柔性直流输电工程技术研究、应用及发展

柔性直流输电作为新一代直流输电技术,在世界范围内已经得到广泛发展和应用。文中针对柔性直流输电在工程技术、工程应用与未来发展3个方面分别进行了总结和分析。针对柔性直流输电系统主接线、换流器拓扑结构、控制和保护技术、柔性直流电缆、换流阀试验等多方面进行了全面的技术分析,并指出其技术难点以及未来发展的目标和方向。介绍了国内外柔性直流输电工程应用领域及现状,并结合未来电网发展特点及需求,分析了柔性直流输电工程应用的趋势,表明了柔性直流输电技术对促进未来电网的发展具有极其重要的作用。     

可控电压源型柔性直流输电换流器拓扑综述

为分析不同可控电压源型柔性直流输电换流器拓扑结构的技术特点,围绕模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）,建立了基于几种可控电压源型换流器拓扑的柔性直流输电系统电磁暂态模型,结合PSCAD／EM’I＇DC的数字仿真结果,验证了所提出的换流器拓扑结构及其输电方案的可行性。     

柔性直流输电技术：应用、进步与期望

柔性直流输电技术是构建灵活、坚强、高效电网和充分利用可再生能源的有效途径,代表着直流输电的未来发展方向,已成为新一代智能电网的关键技术之一。概述了国内外柔性直流输电工程的现状以及柔性直流输电技术在交流电网的异步互联、风电场并网、海上平台供电和城市负荷中心供电等领域的应用情况;重点介绍了世界第一个多端柔性直流输电工程———南澳多端柔性直流输电示范工程的研发情况,尤其是其技术难点;指出了直流输电混合化,高电压大容量化,直流输电网络化和直流配电网等未来柔性直流输电技术发展的主要方向;提出了柔性直流输电系统亟待解决的关键问题,诸如具有直流短路故障电流清除能力的电压源换流器拓扑结构,高压直流断路器技术和直流电网运行的基础理论及控制保护技术。     

混合直流输电技术及发展分析

混合直流输电系统结合常规直流输电系统和柔性直流输电系统的优点,是一种新型直流输电拓扑结构。文中从混合直流输电系统的主接线和换流器拓扑结构、控制和保护技术等方面进行了系统分析,指出了混合直流输电技术的难点及未来的发展目标和方向。介绍了混合直流输电技术可能适用的场景及目前的应用现状。最后结合中国能源发展战略和未来电网的发展特点及需求,分析了混合直流输电技术研究及工程应用的趋势。     

多端MMC直流输电系统的优化设计方案及比较

模块化多电平换流器(MMC)是柔性直流输电领域中具有广阔应用前景的换流器拓扑。在交流侧电压相对较低时,可以通过对换流器子模块数量的优化设计,降低所需的级联子模块数目,并可以使换流器直接接入较低电压等级的交流电网。这种优化设计方法也为柔性直流输电系统的工程方案设计提供了多种选择。文中结合±160kV/200MW的三端柔性直流输电示范工程,给出了多种系统的工程设计方案,并对各种方案的特性和主要参数进行了分析比较,提出了实际工程中MMC优化方案的设计选择原则。     

基于HCM3000平台柔性直流输电系统设计

针对传统柔性直流输电工程换流器桥臂开关频率高、谐波含量大、动态均压困难、系统损耗大、系统容量小等缺点,提出基于模块化拓扑结构换流器应用于实际柔性直流输电工程。给出模块化换流器桥臂详细拓扑结构及其子模块充电过程;推导柔性直流有功功率、无功功率控制算法,并在HCM3000平台完成桥臂控制器设计;基于主流RTDS仿真平台搭建闭环仿真系统,对控制器控制功能仿真测试并对仿真结果进行分析总结。整个设计过程对今后柔性直流输电控制保护系统工程化设计有实际借鉴意义。最后,对柔性直流推广应用作出展望。     

南澳多端柔性直流输电示范工程系统集成设计方案

南澳多端柔性直流输电示范工程（简称南澳柔直工程）是世界上第一个VSC-MTDC工程。首先介绍了模块化多电平换流器的拓扑结构,然后介绍了南澳柔直工程的系统集成设计方案。南澳柔直工程换流站采用单换流器双极接线方式,以交直流并联、纯直流或STATCOM方式运行。该工程本期为采用树枝式并联接线的三端直流输电系统,远期将建成四端柔性直流输电系统。还介绍了南澳柔直工程主设备参数、保护配置和系统三端启动过程。     

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。     

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。     

混合型MMC拓扑及应用于MTDC直流故障穿越能力分析

模块化多电平换流器(MMC)已成为高压直流输电领域最具前景的换流器技术之一。然而,与低电平电压源型换流器(VSC)相同,目前研究较多的半桥型MMC缺乏闭锁直流故障的能力。文中分析了不同结构的MMC在发生直流故障时短路电流的情况,提出了一种改进的MMC拓扑结构,基于错位层叠理论和换流器闭锁直流故障的原理,设计了一种适用于多端柔性直流(VSCMTDC)输电系统的混合型MMC拓扑结构,并结合VSC-MTDC系统直流故障时的"握手原则"详细说明了实现故障线路切除、非故障线路恢复的过程。最后,以典型的四端直流输电系统为例,通过PSCAD/EMTDC建模仿真,对故障后果最为严重的直流侧双极短路故障下的系统特性进行了分析验证。结果表明,基于该拓扑结构的多端直流系统能够在直流侧发生故障时快速闭锁换流器,并在短时间内恢复非故障线路的正常运行。     

基于可控硅串联技术的新型固态高压直流断路器

作为直流线路中的分断装置,高压直流断路器是快速限制并切断故障电流、维持直流电网安全稳定运行的关键技术手段。文中在对比分析现有高压直流断路器典型结构的基础上,提出了一种基于可控硅串联技术的新型高压直流断路器,详细描述了其拓扑结构、工作原理和典型特点,并使用PSCAD软件仿真分析了不同短路电流下所提高压直流断路器的开断特性及其影响因素。最后,通过在实验室内搭建高压直流断路器实物模型,利用d SPACE工作平台进行了断路器的电流开断实验。结果表明,所提出的新型高压直流断路器能够实现快速关断与恢复通流,通态损耗低且通流能力强,具有现实可行性。     

适用于柔性直流电网的多端口直流潮流控制器

现有的直流潮流控制器大多为双端且仅能辅助控制一条线路上的潮流。为全面控制直流电网潮流分布,文中提出了一种适用于柔性直流电网的多端口直流潮流控制器,它可以同时控制多条线路上的潮流且易于拓展。首先,在充分研究已有直流潮流控制器的基础上,提出了多端口直流潮流控制器的拓扑结构并详细阐述了工作原理;其次,研究了多端口直流潮流控制器的等效电路,进而设计了能够使其稳定运行的控制策略;最终,在RT-LAB仿真平台中搭建了舟山五端柔性直流输电系统并安装了三端口直流潮流控制器,对所提拓扑结构和控制策略进行了仿真验证。     

特高压直流线路保护原理及动作策略分析

首先结合特高压直流输电的特点,分析了复杂的电网结构、灵活的运行方式和更远的输电距离对直流线路保护提出的更高要求。其次,结合直流线路保护的工程应用现状,阐述了基于单端量和双端量的保护原理的研究进展,归纳了2类保护中涉及的方法。随后总结了常见的特高压直流线路保护动作策略,并对故障重启动逻辑进行了介绍。最后,在现有研究的基础上,分析了直流线路保护需进一步关注的问题和可能的解决办法。     

具备潮流控制功能的组合式高压直流断路器

针对直流电网目前面临的2个关键性问题:直流潮流控制自由度不够和直流线路故障,文中提出了一种适用于直流电网的具备潮流控制功能的组合式高压直流断路器。首先,介绍了模块化多电平潮流控制器和混合式高压直流断路器的基本结构和工作原理。然后,提出了一种组合式高压直流断路器,介绍了它的基本结构、配置原则、控制方式和工作原理;基于单换流器直流侧故障分析模型,分析了组合式高压直流断路器处理直流线路故障的可行性。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了四端柔性直流输电系统,分别对组合式高压直流断路器的直流潮流控制能力和直流故障处理能力进行了仿真。仿真结果表明:组合式高压直流断路器能够很好地控制直流潮流,并具有处理直流线路故障的能力。     

基于MATLAB的轻型直流输电系统的仿真

轻型直流输电(HVDC Light)是一种新型的输电技术,以电压源换流器(VSC)为核心,控制上采用脉宽调制技术(PWM)以达到高可控性直流输电的目的。文章首先分析了轻型直流输电系统的基本结构和原理,然后利用MATLAB仿真软件建立一个三电平轻型直流输电系统的仿真模型,最后对仿真结果进行分析,仿真结果表明建立的轻型直流输电系统具有较好的稳定精度和响应速度。文章为将来研究轻型直流输电系统的物理模型奠定了一定的理论基础。     

适应大规模新能源友好送出的直流输电技术与工程实践

随着能源转型需求增长及新能源快速发展,中国能源结构与电力系统结构正面临着巨大变革.为了适应大规模新能源送出需求,构建以新能源为主体的新型电力系统,迫切需要研发应用灵活可靠的输电技术,基于电力电子设备的直流输电技术重要性日益凸显.目前,中国正在应用的直流输电技术包括常规直流输电技术、柔性直流输电技术及混合直流输电技术.文中基于中国直流输电技术发展和工程实践,归纳分析了大规模新能源经直流送出技术在工程应用中的关键问题,探讨了若干技术方向,为新能源送出技术发展提供了参考.     

不同结构压接型IGBT器件压力分布对比

柔性直流输电技术的不断发展对应用在柔性直流输电系统中的绝缘栅双极晶体管（IGBT）器件提出了更多的要求。压接型IGBT器件因符合柔性直流输电系统等领域高电压、大电流以及高功率密度的发展需求而得到重视,易于串联的特性使其非常适用于高压应用领域。目前以WESTCODE、TOSHIBA公司为代表的凸台式封装结构和以ABB公司为代表的弹簧式封装结构的2种压接型IGBT器件已成功应用到柔性直流输电工程中。基于有限元法建立了2种压接型IGBT器件的仿真模型,分别针对器件2种不同工况（正常加压未工作和正常工作状态）对比分析了其内部的压力分布。仿真结果表明,2种结构的压接型IGBT器件在正常加压状态下压力分布均比较均匀,由于弹簧结构的存在使得弹簧式压接型IGBT器件在正常工作状态下压力分布更为均匀。最后基于仿真分析,对压接型IGBT器件的结构优化提出了可能的解决方案。     

基于MMC多端柔性直流输电保护关键技术研究

基于MMC的多端柔性直流输电是直流输电的重要发展方向。对MMC多端柔性直流输电控制保护系统进行了研究,介绍了一种基于子模块电容电压优化平衡控制算法的控制策略,详细给出了柔性直流输电系统保护配置,对阀侧交流母线差动保护策略和换流器区保护策略等保护关键技术问题进行深入研究,给出了具体的解决策略。并搭建了多端MMC-HVDC仿真试验系统验证控制保护研究策略,详细分析了阀侧交流母线两相短路接地故障和换流器上桥臂短路故障仿真结果。所研究内容对多端MMC-HVDC工程的研究和发展有重要的借鉴意义。     

提高系统暂态稳定性的柔性直流受端电网故障穿越策略整定

随着大容量柔性直流输电技术日趋成熟,其在大电网中的应用愈发广泛。充分利用柔性直流灵活、快速的调节性能,设计合理的控制策略,有利于提升系统的安全稳定特性。文中重点针对柔性直流的交流故障穿越策略,利用扩展等面积法则(EEAC)分析了其影响系统暂态稳定性的机理。提出一种提高系统暂态稳定性的故障穿越策略工程优化整定方法。通过优化柔直在故障穿越期间的无功控制目标、低穿电压阈值、故障穿越期间的有功和无功电流限值以及故障穿越的恢复电压阈值,可显著提升柔性直流接入系统的暂态稳定特性。在规划系统仿真中验证了所提方法的有效性,可为实际柔性直流接入系统的控制策略优化及方式安排提供技术支撑。     

柔性高压直流输电仿真技术研究方法综述

柔性直流输电工程应用前景广阔,采用各种高精度高效率仿真技术对柔性直流系统进行理论分析和运行特性研究是柔性直流技术发展的关键;实时数字仿真、物理动模仿真和数字物理混合仿真是常用的系统仿真研究方法。总结柔性直流输电系统结构及核心装备;分别介绍三种仿真方法,从基本理论与算法原理、实现方式和柔直装备建模方法等方面进行论述,并总结各种方法的适用性和优缺点。最后,对柔性高压直流输电仿真技术的发展趋势和关键问题进行了总结和展望,提出了几点可能的研究思路。