电容换相换流器直流输电系统稳态及暂态特性

电容换相换流器（capacitor commutated converter,CCC）是通过对传统直流输电系统主回路结构进行改造,串入适当的电容,补偿换流器吸收的无功功率,使得实际的换相电压在幅值和相位上发生变化,从而减少了换流器无功功率的吸收,降低了逆变侧发生换相失败的概率,提高了直流系统运行的稳定性。但是,在拥有上述优点的同时,CCC直流系统也有其固有的缺陷,为此首先对整流侧、逆变侧基于CCC的高压直流输电系统机理、稳态特性进行了研究,并基于电磁暂态仿真软件（PSCAD）建立的模型进行了仿真验证,将结果与传统直流输电系统进行了对比;重点分析了CCC直流输电系统抵御换相失败特性、逆变侧单相短路故障后的恢复特性和持续故障机理,研究了串联电容大小对恢复过程的影响。研究结果对于进一步优化CCC直流输电系统的动态特性及推广CCC直流输电技术具有重要意义。     

基于逆变侧定电压控制的HVDC系统稳态和暂态响应特性研究

为测试逆变侧采用定电压控制和定关断角控制对直流输电系统稳态和暂态性能的影响,在CIGRE高压直流标准测试模型原有控制系统中增加了定电压控制模块,即整流侧采用定电流控制,逆变侧采用定电压、定电流和定关断角控制相互配合的控制方式。在PSCAD/EMTDC仿真平台中对其整流侧和逆变侧三相短路故障下的控制器特性进行了稳态及暂态仿真分析,并与相应的CIGRE标准模型暂态响应特性进行了对比。结果表明逆变侧增加定电压控制方式能够提高直流输电系统在交流故障扰动下的性能,减少换相失败的发生几率。     

混联式直流电网的协调控制策略

为解决传统电网换相高压直流输电与电压源换流器高压直流输电在直流电网中的混联问题,针对一种新型的混联直流输电系统进行了研究。该系统是整流侧采用模块化多电平换流器、逆变侧采用晶闸管换流器的四端双极混联直流电网。推导了该系统稳态时的数学模型,针对其逆变侧易发生换相失败的问题,设计了新的抑制换相失败的协调控制策略。在整流侧换流站中通过低压限压和低压限功率控制的配合,抑制逆变侧故障电流的增大,从而减小换相失败发生的概率。在PSCAD/EMTDC中对该混联直流电网的稳态和暂态特性进行了仿真分析,仿真结果证明了所提控制策略的有效性。     

基于同步调相机降低换相失败风险的仿真研究

首先通过对引起换流站逆变侧发生换相失败的主要原因进行分析,然后结合引起换流站逆变侧发生换相失败的主要原因来分析同步调相机的次暂态、暂态和稳态特性对其影响,仿真计算了换流站逆变侧交流系统电压幅值跌落的临界值以及电压上升10%情况时,逆变侧是否装设同步调相机时换流器发生换相失败故障情况的对比,仿真结果表明同步调相机良好的次暂态、暂态和稳态特性可以全时间尺度为系统提供无功补偿和电压支撑,不仅提高了逆变侧交流系统电压的稳定性,而且还能有效的预防换流器发生严重换相失败故障甚至抑制换相失败的发生。     

直流系统采用电容换相换流器技术的特性研究

对直流输电采用电容换相换流器(capacitor com- mutated converter, CCC)技术时的系统特性进行了研究。导出了描述CCC结构直流系统稳态特性的数学模型,它由15个基本方程构成。采用数值计算方法对CCC结构直流系统的稳态数学模型进行详细的分析,并与电网换相换流器(line commutated converter, LCC)结构直流系统进行了比较,揭示了CCC结构直流系统的一些重要优势。推导出了CCC换流阀电压峰值的表达式,并在此基础上提出了选择换相电容值的方法,采用该方法所选择的换相电容值能充分发挥CCC结构直流系统的技术优势,但又不会过多增加阀的成本。采用仿真工具电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC,以葛南直流单极输电系统为研究对象,交流系统发生单相对地短路故障为例,对CCC和LCC系统的暂态特性进行仿真比较,表明CCC结构直流系统具有较好的故障恢复特性。     

整流侧换流母线电压恢复导致逆变器换相失败的机理分析

交直流系统中整流侧换流母线电压恢复会引起直流电流增大,从而导致逆变器换相失败。为了解决该问题,文中首先以CIGRE HVDC标准测试系统为例,分析了电压恢复期间逆变侧控制系统的控制特性,发现由定电流控制切换为定关断角控制瞬间及之后一段时间内,直流电流较大及增速过快从而引起电流偏差控制输出较小且快速降低是诱发换相失败的重要原因。其次,提出了一种通过改进定关断角控制器以改善整流侧换流母线电压恢复导致关断角过小的控制方法。最后,在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件中利用CIGRE HVDC标准测试模型仿真验证了所提方法的有效性,由仿真结果可知该方法能有效抑制由整流侧换流母线电压恢复导致的逆变器换相失败。     

云广特高压直流输电系统换相失败研究

换相失败是HVDC系统最常见的故障之一。通过分析换流器换相失败的机理,归纳了HVDC换相失败的影响因数及判据。以南方电网2010年数据为基础,采用PSCAD／EMTDC对云广±800kV特高压直流输电系统建立了详细的电磁暂态仿真模型,并分析了一次系统和控制系统的具体结构。对该直流输电系统逆变侧换流母线发生三相接地短路和单相接地短路故障的情况进行了仿真分析。仿真结果表明,云广特高压直流输电系统故障后发生换相失败,但由于该系统的高度可控性,故障切除后系统从换相失败中恢复性能良好。     

整流侧控制方式对特高压直流输电系统换相失败影响研究

特高压直流输电系统发生换相失败时,会引起直流电压和直流电流突变,严重影响直流系统的安全稳定运行。控制系统是特高压直流输电系统的核心部分,其控制方式对系统的输出响应有重要影响。分析特高压直流输电系统换相失败的原因,介绍整流侧的控制方式,建立了云广特高压直流输电系统仿真模型,研究云广特高压直流输电系统整流侧采用定电流控制方式和定功率控制方式对换相失败的影响。仿真结果表明：当逆变侧换流变压器变比K改变时,整流侧采用定电流控制与采用定功率控制相比,系统发生换相失败时的临界变比较大;当逆变侧交流母线发生三相对称接地故障、两相短路故障及单相接地故障时,整流侧采用定电流控制与定功率控制相比,系统不发生连续换相失败的临界电阻较小。整流侧采用定电流控制方式时,对换相失败的控制能力优于定功率控制方式。     

CCC-HVDC系统的故障恢复特性

随着大容量、远距离输电的应用日益广泛,应用传统换流器的直流输电系统有明显的缺陷,而电容换相换流器(CCC)由于其特有的换相特性,成为研究的热点。如果要应用于实际工程,必须首先对它的暂态特性有详细的了解。为了研究CCC-HVDC系统的故障恢复特性,首先利用PSCAD/EMTDC对CCC-HVDC系统和普通换流器系统分别建模,研究二者在各种暂态故障下的动态特性,记录了两个系统在各种故障下,整流侧和逆变侧的电压和电流。仿真结果表明CCC-HVDC系统和普通换流器系统在不同的故障情况下,表现出的暂态特性有明显差异。通过比较发现,在三相交流故障,直流线路故障和阀短路故障中,CCC的故障恢复特性都比普通换流器好,CCC提高了抵抗换相失败的能力,降低了甩负荷过电压,CCC在整流装置中的阀短路过电流比普通换流器的小。在CCC中通过使用可控串联电容可减小铁磁谐振。但在不对称故障中,CCC系统的恢复特性没有传统换流器系统好。     

单相接地时高压直流换相电压相位偏移量特性

高压直流输电系统逆变侧不对称故障会造成换流阀换相电压相位发生偏移,进而引起换相失败的发生,严重影响了系统的稳定运行。为此,对不对称故障下的换相电压偏移量特性进行研究,基于电力系统暂态分析方法,对不对称故障下高压直流输电系统进行正负零序分解,推导出YNy0接线和YNd1接线换流变压器阀侧三相电压幅值、相位的计算公式,得到不对称故障下12脉动换流阀换相电压的最大偏移量,并对换流变网侧交流母线线电压幅值进行计算,通过MATLAB解析计算分析不同类型故障接地阻抗下,换流阀换相电压偏移量的变化特性。PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真结果证明了文中所分析换相电压偏移量影响特性的正确性。     

混合级联型多落点直流输电系统交流系统故障协调控制策略

混合级联型多落点直流输电系统整流侧为换相换流器（LCC）,逆变侧为LCC和模块化多电平换流器（MMC）组串联的拓扑结构,可以有效抑制换相失败,具备大容量功率传输的优势。建立了单极混合级联型多落点直流输电系统,针对系统中LCC送受端交流故障引发的直流功率降低、逆变侧换相失败以及受端低端MMC子系统产生的功率反向问题进行了研究,提出了一种提升系统稳定性的协调控制策略。该策略通过改变逆变侧直流电压来维持交流系统故障后功率传输的稳定性,可防止受端MMC功率反送。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提协调控制策略的有效性。     

交流不对称故障下的LCC-MMC混合直流系统输送功率提升策略研究

将常规两端直流输电系统逆变站的电网换相换流器(LCC) 替换为模块化多电平换流器(MMC)所构成的混合直流输电系统,可结合两种换流器的优点而具有广阔的应用前景。在研究其基本稳态控制特性的基础上,重点分析了交流电网不对称故障引起的直流输送功率下降及中断问题。通过分析混合直流系统的交流故障特征,发现交流不对称故障发生在整流侧时易引起直流电压下降甚至输送功率的中断,发生在逆变侧时易引起直流系统电压异常。鉴于此,提出了基于MMC典型控制的附加直流电压控制策略,在其调制范围内通过降低故障时逆变侧的参考直流电压以提高直流系统的输送能力。若检测到本站直流电压的交流分量大小超过限定值,则附加控制策略自动投入,无需依靠换流站间的通信。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了所提控制策略的可行性。     

电容换相换流器（CCC）直流输电系统故障特性及恢复策略

研究了电容换相换流器（capacitor commutation converter,CCC）逆变侧的故障特性,以及避免逆变侧单相短路故障后发生后续持续故障的对策、原理及操作时序。借鉴交流系统高压线路串联补偿补技术原理,首次运用"可控旁通开关"思想,成功解决了CCC直流输电系统逆变侧发生故障后不易恢复的缺陷,并通过仿真验证了策略的可行性。研究结果对于进一步提高CCC直流输电系统的动态特性及CCC直流输电技术的进一步推广具有重要意义。     

LCC-FHMMC混合直流输电系统受端交流系统故障穿越控制策略

送端采用电网换相换流器（LCC）、受端采用全半桥子模块混合型模块化多电平变流器（FHMMC）的LCC-FHMMC混合直流输电系统,当受端交流系统发生故障时,受端交流电压跌落,受端功率传输受阻,盈余的功率导致子模块电容过电压,甚至可能造成设备的严重损坏。为此,提出了一种基于FHMMC直流电压降压运行的受端交流系统故障穿越控制策略,使其直流电压始终低于逆变侧交流母线的电压有效值。同时,整流侧LCC保持常规的定直流电流控制,保证逆变侧的直流电流在额定值附近运行,从而实现了进入直流系统的有功功率与逆变器向受端交流系统输出的有功功率之间的平衡。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台上对LCC-FHMMC混合直流输电系统受端交流系统发生的对称故障和不对称故障分别进行了仿真分析,仿真结果验证了所提控制策略能够快速有效地穿越受端交流系统故障,并抑制子模块电容过电压。     

连接弱交流系统的高压直流换流站无功补偿协调控制策略

在馈入端交流系统强度较弱、直流传输功率频繁波动的高压直流系统中,换流站无功补偿设备的协调控制对改善换流母线电压的稳定性具有重要意义。提出了一种基于静态同步补偿器(STATCOM)和电容器组相互协调的多模式协调控制策略,主要包括换流母线电压无静差跟踪额定电压的稳态调压模式、换流站参与近区交流系统电压调节的自动电压控制(AVC)模式,以及换流母线发生短路故障时抑制电压波动与换相失败的暂态控制模式。基于实际工程参数,在电磁暂态仿真软件(PSCAD)建立了±800kV酒泉—湖南特高压直流输电系统仿真模型,并在直流功率波动、AVC中心下发指令电压和馈入交流系统短路故障等多种工况下对该多模式控制策略的性能进行了仿真验证。仿真结果论证了所提出的换流站无功补偿设备协调控制策略的合理性和有效性。     

基于EMTDC的HVDC极控制的建模与仿真

为了配合高压直流输电系统在我国的发展,介绍了高压直流输电极控制系统的基本结构和工作原理,运用PSCAD/EMTDC仿真软件对极控系统中的最主要功能,如定电流控制、定电压控制、定熄弧角控制以及限幅环节进行了数字建模,并应用于Cigre的HVDC标准测试系统,对4种工况进行仿真计算,仿真结果表明该极控系统具有良好的跟踪设定参考值变化的能力;当交、直流系统发生故障时,控制系统调节快速,能迅速抑制故障,并使故障恢复后直流输电系统能平稳过渡到稳定工况,说明所建仿真模型的正确性。     

换流站近端交流输电线路重合时序问题研究

交直流电力系统中直流系统对交流系统的扰动较为敏感,整流站或逆变站的扰动都可能造成直流功率的传输中断。经研究发现,换流站近端交流线路重合闸投入时序对直流系统的电压、功率、关断角等运行参量有较大影响。在交直流电力系统中探讨其机理,首先采用开关函数法对直流系统进行等值,求解交流线路上任一点发生单相接地故障时一侧重合后的换流母线电压。通过比较合于永久故障时两种重合时序下换流母线电压的大小,得到了影响重合时序的故障距离临界点。进而剖析换流变分别为Y0/Y、Y0/D接线时网侧、阀侧换相电压间的变换关系,分析直流系统在不同控制模式下直流电压、直流功率、关断角等运行变量与换流母线电压间的变化趋势。在此基础上得出结论:换流站近端交流线路故障时,使换流母线电压较高的一侧首先重合,可提高直流电压和输送功率,减少换相失败的发生机率,从而减小重合于永久故障时对直流系统的再次冲击。PSCAD数字实验验证了结论的正确性。     

高压直流定无功功率交流故障恢复方法

高压直流系统无功功率动态特性与直流控制强相关,对受端交流系统故障电压恢复特性具有显著影响。为此,研究了直流控制与无功功率动态特性的相互作用关系及其对故障恢复的影响。首先,分析受端交流系统故障时直流系统固有的无功功率动态特性,在此基础上,研究直流电流指令值、交流母线电压与无功功率交换量之间的动态相关性,提出低压限流功能的替代方案。接着,针对交流母线电压的不同故障水平,进一步研究了交流系统与换流站在不同交流电压水平下的无功功率交换能力。最后,仿真验证了在对称故障下所提替代方案能够提升交流故障支撑能力,改善系统的故障恢复性能,降低系统恢复过程中发生换相失败的概率。