MMC-MTDC系统直流单极对地短路故障保护策略

直流侧故障保护是基于模块化多电平换流器(MMC)的多端柔性直流输电(MTDC)系统的关键问题。现有文献主要对直流双极短路故障展开研究,而直流单极接地故障同样可能对系统安全运行产生严重影响。首先针对不同的换流器接地方式,分析半桥型MMC-MTDC单极对地短路故障特性,指出交流侧低阻抗接地方式下存在的问题,为实际工程接地阻抗选择提供一定参考。利用全桥型MMC的短路电流清除能力,提出一种单极对地短路故障快速恢复保护策略,能够在交流侧低阻抗接地方式下避免交流断路器跳闸。PSCAD/EMTDC仿真结果证明了故障特性分析的正确性和所提出的故障保护策略的有效性。     

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.     

交流背景谐波对MMC多端直流的影响分析及抑制策略

连接弱交流系统是基于模块化多电平换流器(MMC)的多端直流输电系统的重要应用场景之一。然而,弱交流系统更易受到谐波扰动的影响,该交流系统中的非线性设备可能形成总谐波畸变率偏高的背景谐波电压,这些背景谐波电压将在MMC的三相桥臂中产生正序、负序及零序电压分量及相应的电流分量。在一些极端情形下,某些频率的谐波将会引起直流网络的谐振,导致直流网络的谐波含量显著增大,并通过直流网络传播到其他互联的交流系统中。因此,本文首先从理论上分析了交流系统电压背景谐波对MMC桥臂电压的影响,获得了谐波传递规律;在此基础上,设计了利用MMC子模块储能能力的抑制直流侧谐波的附加控制策略。在PSCAD/EMTDC中的仿真表明,本文所提出的控制策略能有效阻断背景谐波向直流网络的传播,避免直流网络由于背景谐波产生谐振现象。     

考虑输电损耗和新能源波动的VSC-MTDC下垂控制策略

输电线路上功率传输引起的电压降使各个换流站的直流电压存在差异,具有随机性的新能源接入也会带来系统直流电压波动。这两方面的原因会使换流站输出功率发生偏移,从而影响多端直流输电(MTDC)系统的潮流控制。对此提出一种考虑输电损耗和新能源波动的MTDC下垂控制策略,该控制策略根据潮流分析的结果为换流站指定运行参考点,对主换流站和从换流站分别增加电压闭环和功率闭环,形成带电压死区和带功率死区的下垂控制,以补偿新能源接入带来的影响,同时根据换流站容量和系统电压范围指定下垂系数。通过仿真表明,该策略在正常运行状态下能够削弱新能源波动对从换流站输出功率的影响;在大扰动状态下能够为换流站合理分配波动功率,具有良好的调压性能。     

基于键图法的直流电网系统模型

为适应直流电网智能、高效、经济运行的要求,实现各换流站间的协调控制,基于六端直流电网物理仿真平台,将多端直流输电系统视为一个多输入、多输出、多控制目标的系统整体进行了数学建模。提出了适用于多节点、系统级仿真的换流器简化模型,分别讨论了各端电源、负载模型的简化方法,利用键图方法对六端树状直流电网进行了等效建模,并提取出其状态空间方程。最后根据电力系统的常规运行要求对直流电网的具体控制目标进行了数学提炼,写出控制问题的约束条件和指标函数,为进一步设计、优化协调控制器提供了基础。     

多端柔性直流输电系统运行状态评判

目前对于多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC Transmission Systems)运行状态评判的相关研究还处在起步阶段,缺乏对M M C-MTDC输电系统在不同工况和控制策略下相应运行状态特征的有效提取、归纳及分析,所以亟需一种准确的状态评判方法为研究MMC-MTDC运行状态变化提供判断依据.以多端柔性直流输电系统各类运行数据为基础,从功率、电压、频率、系统响应速度、可靠性和灵敏度6个角度出发,构造了一套评价系统运行状态的关键指标体系;针对现有评判方法的局限性,通过对反非广延熵统计特性的理论分析,构建一种新的系统运行状态分级评判方法—基于改进层次分析的反非延熵权法,该方法较好克服了同类算法评判辨识度低的缺点.最后基于OPT-5600实时仿真平台,通过五端柔性直流输电仿真算例验证了文中所提的评价指标体系及方法的有效性.     

基于协同型复合判据的多端直流环网边界保护原理

利用直流线路两侧加装的限流电抗器对故障高频分量的阻断特性构造边界保护判据,是多端直流电网实现有选择性故障切除的可行技术路线之一。然而,限流电抗器的选型并不以适配保护的灵敏性为依据,导致现有基于最高特征频带的边界保护原理存在着兼顾选择性及灵敏性的矛盾。为解决上述问题,文中研究借助小波包变换将故障暂态量分解为若干频带,并以保护的安全性、灵敏性为双重约束对频带进行了综合考察及预选;在此基础上,利用D-S证据理论将预选频带的多重信息进行融合,最终得到兼顾低特征频带的高抗扰性以及高特征频带的高灵敏性的复合判据。仿真结果表明,所提出判据能够更灵活地区分区内高阻故障及伴随噪声的区外故障。在大样本随机故障场景下,所提判据比传统保护方案具有更高的动作正确率。     

多端直流架构的交直流混合配电网三相不平衡潮流计算

在配电网向交直流混合供电的方向发展的新形势下,提出一种能够计及交流三相不平衡的交直流配电网潮流计算方法。首先建立了电压源型换流器的三相稳态潮流模型,推导了换流器的三相潮流以及直流配电网潮流计算方程,并对不平衡系统进行了补偿。考虑了不同的控制方式及适用于配电网的多端直流控制策略,在此基础上,提出了适合配电网的三相不平衡交直流交替迭代潮流计算方法,该方法采用了模块化思想,不需要全局迭代,可以从交、直流侧任意方向开始潮流计算,自动修正越限变量并调用控制策略,实现了交直流潮流计算的解耦。最后,对修改的IEEE 37节点配电系统进行仿真计算,仿真结果证明了算法的有效性、快速性和准确性。     

考虑直流电压无差调节的MMC-MTDC协调下垂控制策略

直流电压稳定对多端直流输电(MTDC)系统的安全可靠稳定运行至关重要,对此提出一种新型协调下垂控制策略。通过建立MTDC系统的等效网络模型,推导小信号解析式,然后将小信号补偿量注入传统下垂控制中,实现MTDC系统在不同工况下直流电压的无差调节。采用PSCAD/EMTDC建立了基于模块化多电平换流器的四端直流输电系统的仿真模型,仿真结果验证了所提控制方法的有效性。在所提控制方法作用下,直流电压在扰动下会恢复到原来的稳态运行状态,避免了传统下垂控制产生的直流电压偏差,实现了直流电压的额定值运行。     

双限幅功率协调控制器及其在多端直流系统中的应用

为了克服常规主从控制存在的功率主站丢失或达到其功率极限时,多端直流输电系统直流电压不受控以及常规下垂控制存在的正常运行时,各换流站无法精确控制其有功功率的缺陷,提出了一种双限幅功率协调控制器。该双限幅功率协调控制器包括一个上限幅环和一个下限幅环,上限幅环仅在直流电压高于某上限值时起作用并降低换流站整流方向上的有功功率,下限幅环仅在直流电压低于某下限值时起作用并降低换流站逆变方向上的有功功率。正常运行时,换流器直流端电压介于上限幅值和下限幅值之间,双限幅功率协调控制器输出被限幅至零,不起作用。文中进一步设计了连接风电场的VSC换流站功率协调控制。以一个四端口MTDC系统为例,仿真验证了双限幅功率协调控制器在不平衡功率指令、主站退出运行、风电功率波动工况下的有效性。研究结果表明,所提出的双限幅功率协调控制器综合了常规主从控制正常工作时各换流站能精确控制其有功功率以及常规下垂控制在功率失衡或故障工况下能够维持系统稳定性的优点,并克服了两种常规控制的缺陷。