模块化多电平柔性直流输电换流器子模块过电压保护

以模块化多电平柔性直流换流器为研究对象,分析子模块过电压特点,研究子模块在运行中的瞬态过电压和暂态过电压问题。子模块瞬态过电压包括绝缘栅双极型晶体管（IGBT）关断过电压和二极管反向恢复过电压：针对子模块IGBT关断过电压,提出一种两电平关断技术抑制关断电压尖峰;针对子模块二极管在旁路开关动作时反向恢复过电压,提出一种抑制二极管反向恢复过电压的旁路方法。文中同时分析了系统故障造成的暂态过电压,提出一种带耗能回路的子模块拓扑,以提高换流器故障穿越能力,并可有效减少子模块级联数量。针对模块化多电平换流器在不同故障工况下的过电压问题,提出了多级过电压保护相互配合的控制逻辑策略,并提出一种冗余供电方案,解决了模块化多电平换流器启动过程中的黑模块过电压问题,提高了系统运行可靠性。最后,给出实验和仿真波形验证了瞬态、暂态过电压理论分析的正确性和保护方案的有效性。     

基于混合型多电平换流器的柔性直流输电系统

针对一种混合型多电平换流器（Hybrid Multilevel Converters, HMC）在柔性直流输电系统（VSC-HVDC）中的应用进行了研究。阐述HMC的电路拓扑和工作原理,从功率角度分析子模块电容电压均衡条件,介绍了换流器的基本控制策略,提出了一种改进控制策略和HMC子模块串的均压控制策略。提出了基于HMC的前馈交叉解耦控制策略,包括有功无功解耦控制器,以及直流侧电压控制器。利用PSCAD/EMTDC建立了基于HMC双端三相35 kV,240子模块的VSC-HVDC详细仿真模型,验证了所提出的主电路拓扑和控制策略。     

基于WSE-RVM的柔性多端直流输电换流器故障诊断

为了快速、准确地对柔性多端直流输电系统(VSC-MTDC)中电压源换流器(VSC)的故障进行诊断,提出了一种基于小波奇异熵(WSE)理论和相关向量机(RVM)的诊断方法。首先,在PSCAD/EMTDC中搭建了三端直流输电系统的仿真模型,并对电压源换流器的几种常见故障进行了仿真分析。其次,以VSC-MTDC直流侧电压作为故障信号源,利用小波奇异熵理论对仿真数据进行故障特征提取,将得到的故障特征向量作为相关向量机的输入样本。最后,利用相关向量机对换流器故障进行诊断,结果表明,小波奇异熵理论可以较好地提取电压源换流器的故障特征,相关向量机比同等条件下的支持向量机具有更高的诊断准确率和更短的诊断时间。     

柔性直流输电换流器故障特性分析及诊断研究

为了准确识别柔性直流输电电压源换流器故障类型及位置,在分析换流器故障特性的基础上,给出了一种简便快速的故障识别及定位方法。基于两电平电压源换流器的VSC-HVDC的系统仿真,分别建立了交流侧单相断线故障时直流电压、直流电流波动分量计算模型和两侧换流器故障交流电流计算模型,分析了故障换流器交流侧谐波与直流侧谐波分量的关系,给出了柔性直流输电换流器故障谐波传递规律。根据已建立的故障换流器数学模型和交直流侧谐波传递规律,以直流电流各次谐波分量、交流电流有效值和标幺化直流分量作为诊断特征量,提出了一种运算简便快速的故障定位方法,可用于识别电压源换流器中轻微故障的位置。仿真结果表明,提出的故障识别及定位方法能够在线实时准确地诊断电压源换流器轻微故障类型和位置,诊断时间最多需要35 ms。     

模块化多电平换流器型柔性直流输电海缆过电压特性

作为柔性直流输电工程的连接单元,直流海底电缆的绝缘水平关系着输电工程的安全运行。以舟山多端柔性直流输电工程中定海换流站至岱山换流站的海底柔性直流电缆为研究对象,采用统计法仿真计算了模块化多电平换流器型柔性直流输电海缆过电压分布规律,得出柔性直流海缆的绝缘水平。通过仿真计算,得出了直流电缆的故障过电压最大值,即导体对铅套、铅套对铠装和铠装对地的最大过电压分别为403.44 k V、6.72 k V和0.39k V;选取30%的绝缘裕度,确定了直流电缆的绝缘水平,即导体对铅套为525 k V、铅套对铠装为9 k V和铠装对地为0.6 k V。计算结果可为柔性直流电缆的选型及试验提供重要参考。     

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。     

模块化多电平式柔性直流输电换流器的预充电控制策略

针对用于高压直流输电的新型模块化多电平电压源换流器,详细分析了其预充电动态过程,以寻求合适的预充电控制策略。首先以单站模块化多电平结构电压源换流器fmodular multilevel converter,MMC）为研究对象,将换流器预充电分为2阶段,分析了各阶段,特别是MMC解锁瞬间过电流的形成机制及影响因素;为保证...     

柔性直流输电换流器经济性分析

本文通过分析IGBT直接串联两电平电压源换流器(2L-VSC)和模块化多电平换流器(MMC)的经济性差异,为特定工作条件下柔性直流输电系统换流器的选型提供理论依据。对比了两种换流器的结构差异,详细分析两种换流器的主电路器件参数设计方法和损耗计算方法,在此基础上提出了合适的换流器经济性评估指标,对IGBT直接串联两电平换流器和模块化多电平换流器的经济性进行定量对比分析。结果表明在35kV及以下工作场合,IGBT直接串联两电平换流器比模块化多电平换流器经济性更好。     

模块化多电平换流器直流输电控制策略

模块化多电平换流器高压直流输电(MMC-HVDC)系统的控制策略及电流内环控制器对其故障时的运行特性有着重要影响。设计了电网电压不平衡下负序电流抑制策略和对应的限流环节。为解决正负双序同步旋转坐标下电流序分量分解和控制器较多问题,构建了基于比例积分和谐振控制的混合电流矢量控制。此外为降低桥臂环流对系统运行的影响,在分析桥臂电流构成成分的基础上,针对环流序分量2倍频特点设计了桥臂环流抑制器。仿真结果表明混合电流矢量控制能够实现直流和2倍频交流电流信号的统一控制,达到了负序电流和桥臂环流的抑制效果。     

柔性直流与交流并列输电换流器交流故障穿越

柔性直流输电的故障穿越是电网安全稳定运行的重要内容,特别是交流侧低压故障时产生的较大短路电流对换流器件的危害一直是研究热点.针对1个风电场经交直流并联输电的系统,当直流输电的逆变端交流侧发生严重短路故障时,提出通过控制换流站的内环电流控制器的输入电流指令的限幅环节来抑制换流器出口的过电流,即低压故障时切换到小一级的限幅器限值,同时为了阻止从整流站而来的功率积累过剩,造成直流电压上升,设计了整流站运行方式自动切换控制器,使整流站输电功率减小,将功率转移到交流线路,以稳定直流电压.最后通过仿真验证,证明提出的方法在抑制交流短路大电流、稳定直流电压方面效果显著.     

基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电控制系统设计

为了设计并搭建基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电(MMC-MTDC)控制系统。首先分析了模块化多电平换流器的基本原理,并基于此基本原理设计了阀组级控制器以及采用矢量控制的换流站级控制器。接着,设计了适用于MMC-MTDC的直流偏差控制器;最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中对所设计的控制系统进行仿真分析。仿真结果表明:控制系统实现了换流站的功率控制与交流电压控制,并且使得换流站具备了孤岛供电能力;在定直流电压换流站故障退出运行后,后备定直流电压换流站能够自动实现直流电压的偏差控制;各级控制器间的相互配合使得所构建的MMC-MTDC系统稳定、可靠地运行。     

一种柔性直流输电换流器调制方法研究

围绕柔性直流输电换流器调制方法,选择载波移相脉宽调制技术为研究核心,通过数学推导的方式解析了其调制特点,运用Saber软件描述CPS-SPWM调制方式,说明其合成原理和提高多电平等效开关频率的作用,通过对比选择DSP芯片,提出并分析了基于TMS320F28335的CPS-SPWM实现方法,以模块化多电平换流器为实验对象,给出了具体的操作方法。实验结果表明,基于F28335的CPS-SPWM实现方法具有较好的输出效果,在换流器装置中具有良好的可行性。     

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。     

基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统仿真分析

基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电(modular multi-level converter based multi-terminal high voltage direct current,MMC-MTDC)技术,能够实现多电源供电、多落点受电。作为一种更为灵活、快捷的输电方式,MMC-MTDC在新能源并网、电网互联等方面具有广阔的应用前景。本文主要研究分析对通信要求较低、应用较为广泛的MMC-MTDC系统的电压裕度控制策略,并仿真验证了该控制策略的正确性和有效性。     

模块化多电平换流器HVDC直流侧故障控制保护策略

模块化多电平换流器（MMC）是电压源换流器（VSC）的一种新型拓扑。由于MMC与VSC拓扑结构的差异,二者的直流系统故障机制也有所区别,有必要对其故障特性进行深入分析以进行保护设计。文中介绍了MMC的拓扑结构及工作原理,通过比较基于MMC与VSC直流输电系统的故障特征差异,分析了MMC-HVDC不同类型直流线路故障对系...     

模块化多电平换流器型直流输电电平数选择研究

为分析模块化多电平换流器型直流输电拓扑的输出电压电平数选取原则,在采用基波频率调制方式的基础上,分析了影响换流器输出电压电平数的三个关键因素,即控制器触发频率、子模块个数和电压调制比。推导了影响电平数的两个控制器触发频率临界值,并得出了换流器输出电压总谐波畸变率与上述三个影响因素的关系曲线,为选择MMC-HVDC系统的电平数提供了理论依据。通过PSCAD/EMTDC搭建了MMC-HVDC仿真模型,仿真结果验证了该模型的合理性及上述电平数选择原则的正确性。     

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。     

模块化多电平换流器型直流输电电平数选择研究

为分析模块化多电平换流器型直流输电拓扑的输出电压电平数选取原则,在采用基波频率调制方式的基础上,分析了影响换流器输出电压电平数的三个关键因素,即控制器触发频率、子模块个数和电压调制比.推导了影响电平数的两个控制器触发频率临界值,并得出了换流器输出电压总谐波畸变率与上述三个影响因素的关系曲线,为选择MMC-HVDC系统的电平数提供了理论依据.通过PSCAD/EMTDC搭建了MMC-HVDC仿真模型,仿真结果验证了该模型的合理性及上述电平数选择原则的正确性.     

模块化多电平换流器型高压直流输电系统控制保护体系框架

在介绍了MMC-HVDC系统拓扑结构的基础上,阐述了MMC-HVDC控制保护系统的设计原则和主要功能,指出采用冗余配置和分层设计的必要性.控制保护系统是MMC-HVDC系统的核心之一,在搭建了MMC-HVDC控制保护系统总体结构的基础上,提出建立4层结构的MMC-HVDC控制保护体系框架,即直流系统控制层、极控制保护层、阀组控制层、子模块控制保护单元,并进一步阐述了各控制层的控制功能及各层相互关系.