模块化多电平柔性直流输电系统的启动策略

分析了阀侧接地与不接地两种模块化多电平柔性直流输电系统(MMC-HVDC)拓扑结构的充电过程,根据其不同的充电回路分析了直流电压以及桥臂子模块电压和的充电稳态值。提出了调制波预跟踪策略,即在解锁前实现调制波与阀侧电压的跟踪,为减少解锁时带来的冲击电流做好准备。针对定直流电压站与定功率站,分析了解锁时冲击电流的来源,设计了相应的解锁策略,通过主动充电方式以提高子模块在充电阶段的电容电压,有效地减少了在解锁时带来的冲击电流。最后,在PSCAD上搭建了两端MMC-HVDC模型,仿真结果验证了所述策略的有效性。     

一种新的柔性直流输电系统远端启动策略

模块化多电平换流器(MMC)的启动是MMC柔性直流输电系统工程应用首先需要面临的问题,针对采用MMC结构的两端或者多端柔性直流输电系统,提出了一种新型的有序解锁启动方法,以减少传统充电方式下换流阀解锁瞬间的直流电压跌落和桥臂电流冲击。该方法在传统不控充电过程后,先解锁定直流电压换流站,再对其他换流站进行远端充电,期间其他换流站的桥臂按其子模块电容电压高低顺序逐步减少投入充电的子模块个数,以此不断抬高子模块电容电压,在电容电压到达一定数值后再解锁换流站。通过理论分析计算了本方法最大的电压跌落,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了该方法的有效性和优越性。此外,新的远端启动控制策略对多端柔性直流系统的定功率换流站启动顺序和启动时刻没有特殊要求,并针对单桥臂进行设计,可以重复应用于各桥臂,因此,其适用于实际工程中的多端柔性直流系统远端启动和交流系统故障造成无源端闭锁后的在线重启动。     

厦门柔性直流输电工程换流阀充电触发无源逆变试验研究

为了确保厦门柔性直流输电工程核心设备——换流阀的安全,有必要在换流阀带进线开关首次解锁前先确认换流阀触发相序的正确性。根据厦门柔性直流输电工程真双极的接线方式,提出了换流阀充电触发无源逆变试验方案。首先对换流阀进行不控充电,并将未试验极控制系统电压作为试验极控制系统锁相和控制用电压,然后断开试验极交流进线开关,为了防止阀子模块因低电压导致旁路过多,极控制系统在收到开关返回节点信号后自动解锁换流阀200 ms完成无源逆变。现场试验结果表明了该方案的可行性和有效性,证明了极控制保护系统、阀基控制系统和换流阀之间工作的正确性,确保了换流阀的安全,并依据试验结果提出了控制系统延时的确定方法及补偿方法。该方案的提出也为其他类似工程提供了有益的借鉴。     

柔性直流输电系统MMC换流阀闭环充电策略

随着柔性直流输电系统的快速发展与广泛应用,其启动工况愈发具有多样性,MMC换流阀传统开环充电策略需要综合考虑系统状态变量进行参数配置,且配置难度大。由此提出了通用性的换流阀闭环充电控制策略,无需检测系统状态即能将子模块稳态电压控制在额定值,具有较好的适应性。首先,分析了柔性直流输电系统的三类充电回路及主动均压充电策略。其次,基于子模块特性不一致的均压需求分析,提出了完整的通用性闭环充电策略及对应的柔性直流输电系统的协调启动策略。最后通过PSCAD/EMTDC搭建了三端直流电网模型,仿真验证了闭环充电策略。结果表明闭合充电策略通用于各类换流站的启动充电过程,且可将子模块电压平稳充电至额定值,同时不存在桥臂过流及子模块过压等现象。     

混合型模块化多电平换流器启动冲击电流特性分析及控制策略

启动控制是模块化多电平换流器(MMC)正常运行的基础。半桥型和全桥型子模块构成的混合型MMC,在预充电阶段存在电容欠电压且电压不均衡现象,导致换流阀受控充电解锁后出现桥臂过调制和冲击电流。该文首先针对混合型MMC的拓扑结构,分析半桥型和全桥型子模块预充电电压特性及其等效电路,提出两类模块电容电压计算方法。利用全桥型子模块负电平输出特性,提出一种交流侧受控充电启动策略,能够在电容欠电压条件下避免换流器过调制从而抑制冲击电流。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了换流阀启动特性的正确性和所提出的启动控制策略的有效性。     

FHMMC特高压直流输电系统中串联换流阀组启动充电策略

800k V昆柳龙直流工程在两个受端换流站采用对称双极高低端阀组串联的全半桥子模块混合型模块化多电平换流器。在不同的充电工况下,因全桥子模块(fullbridgesub-module,FBSM)和半桥子模块(halfbridge sub-module, HBSM)器件及其模块化串联的桥臂支路充电特性不同,造成两种子模块电容电压难以平衡,导致阀组及系统无法启动解锁。提出了特高压柔直系统中全半桥子模块混合式模块化多电平换流器(full and half bridge hybrid modular multilevel converter, FHMMC)串联阀组在直流侧不短接和短接两种方式下的启动充电策略,针对不同工况下相应导通FBSM T3、T4管和HBSM T2管,强制转换充电路径和充电对象,实现两种子模块电容均衡充电。针对直流侧不短接时后充电阀组FBSM感应带负压问题,研究并提出了极充电顺控策略,通过缩短阀组充电时间间隔来减少后充电阀组负压幅值。上述启动充电策略经过现场试验验证并用于工程实际。     

模块化多电平变流器的预充电控制策略

模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)启动过程需要对电容进行充电,目前主要采用不控充电,但该充电方法并不能将电容电压充到稳态运行时的电压值。为解决该问题,根据半桥子模块的3种工作状态,提出了闭锁充电过程和半闭锁充电过程,能将子模块的电容电压充到稳态运行时的电压值。3分析了交流侧和直流侧的闭锁和半闭锁充电过程,并提出了具体的实现方法。仿真结果表明了所提方法的有效性,电容能被充到稳态电压值,且充电过程中没有电流过冲。     

半全桥子模块混合型柔性直流换流阀的充电策略研究与样机实验验证

介绍了基于半桥和全桥子模块构建的混合型柔性直流输电换流阀的拓扑结构特点和在不控充电阶段中的子模块电压分布;分析了半桥子模块存在充电电压较低导致的取能失败及充电不成功的问题;提出了一种用于混合型柔直换流阀的充电策略,并搭建了±10 kV/60 MW半全桥混合型模块化多电平换流阀样机对该策略进行验证。实验结果表明,该充电策略可以有效解决基于半桥和全桥子模块构建的混合型柔直换流阀充电过程中半桥子模块自取能失败问题。     

特高压柔直换流站增加极充电逻辑分析

通过对特高压柔直换流站在单极充电过程中高端阀组被动充电现象开展分析,明确指出高端阀组被动充电的主要原因为单极充电过程中,高低端阀组先后充电且存在一定的时差,单极低端阀组充电后,高端阀组充电前,高端阀组的全桥子模块电容已被充电,从而导致高端阀组直流侧承受一定的负压。针对该现象,提出了极充电顺控策略,按照程序设定的时间快速完成单极高低端阀组充电,有效缩短高低端阀组充电时间间隔,降低高端阀组全桥子模块在交流充电前的电容电压,从而为高端阀组充电创造良好条件。该策略经现场试验验证并实际应用于昆柳龙直流工程中。     

模块化多电平柔性直流输电系统的直流侧启动方法研究

模块化多电平换流器的启动是系统正常运行的前提和基础,也是柔性直流输电系统运行过程中的重要环节。换流器交流侧为无源网络或待启动的有源网络时,启动过程需要增加辅助电源,增加成本和工作量。提出一种直流侧充电启动方法,通过不控整流预充电后子模块数递减方法解锁使子模块电容电压达到预先设定值,无需增加辅助电源,能有效限制充电过程中的电压和电流冲击。在PSCAD/EMTDC中搭建两端柔性直流输电系统模型,验证了该方法的可行性和有效性。     

特高压柔性直流阀组投入过程中混合型MMC启动充电策略

在基于两个阀组串联构成一极的特高压柔性直流输电系统主接线方案中,为了实现混合型模块化多电平换流器(MMC)阀组的在线投入并简化其操作流程,混合型MMC需具备在直流侧短接情况下完成启动充电的能力。首先分析了直流侧短接时混合型MMC在不控充电阶段的工作原理,发现该阶段所有半桥子模块始终处于旁路状态,其自取能电源无法启动。为解决这一问题,提出了一种基于负向电流支路部分子模块切出的可控充电控制策略。该方法不仅可保证半桥子模块电容能够串入回路中进行充电,而且可维持子模块间的电压均衡,并最终将其电容充电到额定电压附近。最后,在仿真模型以及实验样机上验证了所提策略的有效性以及性能分析的正确性。     

MMC-HVDC通用启动控制策略研究

在基于模块化多电平换流器高压直流输电系统(MMC-HVDC)正常运行之前需对换流器桥臂子模块电容充电,为了减少预充电阶段产生的电压电流冲击,需对系统的预充电启动策略进行设计。以电容电压实时排序算法为基础,分析了换流器不可控充电阶段特性。在可控阶段,根据子模块闭锁和旁路的运行状态提出了子模块的开环预充电方案,该方案适用于不同类型子模块且无需PI参数整定。最后,在Matlab/Simulink中搭建换流站预充电模型对所提策略进行验证。     

兼具换相电压补偿和直流电流抑制能力的电网换相换流器拓扑

为提高传统直流输电系统抵御换相失败的能力,改善系统故障期间的动态特性,提出了一种基于晶闸管型全桥子模块(T-FBSM)的复合型电网换相换流器拓扑,在故障期间可以通过控制工作模式的切换同时实现换相电压的补偿及直流电流增长的抑制,从而提高换相失败的免疫能力。研究了T-FBSM与换流阀的协调控制策略,并设计了T-FBSM电气参数。最后,在PSCAD仿真环境中设置不同仿真案例,验证了所提新拓扑的电压、电流应力及换相失败抑制效果。仿真结果表明,所提复合式电网换相换流器拓扑协调控制策略及所设计的T-FBSM电气参数合理、有效,同时所提拓扑可以有效降低换相失败概率,并可改善系统的恢复特性。     

Feasibility study of AC- and DC-side active filters for HVDCconverter terminals

The authors evaluate the technical and economic feasibility for active filtering of DC-side voltage harmonics and the AC-side current harmonics produced by a HVDC (high voltage direct current) converter. The following designs for the active filter concepts are compared with the existing AC-side and DC-side passive filters used at the Dickinson terminal of the CU HVDC transmission line project: the DC-side active filter consisting of a capacitor coupled current injection source to neutralize the 12th, 24th, and the 36th harmonics actively and the AC-side active filter designed to provide the same fundamental frequency-reactive VARs as the existing passive filters. Controlled currents are injected to filter the 11th and the 13th harmonic current actively. A cost comparison is made between these active filter designs and the cost of the existing passive filter supplied by the United Power Association     

半桥和全桥子模块混合型换流器的充电策略

介绍了半桥和全桥子模块混合型模块化多电平换流器在不控充电阶段的充电模态和充电电压,分析了该换流器在不控充电阶段半桥子模块存在自取能不成功的问题。为此,提出了三段式充电策略,将充电过程分为不控充电、半控充电模式1和半控充电模式2这三个阶段,半控充电模式1阶段所有全桥子模块旁路,半控充电模式2阶段所有全桥子模块半闭锁。分析了半控充电模式1和半控充电模式2的充电模态和充电电压,并通过仿真对所提三段式充电策略进行了验证。理论分析和仿真结果表明,所提三段式充电策略可以解决半桥子模块自取能不成功的问题。     

一种模块化多电平换流器交流侧预充电可控充电策略

为解决模块化多电平换流器在充电阶段过渡时易出现的电流过冲问题以及因不当投切引起的模块过充问题,深入分析了换流器内子模块电容的预充电过程,并根据子模块电容的充电特点提出了一种适用于可控充电阶段的有源交流侧均衡控制充电策略。通过母线电压定斜率控制固定上、下桥臂的子模块投切数目,避免数目突变。同时在充电过程中为使各臂子模块电容电压可准确跟踪其参考值,考虑了环流压降对桥臂子模块充电的影响,引入环流稳压控制环节对臂间子模块投切比例进行动态微调,从而保证子模块充电效果,提高相间充电一致性。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了双端有源换流器预充电仿真模型验证了上述充电策略的有效性,该策略控制下电容电压及直流母线电压平稳抬升,系统实现由不可控充电阶段到可控充电阶段的安全过渡。     

全桥ZVS PWM电容器充电变换器

为对广泛应用的电容充电大功率全桥零电压软开关高压变换器进行理论分析,从零电压(相当输出短路)到最大电压用变换器对电容器进行了充放电试验。变换器电路中充分利用器件的寄生参数,通过在高压变压器的原线圈串联电感,实现主开关管输出高压整流二极管的零电流软切换,变换器通过脉宽调制和电流控制调节输出电压并具有过压和过流保护功能。给出变换器的静态分析,同时给出了基于UCC3895 PWM控制器的直流—直流变换器样机的详细设计和1 kJ/s充电速度的实验结果表明变换器的理论分析正确,方法可行。     

用于电池储能系统并网的PCS控制策略研究

介绍了两级式能量转换系统(Power Conversion System,PCS)的主电路拓扑和数学模型,并对其控制策略进行了研究。为确保储能电池组的安全以及延长其使用寿命,采用先恒流充电至额定电压后再转恒压充电的二阶段模式。针对充放电分离控制复杂的控制架构,提出了基于电池侧和网侧变流器主从功率控制的统一控制策略。仿真及实验结果均与理论分析一致,变流器动静态性能良好,达到了控制要求。     

应用于配电物联网的高压直流固态变压器启动策略研究

直流固态变压器作为未来能源互联网的关键智能装备之一,在配电物联网中具有广阔的应用前景。然而,在其启动过程中往往会造成很大的冲击电流,对配电系统稳定性造成了影响。文章提出了一种有效的一次侧/二次侧子模块软充电策略,一次侧充电策略采用不控充电阶段和最大电流可控充电阶段以控制桥臂充电电流峰值。二次侧充电策略采用定占空比增大法,使得交流侧充电电流逐渐增大至稳态。该方法不需要借助额外的辅助电源,通过子模块的投入与闭锁状态,将各子模块充电至一定电压,抑制充电电流尖峰。文章分析了各个充电状态下的功率传导公式,得出了二次侧的最大充电电压。最后通过Matlab仿真,验证了该方法的有效性。