一种适用于风电场送出的混合型高压直流输电系统拓扑

混合型高压直流输电系统两端分别由传统电网换相换流器(LCC)和电压源换流器(VSC)构成,是一种新型拓扑,可以合理结合二者的优点,具有广泛的应用前景。其运行特性、控制策略和故障特性等方面不同于LCC高压直流输电系统和VSC高压直流输电系统,有必要对其进行研究分析。文中研究了整流侧采用VSC、逆变侧采用LCC的混合型高压直流输电系统,设计了不同的控制策略,在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC下进行了正常和故障情况下的仿真,对比采用不同控制策略时对系统换相失败的影响和故障恢复特性,选择了适用于此类系统的最优控制策略。     

混合直流输电系统综述

混合直流输电系统是通过结合各种电流源型换流器(CSC)和电压源型换流器(VSC)的技术特点,互相取长补短而形成的新型直流输电拓扑结构。在简要介绍CSC和VSC基本结构和技术特点的基础上,分别阐述了混合两端、混合多端、混合多馈入、混合双极直流输电系统和混杂换流器各自的技术特点、控制方式、应用场景和研究进展,最后总结了混合直流输电系统的优势和不足,展望了未来混合直流技术的研究和发展方向。通过对混合直流输电技术的研究成果的总结和工程应用的介绍,表明混合直流输电是一种独具特色,拥有广泛应用前景的新型高压直流输电技术。     

常规直流输电系统改造用的混合直流输电技术

基于电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的混合直流输电技术结合了LCC的经济优势和VSC的技术优势。该文针对常规直流工程改造,首先给出了受端LCC改造成真双极和伪双极VSC两种主回路拓扑结构,并对两者的工程改造范围和工程改造量进行了对比分析,指出了真双极和伪双极结构作为改造拓扑的优缺点。然后,通过对国内外模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)拓扑及其变结构拓扑的调研,详细研究了5类MMC优化拓扑结构在直流故障清除、送端交流故障功率不间断、低电压运行、潮流反转等方面的技术特性以及在改造成本、运行损耗等经济方面的优劣性,并直观地对比总结了5类MMC优化拓扑的综合特性,为未来MMC技术在常规直流输电系统受端换流阀改造中的应用提供了技术参考。     

混合级联多端直流输电研究及其动模系统试验

混合级联多端直流输电拓扑方案为整流侧采用LCC换流器,逆变侧采用高端LCC换流器串联低端多个电压源换流器(VSC),该拓扑方案可以充分发挥LCC换流器和VSC技术优势。混合级联多端作为新一代直流输电技术,仍有多个关键技术亟需突破,通过研制混合级联多端直流输电动模试验系统,对混合级联多端直流输电启动、高低阀组投退以及直流故障自清除等多个关键技术进行研究和试验验证,为混合级联多端直流输电技术工程应用提供技术支撑。     

基于LCC和双钳位MMC混联高压直流输电的实验

基于电流型变换器(也称电网换相变换器LCC)和电压型变换器(VSC)的混联高压直流输电系统,不仅可以灵活控制有功和无功功率,也便于多端新能源电源的并网和无源负荷的供电,并统一接入电网,实现LCC和VSC高压直流输电的优势互补。在分析主电路和子模块拓扑结构、充电控制、脉冲调制和功率控制策略的基础上,对基于LCC和双钳位模块化多电平变换器(MMC)混联高压直流输电的直流短路故障穿越、单极运行和双极运行进行实验研究。实验结果表明,所采用拓扑结构可实现混联高压直流输电运行,具有直流短路故障穿越能力,可以快速清除直流短路故障电流,对瞬时性故障还可以快速恢复供电,具有很强的理论和工程应用价值。     

基于逆阻IGCT的可控关断电流源型高压直流换流器电气应力和损耗特性分析EI北大核心CSCD

逆阻型集成门极换流晶闸管(reverse blocking integrated gate-commutated thyristor,RB-IGCT)的出现,为可控关断的电流源型换流器(current source converter,CSC)的研究奠定了基础。为了推动器件在高压直流输电领域的应用,文中首先介绍最新研制的4500V/3000A逆阻IGCT的技术参数;其次,介绍CSC拓扑方案,提出子模块缓冲电路,能够实现器件的动态均压和IGCT取能的要求;接着,以换流阀电压和电阻损耗最低为约束条件,给出子模块串联数、缓冲电路参数设计和损耗分析等综合优化方法;然后,搭建250kV/750MW的LCC-CSC混合输电系统模型,给出缓冲电路和主要杂散参数的范围;最后,基于研制的4500V/3000A的逆阻IGCT子模块,验证所提缓冲电路的有效性,并对比分析在该参数下CSC、传统直流和柔性直流的损耗情况。结果表明,由逆阻IGCT串联构成的CSC,相对于传统直流换流阀具有可控关断的技术优势,相对于柔直换流阀,具有器件少、损耗低等优势。     

可控电流源型换流器换流应力分析EI北大核心CSCD

可控关断的电流源型换流器(current source converter,CSC)是解决直流输电换相失败问题的有效方法之一。对其开展电气应力分析是换流器电气、绝缘和试验设计的理论基础,其相关研究仍属空白。该文在分析CSC运行原理和调制方法的基础上,首先研究在主动换相与强迫换相过程中,换流阀及关键部件的应力特性;其次,给出逆阻集成门极换流晶闸管(reverse blocking integrated gate commutated thyristor,RB-IGCT)周期关断的建模方法,提取4500V/3000A器件的建模参数。最后,建立“器件–换流阀–系统”详细仿真模型,对250kV/750MW的直流系统进行仿真分析,提取主动和强迫换流过程中的整机和关键部件的应力特性。结果表明,所提理论分析方法和参数计算能够为CSC的电气设计和等效试验提供技术支撑。     

面向高压直流输电的电流源型主动换相换流器研究综述

采用自关断功率半导体器件的电流源型主动换相换流器(actively commutated converter,ACC)具有有功与无功功率可解耦、不存在换相失败、无需大量储能电容等特点,在高压直流输电领域具有较好的应用前景。该文针对适用于高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)的ACC功率半导体器件及其均压方法、电路拓扑、调制方法、功率特性、控制策略、故障及保护方法等进行调研和分析。结合具体实例,将ACC与现有HVDC的2种换流器,即电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)进行对比分析。同时,对ACC的潜在应用、存在的问题以及发展的方向进行总结和归纳。     

直流输电用大功率逆阻型IGCT器件关键技术研究EI北大核心CSCD

受限于大功率可关断器件的发展,高压直流输电用可控关断的电流源型换流器(current source converter,CSC)一直未取得实质性进展。该文首先介绍基于换流器级联的CSC拓扑方案,搭建250kV/750kW的直流输电仿真系统,提取逆阻型集成门极换流晶闸管(revere blocking integrated gate commutation thyristor,RB-IGCT)器件应用于直流输电系统所应满足的技术要求;其次,分析低通态压降、损耗优化和高du/dt和di/dt的RB-IGCT器件关键设计方法。最后,对研制的4500V/3000ARB-IGCT关键核心参数进行实验验证。研究结果表明,所研制的RB-IGCT器件可以满足CSC的要求,是构建CSC的可行路线。     

多端直流输电接入下的交直流混联系统电压稳定性研究综述

电流源型(voltage source converter,CSC)直流输电在远距离大功率输电方面技术成熟、经济性好,有利于跨区域电力资源优化配置;电压源型(voltage source converter,VSC)直流输电可控性好,适合大规模风电接入、弱区域互联、孤岛电力传输等场合。多端直流输电技术为多能源中心多负荷中心以及分布式风电等可再生能源的接入奠定了技术支持。CSC和VSC的换流器结构和控制策略不同,基于这2种类型换流器技术的多端直流输电稳态分析、暂态分析、优化控制等成为多端直流输电技术发展的重要研究课题。对国内外多端直流输电的应用背景进行了简介,对直流电网的拓扑结构、多端直流的潮流分析、暂态控制策略、换相失败以及交直流混联系统的电压稳定评估方法等技术进行了分析和总结,并对提高交直流混联系统电压稳定性的优化方法和紧急控制策略进行了分析,最后对多端直流输电技术的发展趋势、关键技术进行了讨论,对提高交直流电网的安全稳定性应对措施提出了建议。     

基于CSC和VSC的混合多端直流输电系统及其仿真

研究了一种新型混合多端直流输电系统,其换流器可以分男由电压源换流器(VSC)和电流源换流器(CSC)构成,各个换流器之间以并联方式连接.为验证该直流输电模式的有效性和可行性,建立了一个混合三端直流输电系统仿真模型,包含1个电流源整流器、1个电流源逆变器和1个电压源双向换流器,并分别设计了2种控制策略.当采用第1种控制策略,即电流源整流器采用定电流控制,电流源逆变器采用定电流控制,电压源双向换流器采用定直流电压控制和定交流电压控制时,混合多端直流输电系统在启动、稳态运行、直流和交流故障等情况下具有良好的运行特性,不失为一种有效的直流输电模式,能够综合利用常规直流输电和轻型直流输电各自的优点,有效扩展常规直流输电系统的适用范围.     

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。     

HVDC在电网发展中的应用评“灵活电力传输-HVDC的选择”一书

新书“灵活电力传输-HVDC的选择”,介绍了基于AC-DC的静止换流器及高压直流输电技术,涉及的内容主要是以最新的电力电子技术改造传统的以电网换相换流( LCC)或电流源换流(CSC)为基础的高压直流(HVDC)输电系统,并对以电压源换流(VSC)为基础的柔性直流VSC-HVDC技术做了较全面的论述.评述了作者全局意译...     

混合直流输电系统的参数优化方法

混合直流输电系统结合了传统电网换相换流器(LCC)和电压源换流器(VSC)的优点,具有广泛的应用前景。文中针对整流侧为LCC换流站、逆变侧为VSC换流站的混合直流输电系统,介绍了单极型、伪双极型、双极型3种不同混合直流结构的特点及应用场合。考虑到混合直流输电系统的主电路参数和控制系统参数对系统的运行特性都有直接的影响,提出了一种可以同步优化主电路和控制系统参数的方法。首先,重点阐述了系统参数中直流平波电抗器L和直流电容器C的参数设计原则,然后基于Simplex算法对LC参数以及两侧控制器比例-积分的参数进行了优化。在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC下搭建了混合直流输电系统的模型,仿真结果表明,使用Simplex算法对系统参数进行优化后,其运行特性将得到改善,从而验证了所提出的参数设计优化方法的有效性。     

混合三端直流输电系统在风火打捆并网中的应用及其控制策略

针对大规模风电外送可靠性问题,提出风火打捆经混合三端直流输电并网系统拓扑结构并设计各换流器的控制策略。混合三端直流输电系统的发电端由两个自然换相(LCC)整流器组成,受端由一个电压源型逆变器(VSC)与外电网相连。风电场群侧LCC1换流器采用定有功功率的控制策略,可以追踪最大功率;火电厂侧LCC2换流器采用定直流电流控制策略,可以平抑风功率波动。受端换流站控制器VSC采用定直流电压和定无功功率控制策略,能有效应对换流站侧交流系统短路故障和负荷突变等工况。仿真结果表明所提控制方案的有效性。这种输电模式能够综合利用常规直流输电和轻型直流输电各自的优点,有效扩展常规风火打捆直流输电系统的适用范围。     

电压源换流器型直流输电技术综述

电压源换流器型直流输电采用可关断电力电子器件和PWM技术,是新一代直流输电技术,它能弥补传统直流输电的部分缺陷,其发展十分迅速。为了进一步推动电压源换流器型直流输电在电力系统中的研究和应用,结合ABB公司几个典型应用工程,在详细介绍电压源换流器型直流输电的系统结构、基本工作原理和与传统直流输电相比的技术优势的基础上,对电压源换流器的拓扑结构、控制与保护策略、开关调制方式等技术问题的国内外研究现状进行了评述。分析表明:在工程应用中,通常从优化系统运行、可靠性、安全性和经济性等角度出发,选择结构简单的电压源换流器主回路结构,并采用能降低开关损耗的开关调制方式。最后就我国开发电压源换流器型直流输电技术提出了需要重点研究的几个关键领域。     

柔性直流输电——适用于风电场的电力传输新技术

阐述了柔性直流输电基本原理和特点,以及在风电场并网运行中的应用。分析了柔性直流输电的拓扑结构,在此基础上建立了柔性直流输电系统的暂态数学模型,推导了电压源换流器控制量与被控量之间的对应关系,并据此设计了非线性解耦控制器,实现输送有功、无功功率的解耦控制。最后通过Simulink仿真模型的建立和对直流短路故障的分析,验证了所建立的仿真模型以及控制方式的正确性和合理性,为进一步研究柔性直流输电在风电场电力传输中的应用奠定了基础。     

基于LCC-VSC多端混合直流输电系统的启停控制策略及动模试验

为了研究验证基于电网换相换流器-电压源换流器(line commutated converter-voltage source converter,LCCVSC)多端混合直流输电系统的启停控制策略,搭建了完整双极的LCC-VSC三端混合直流输电动模平台,在LCC(整流)-VSC(逆变)、VSC(整流)-LCC(逆变)以及VSC(整流或逆变)接入常规LCC直流输电系统等混合直流输电运行模式下,对系统的启动和停止等关键控制策略以及一端投退对多端混合直流输电网络的影响进行了实验研究,并根据实验结果对混合直流系统的主要控制功能和特点进行了分析。实验结果表明所提出的控制策略能够实现混合直流输电系统的平稳启停和在线投退。