基于EMTDC的UHVDC交流侧故障的仿真

采用EMTDC软件建立了详细UHVDC模型,研究了交直流系统并列运行的相互影响,并对交流系统故障进行了仿真.仿真结果表明:逆变侧交流系统故障比整流侧交流系统故障更容易引起换相失败,三相系统故障造成严重的功率损失直至极退出停运,故障期间极控系统的策略有利于交流系统故障后,直流系统迅速恢复,合理的控制模式组合有助于故障后的恢复特性.     

改善交直流输电系统故障恢复特性的直流功率能量面积补偿方法

交直流输电系统面临的突出问题之一是故障后与交流系统相适应的直流控制问题。以改善交流系统故障后的频率和电压恢复特性为目的,提出了直流功率的能量面积补偿方法。该方法能基于换流站本地数据准确计算出在线调整系统减速面积的直流功率补偿量和持续时间,在整流侧交流系统严重故障后抑制振荡过程,加速系统恢复;对于逆变侧交流故障,能改善系统频率和电压的恢复特性,避免连续换相失败的发生。建立交直流混联系统电磁暂态仿真模型进行仿真验证,仿真结果验证了所提出控制方法的可行性和有效性。     

HVDC故障恢复特性的分析及改善措施

为了探究影响高压直流输电(HVDC)故障恢复特性的主要因素及改善其恢复特性的措施,文章分析了包括交流系统强度、直流输电极控制中相关参数的设置及故障恢复期间交流系统的无功补偿特性在内的各种因素在系统切除故障后对电压及功率恢复的影响,提出了包括AC-VDCOL与DC-VDCOL相结合的低压限流环节(VDCOL)并且在故障恢复期间改变VDCOL的特性曲线,增大系统故障期间熄弧角整定值的优化控制、采用SVC进行无功补偿等措施来改善HVDC故障恢复特性。利用PSCAD/EMTDC仿真软件在CIGRE直流输电标准测试系统中进行故障仿真。结果表明当系统发生故障时,交流系统强度越强越有利于系统故障后电压及功率的恢复,采用SVC无功补偿、优化的低压限流环节和熄弧角控制有利于改善故障的恢复特性。     

整流侧交流系统故障引发逆变器换相失败的原因分析及抑制方法研究

在高压直流输电系统中，交直流耦合作用日益紧密。当整流侧交流系统发生故障时，若直流控制系统响应不当则可能引发逆变器换相失败。首先分析了整流侧交流系统故障后，直流控制系统的响应过程以及逆变侧换相电压的变化特点。然后结合关断角的计算表达式，探讨故障恢复过程中关断角下降的原因。分析表明整流侧交流系统故障情况下，逆变侧换相电压在小范围内变化，换相失败发生的主要原因是故障恢复过程中直流电压和直流电流的快速上升。在此基础上，提出通过改进整流侧触发角以减缓直流电压恢复速度的方法，提出通过减小电流裕度以及改进整流侧电流指令值以减缓直流电流恢复速度的方法。最后基于CIGRE直流输电标准模型，在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台上验证了所提换相失败抑制方法的有效性。仿真结果表明，2种方法都能抑制整流侧交流系统故障下的换相失败，且共同作用时效果更佳。     

MMC-HVDC系统的低压限流单元

为解决MMC-HVDC直流电压控制站侧交流系统故障时直流电压失控的问题,通过加入低压限流单元对MMC的有功功率控制器进行了改进。改进后的控制器可根据直流电压的变化和预先设计的电流限幅曲线,自动调节有功功率控制站的内环有功电流指令值,以保证直流电压控制站侧交流系统故障时直流电压的稳定。仿真结果显示,在使用低压限流单元后,直流电压控制站侧交流系统故障时,直流电压上升或下降的幅度均在5%以内,直流系统可以保持连续运行,不会因直流电压异常而闭锁。证明所设计的低压限流单元可以在直流电压控制站交流侧故障情况下,保持MMC-HVDC系统直流电压的稳定,保证换流器不闭锁,并在故障清除后迅速恢复原有的有功功率,有效增强系统的故障穿越能力。     

多端直流输电系统直流侧故障的控制保护策略

在多端直流输电系统中使用直流断路器有利于故障的快速切除,但目前直流断路器的制造工艺尚不成熟,难以在工程中推广应用。文中在直流输电系统直流侧采用常规交流断路器作为直流断路器的替代方案,提出了一种针对多端直流输电系统直流侧故障的控制保护策略。利用PSCAD/EMTDC软件建立了±800kV双极四端直流输电系统仿真模型,并进行了仿真。仿真结果表明,基于常规交流断路器的多端直流输电系统控制保护策略能够实现系统故障后的快速恢复,较好地满足功率输送要求,有效提高所连交流系统的稳定性。     

特高压混合级联系统受端交流故障问题分析

受端混合级联直流输电系统具有经济性高、灵活性强等诸多优势,应用前景十分广泛。当其受端VSC发生交流系统故障时,换流阀功率输送能力减弱,此时,整流站功率持续输出会加剧直流侧的功率盈余,造成VSC换流器电压急剧升高。故障结束后,系统需要较长时间恢复功率正常输送,严重影响系统的正常运行和稳定性。针对特高压混合级联系统受端换流器发生交流故障时直流侧过电压问题及故障结束后的功率恢复问题,提出了电压-功率协同控制策略及基于受端交流电压变化的交流低压限流控制策略。最后采用真实控制保护装置搭建基于RTDS仿真系统的硬件在环仿真平台,验证了所提策略的可行性。     

直流输电系统典型暂态响应特性分析

基于PSCAD/EMTDC仿真程序研究了CIGRE直流输电标准测试系统在各种故障下的典型响应特性,包括整流侧交流系统发生三相故障、逆变侧交流系统发生三相故障和单相故障,以及直流线路发生短路故障时直流输电系统及其控制器的响应特性.特别研究了交流系统故障时直流输电系统的换相失败及其恢复过程,同时研究了直流线路短路时直流输电控制器的动作特性和直流线路的过电流水平.     

基于DAB直流变压器的多电压等级交直流混合配电网故障特性分析

双主动全桥(dual active bridge,DAB)直流变压器能够通过直流线路互联多个电压等级的交流配电网形成交直流混合配电网,该系统的故障类型多样,故障特性复杂,该文对其故障特性进行详细研究。分析该系统发生交流网侧单相接地故障、交流阀侧单相接地故障以及直流母线单极接地故障后的故障特性,研究换流站直流侧电容中点采用直接接地和高阻接地两种接地方式的系统中,DAB对系统故障特性的影响。探究发生上述故障后,系统交流侧和直流侧的相互影响,并进行详细对比分析,提出含DAB系统的故障分析方法。最后,通过Matlab仿真平台对上述分析进行仿真验证,指出DAB对直流侧电容中点直接接地系统故障特性的影响更突出,且DAB能够隔离交直流侧故障的相互影响,为交直流混合配电网接地方式的选择、保护系统的设计等提供理论依据。     

含动态直流泄能电阻的MMC-HVDC提高风电场低电压穿越能力研究

提出了基于动态直流泄能电阻的模块化多电平柔性输电直流方案,以提高基于感应双馈电机风电场的低电压穿越能力。基于矢量控制及无源电压跟随控制分别设计了系统侧、风场侧柔性直流换流器在风电场稳态运行时的控制策略。当交流系统故障导致电压跌落时,详细分析了动态直流泄能电阻的工作原理、动作判据及导通持续时间,以实现风电场低电压穿越;同时研究了其与系统侧模块化多电平换流器在故障清除后电压恢复期的协调控制,以快速恢复风电场有功输出能力。仿真结果表明:当交流系统故障时,含动态直流泄能电阻的柔性直流输电系统能够维持直流电压且不改变风电场输出电压电流;当故障清除后,风电场输出功率恢复速率远大于电力系统行业标准相关技术指标。     

基于桥臂电压控制的MMC直流短路主动限流方法

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电系统直流短路后电流上升迅速且伴随大量的能量释放,为限制其故障电流,提出一种基于桥臂电压控制的MMC主动限流方法。根据故障电流影响因素分析,针对不同交流出口特性需求,设计了故障期间桥臂电压控制方法,通过减小桥臂电压直流分量降低直流出口电压,从而抑制故障电流上升率;考虑主动限流策略对交流电压及桥臂电流的影响,以MMC不闭锁为约束条件,设计了控制参数的选取原则,最后在四端直流电网中对该主动限流方法的限流效果及其对故障切除后功率恢复的影响进行了仿真分析。结果表明,所提主动限流方法能够有效限制短路电流,降低直流断路器的电流开断难度,且对故障切除后的功率恢复影响较小。     

A Novel Recovery Strategy to Suppress Subsequent Commutation Failure in an LCC-Based HVDC

A subsequent commutation failure (SCF) can easily occur during the recovery process after a first commutation failure (1st CF). This paper analyzes the interaction mechanism of extinction angle, AC voltage, DC current and firing angle, and reveals that the complex coupling relationship during the dynamic process after the 1st CF has a significant effect on the SCF. The mathematical equations when considering different fault durations, fault severities and AC system strengths are then established. An AC fault voltage detection method based on reactive power and fault duration is also proposed to measure the fault severity, and an SCF inhibition control strategy (SCFICS) based on AC fault detection and reactive power control is subsequently proposed. This can not only inhibit the SCF, but also enhance the DC recovery speed effectively. Finally, based on the SCFICS, a simulation model is built, and the simulation results with different cases indicate that the SCFICS can effectively inhibit the SCF with good recovery performance, for three-phase-to-ground (TPG) and single-phase-to-ground faults, and with a fault inductance range of 0.01 H to 1 H.     

适应大容量直流接入弱受端的直流极控系统优化控制方法

大容量直流接入较弱受端系统,换流母线电压相对敏感,故障扰动易引起直流换相失败甚至发生连续换相失败。针对弱受端交流故障恢复过程中可能出现的连续换相失败问题,提出了根据交流系统和直流系统关键变量,在线计算调整低压限流功能直流电压上限值的方法,使直流的恢复速度能适应交流系统的恢复状态,避免连续换相失败的发生;提出了逆变站调节器配合和分接头控制的优化方法,使逆变站进入定直流电压控制模式,能在一定程度上减小远端故障引发换相失败的概率。利用与实际直流工程极控系统完全一致的仿真模型进行仿真验证,仿真结果表明:所提出的优化方法可行、有效,能适应弱受端系统对于抵御换相失败的需求,有利于改善交直流系统运行稳定性。     

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。     

直流输电控制器低压限流环节的研究

高压直流输电系统包含了各种分层控制方式,具有高度的可控性,因其中极控制层的交流电压起动型低压限流环节(VDCOL)不适于直流故障情况。为了向系统提供高效稳定的运行,对直流电压起动进行研究,分析了VDCOL的电路结构与工作原理,在此基础上,详细研究了直流控制方式和低压限流环节的参数对大扰动后交直流混合输电系统电压和功率恢复的影响。运用PSCAD/EMTDC在CIGRE直流输电标准测试系统上仿真验证的结果证明,VDCOL环节能改善直流输电系统在交直流故障后的恢复特性,对其研究具有一定的工程实用意义与参考价值。     

多端口电感耦合型直流限流断路器快速重合闸策略

高压直流（high voltage DC,HVDC）电网是连接可再生能源与交流主网的主要载体,直流故障后的恢复速度对整个交直流电网的稳定性有重要影响。基于多端口电感耦合型高压直流限流断路器,提出一种与直流电网换流器控制策略相配合的快速重合闸策略。介绍了多端口限流断路器的拓扑结构,分析了换流器控制策略对故障隔离后直流电压的影响,并对限流断路器的重合闸时序进行了选择,形成了与风电场等弱交流系统连接的换流器-断路器协调配合重合闸的控制策略及逻辑流程。在4端双极直流电网仿真模型中,验证了所提重合闸策略具有冲击电流较低,故障恢复时间较短的优势。     

800kV浙西特高压直流换流站暂态过电压研究

基于溪洛渡—浙西800 kV特高压直流输电工程,对浙西换流站的暂态过电压和各避雷器的负载进行详细仿真计算分析。在交流侧选取了交流母线三相接地、交流相间操作冲击和失交流电源3种典型故障工况;直流侧选取了最高端换流变Y/Y绕组阀侧单相接地、低压端换流变Y/Y绕组阀侧单相接地和全电压启动3种典型故障工况进行研究。分析结果表明:失交流电源是交流侧的最严酷工况,交流母线过电压771 kV,通过交流母线避雷器A的最大电流0.14 kA,最大能量2.07 MJ;最高端换流变Y/Y阀侧单相接地在换流阀两端产生过电压375 kV,通过阀避雷器V1最大电流2.32 kA,最大能量6.73 MJ;低压端换流变Y/Y阀侧单相接地,阀避雷器V3通过最大电流1.04 kA,最大能量2.84 MJ;全电压起动在直流极母线上产生1 330 kV的过电压,避雷器DB通过最大电流0.56 kA,最大能量4.35 MJ。     

受端多落点级联型混合直流输电系统协调控制策略

针对受端多落点级联型混合直流输电系统发生交直流故障时,电流分配不平衡导致的功率反送、系统稳定性降低等问题开展研究,并提出改善系统稳定性的协调控制策略.该策略在发生故障时根据线路传输功率、逆变侧电网换相型换流器(LCC)输出功率以及采用定直流电压控制的模块化多电平换流器(MMC)稳态输出功率,对MMC的有功功率指令值进行调控,避免采用定直流电压控制的MMC由逆变改为整流,防止受端交流侧功率大范围转移现象的发生.同时在故障清除后仍可缓解系统恢复过程波动较大的问题,使系统能够快速平稳地恢复至额定运行状态.基于PSCAD/EMTDC建立仿真模型,仿真结果验证了所提协调控制策略可有效减小电压和功率的波动,系统在交、直流典型故障下均能实现平稳过渡,提升了受端系统的稳定性.