压的分布式均衡控制方法,将电容电压的均衡控制环分散到各子模块控制器中实现,每个子模块控制器仅需要完成自身电容电压追踪桥臂电容电压平均值的控制,均衡控制环简单且占用计算资源小,当级联的子模块数目大幅增加时,中心控制器的计算资源变化较小。通过对基于MMC的双端柔性直流输电系统的RT-LAB仿真结果和物理试验结果验证了所提出的分布式均衡控制方法的正确性和有效性。