多端高压直流输电技术及应用前景

随着高压直流输电技术的发展,多端直流输电技术受到了越来越多的关注。阐述了高压直流断路器、多端直流输电系统在控制、多端直流仿真分析技术的研究现状,以及新型多端直流输电技术的发展趋势。对我国多端直流输电系统的发展前景进行了展望,初步分析认为多端直流输电技术在我国具有重大的发展潜力和广阔的应用前景,并给出了多端直流输电在我国的应用情景的分析结果。     

多端直流输电技术及其发展

分析了多端直流输电系统的运行机理,概述了国内外多端直流输电的应用情况,并从多端直流输电系统的模型建立、控制策略、直流调制、潮流计算以及基于VSC的多端直流输电技术等几个方面综述了国内外在理论方面的研究成果,展望了多端直流输电技术的发展趋势,认为多端高压直流输电也是我国大区电网发展中值得考虑的一种电网互联模式和可供选择的输电方式.     

多端直流输电技术及其发展

分析了多端直流输电系统的运行机理,概述了国内外多端直流输电的应用情况,并从多端直流输电系统的模型建立、控制策略、直流调制、潮流计算以及基于VSC的多端直流输电技术等几个方面综述了国内外在理论方面的研究成果,展望了多端直流输电技术的发展趋势,认为多端高压直流输电也是我国大区电网发展中值得考虑的一种电网互联模式和可供选择的输电方式。     

舟山多端柔性直流输电技术及应

多端柔性直流输电是新一代直流输电技术,对其从拓扑结构、基本控制原则作全面分析,对比分析串联多端柔性直流输电与并联多端柔性直流输电的优势与不足,并重点研究舟山5端柔性直流输电的技术特点。多端柔性直流输电的国内外研究现状及工程应用表明其应用前景广泛。     

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。     

环网式三端直流输电系统及直流断路器应用的分析与仿真

分析了多端直流输电系统的基本原理,利用 PSCAD/EMTDC 软件建立了多端直流输电系统仿真模型,并建立了含直流断路器的多环网式多端直流输电系统模型,通过仿真研究了直流断路器开断直流输电线路的过程,分析直流断路器在环网式多端直流输电系统中的作用.对直流断路器切除环网式三端直流输电系统一条输电线路的过程及切除故障换流站分别进行了仿真分析.仿真结果表明,当利用直流断路器切除环网式多端直流输电系统的一条输电线路时,输电线路的电流重新分配,能保证功率输送的连续性.在这种情况下,对各个换流站输出或输入的功率影响不大,对与直流系统连接的交流输电网影响很小.当切除故障换流站后,该系统最大限度地保持功率传输及电流的有效分配,保持稳定运行     

多端柔性直流电网保护关键技术

多端柔性直流电网直流故障后故障电流快速上升、无自然过零点等特点使得直流线路保护和故障处理技术成为柔性直流电网发展的关键技术难点。理论分析了多端柔性直流电网线路保护的特殊性,借鉴传统直流输电线路保护原理和点对点式柔性直流输电线路保护原理的研究现状,对多端柔性直流电网线路保护的发展方向进行了探讨。同时,全面分析了各类直流故障隔离方法的基本原理,从故障隔离能力、经济性、控制保护耦合影响等多个方面阐述了其进一步的发展趋势。最后,考虑到架空线路输电的应用前景,设计提出了一种适用于点对点式柔性直流输电系统、具有低电流危害的新型故障重合闸判断方法,较现有重合闸策略而言,该方法重合于永久性故障时能够彻底避免对系统的二次过电流冲击。在此基础上,讨论了多端柔性直流电网对重合闸策略的性能要求。     

多端柔性直流输电经济性问题研究

针对多端柔性直流输电的经济性,建立多端柔性直流输电经济模型,分别从拓扑结构及经济调度两方面对其进行分析,并给出问题的目标函数及约束条件,运用遗传算法进行了求解。以某多端柔性直流输电系统为例进行验证,结果表明基于加权斯坦纳树的多端柔性直流输电经济拓扑相比于点放射式拓扑,减少了大量的建设投资及运行费用。     

并联型四端直流输电系统实时数字仿真分析

利用实时数字仿真器(RTDS)建立了并联型四端±500kV,5 000MW双极直流输电仿真模型,直流控制保护模型采用所开发的多端直流输电控制保护样机,与RTDS构成实时闭环仿真试验环境。控制策略采用多端直流电流裕度控制,控制系统架构按多端控制、极控制2级进行设置。多端控制包含多端直流输电系统各换流站功率指令分配、功率升降协调、直流电压控制和多端通信等功能。极控制包含常规直流控制功能,主要实现各换流站功率控制。利用该仿真系统对并联型四端直流输电系统稳态运行工况、单站闭锁功率补偿、直流线路故障进行仿真研究,结果表明所提出的控制策略和开发的控制保护样机可以满足多端直流输电要求。     

多端直流输电与直流电网技术

基于常规直流及柔性直流的多端直流输电和直流电网技术是解决中国新能源并网和消纳问题的有效技术手段之一。从对直流输电发展的背景分析入手,概述了两端直流输电技术,深入探讨了多端直流输电和直流电网的基本概念,结合多端直流和直流电网的区别与联系及其各自的技术特点,指出了构建未来直流电网需要解决的关键技术问题、产生原因和国内外的研究进展,为中国直流电网技术的研究方向提出了思考和建议。     

Coordinated Control of Wind Farms and MTDC Grids for System Frequency Support

This paper proposes a coordinated control strategy to provide system frequency support for separated main grids from offshore wind farms (WFs) that are integrated through multi-terminal DC (MTDC) system. The control strategy consists of two control loops including the MTDC frequency regulation loop (FRL) and the automatic WF power regulation loop (AWFPRL). In events of AC main grid disturbances, the former can re-dispatch MTDC grid power flow to support system frequency, while the latter can adjust wind power output accordingly through the variable frequency control of WF-connected converters. Inertia energy stored in wind turbines can be utilized to stabilize system frequency via MTDC grids. Moreover, wind power fluctuations can also be smoothed by the proposed control. An expression of frequency response coefficient is calculated, which is used to quantify the contribution of frequency support from offshore WF-connected MTDC system. Case studies have been conducted to demonstrate the effectiveness of the proposed control strategy using a four-terminal DC grid.     

远海风能集中接入的多端直流系统直流故障分析与故障检测方法

二电平电压源换流器(VSC)和半桥模块化多电平换流器(MMC)在直流故障期间缺乏对直流短路电流的调控能力。在多端直流系统中,为了避免整个系统因换流阀的闭锁而停运,有必要在直流故障后的第一阶段(即电容放电阶段)快速识别并隔离故障。因此,对多端直流系统故障检测而言,直流故障电容放电阶段的短路电流计算至关重要。提出了适用于多端直流系统故障分析的暂态等效模型,该模型仅保留原故障网络中的高频成分,使故障初期的电路分析大为简化。基于此模型,可以得到故障线路和健全线路的故障电流解析表达式。根据故障线路和健全线路电流的差异,提出了基于暂态电流均值的故障检测方法,该方法具有计算复杂度小、耐过渡电阻能力强、采样率低等优点。通过EMTP仿真验证了暂态等效模型的准确性和故障检测方法的有效性。     

一种适用于MTDC输电的直流系统阻抗扫描方法

直流系统阻抗扫描是多端直流(multi-terminal direct current,MTDC)输电谐振抑制、直流滤波器设计等研究的重要手段。该文提出了一种适用于MTDC的直流系统阻抗扫描方法,并通过对谐波阻抗计算方法的改进,消除了扫描过程中换流器自身谐波造成的误差。以四端直流系统为例,详细研究了直流系统阻抗扫描过程中注入谐波源的幅值、相位、频率分布等各种因素对测量结果准确性的影响。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,所提方法可对MTDC的直流系统进行准确的阻抗扫描,因此对直流工程具有参考价值。     

应用于风电场内部组网的多端直流系统研究

提出了利用多端直流系统作为风电场组网方式时,网侧逆变器的控制策略。风电场多端直流系统由多个电压源换流器(VSC)并联组成,发电侧VSC控制风机向直流系统输送能量,再经网侧逆变器并网。根据状态空间平均法,得到VSC的动态数学模型及等效电路。以此为基础设计了网侧逆变器的解耦控制器,既能保持直流系统电压恒定,从而向交流系统传送有功,又能独立调节输出的无功,为交流侧提供电压支撑。数字仿真结果表明该控制器具有良好的性能。     

多端直流输电系统中的直流功率调制技术

与常规的双端直流输电系统相比，基于直流功率调制技术的多端直流输电系统能更灵活地向所连接的交流系统提供快速的紧急功率支持，改善交流系统的稳定性。文章对其中一端为弱交流系统的4端直流输电系统运用PSCAD/ EMTDC仿真软件研究了多端直流输电系统的功率调制技术，提出了该系统的仿真模型及其复合控制策略。仿真结果表明，所连接交流系统的强度、各换流站的控制策略和直流系统电流平衡原则的选取会极大地影响直流功率调制的性能，多端直流输电系统比常规的双端直流输电系统能更灵活地运用直流功率调制技术，进而有效地提高所连接交流系统的稳定性。     

含直流电压二次调节的VSC-MTDC互联系统频率稳定控制

多端柔性直流输电(VSC-MTDC)可用于在多个异步互联的交流电网之间提供灵活受控的功率支援。实现上述功能的众多方法中,在下垂控制的基础上附加频率调节是一种典型的方法,由于其不依赖于站间通信,在灵活性和可靠性上均有突出的优势。然而,这种方法存在直流电压偏离额定值、严重时可能影响多端直流(MTDC)系统正常运行的不足。提出一种含直流电压二次调节的频率稳定控制策略,可以在保证频率调节效果的基础上,缓慢调整直流电压直至恢复额定值,提高了MTDC系统运行的稳定性。通过一个三端柔性直流系统的仿真验证了所提方法的有效性。     

多端直流电网限流电抗器的优化设计方案

针对多端直流(MTDC)电网中限流电抗器的配置问题,提出了一种通用的优化设计新方案。该方案以系统配置的限流电感总和最小为优化目标,综合考虑了直流断路器、换流站闭锁和保护需求的约束条件,采用优化算法确定了限流电抗器的全局最优配置。该设计方案减小了限流电感给系统带来的不利影响,并能够保证系统在故障穿越期间能够连续、可靠地运行。由于在优化过程中采用了短路电流近似计算模型,从而大大提高了优化效率。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建三端模块化多电平换流器(MMC)型直流电网,仿真结果验证了所提出方法的有效性。     

适应多端直流输电系统直流故障仿真的工程实用模型研究

多端直流输电(Multi-terminal DC, MTDC)已经成为颇具竞争力的跨区域大功率输电技术,但因结构复杂,目前缺乏完整的数学模型。真双极混合桥模块化多电平变流器(Modular multi-level converter, MMC)是特高压MTDC的重要部分。若仍沿用半桥MMC的模型建模,真双极结构中双阀组交流侧的电气联接无法体现。另外,半桥MMC模型中0-1二值开关函数推广到混合桥的合理性也有待证明。为解决MTDC建模中存在的上述问题,以昆柳龙直流工程为例,首先推导真双极混合桥MMC的完整数学模型,并对常规高压直流换流站和直流传输线进行准稳态和集中参数近似。进一步建立了直流故障下MTDC的工程实用数学模型,兼顾了精确性和复杂性。最后针对直流单极接地故障运用该模型进行分析计算,并与PSACD仿真结果进行对比,验证了所提出模型的有效性。     

A fault location criterion for MTDC transmission lines using transient current characteristics

Multi-terminal DC (MTDC) transmission system is applied in modern power systems due to its technical features. In an MTDC system, the converter stations are generally connected in parallel. To smooth the DC current output from the converter, the smoothing reactors are integrated in the converter outputs, instead of in the DC transmission line. When a fault occurs on the DC transmission line of the MTDC system, the fault current will flow along the whole DC line. As a result, the protection scheme may not locate the fault accurately. Based on the characteristics of DC filter, this paper analyzes the impedance characteristics of the combinational circuits, and proposes a method to identify the fault location by the characteristic harmonic. A protection criterion of the non-integer harmonics comparison is composed with phase-frequency characteristics curve derived from complex wavelet transform. The inevitable blind zone is analyzed in theory which exists on the terminal of transmission lines just like distance protection in AC systems. The algorithm is successfully tested and compared with other techniques.