混合三端直流输电系统受端交流故障穿越协调控制策略

以乌东德电站送电广东广西特高压多端柔性直流示范工程为研究对象,考虑混合三端柔性直流输电系统因受端不同位置交流故障所致的直流过电压,提出相应的故障穿越协调控制策略。在受端主站发生网侧交流瞬时故障的情形下,通过设计混合型模块化多电平电压源换流器全桥子模块自适应负投入策略,实现了利用子模块电容短时过电压储能的能力来快速补偿站间直流电压的上升;短暂时延后,送端电网换相换流器通过定量调整电流指令值策略来减小子模块的不平衡充电功率。在受端主站发生阀侧交流故障的情形下,优先利用输电健全极的功率转代裕度来消纳故障极的部分不平衡功率;同时,故障极从站跟随主站半压运行,相应的高低压阀组切换至定电流及定电压模式,最终实现抑制站间过电流及减小盈余功率。仿真结果表明,2种故障条件下,所提的协调控制策略均可较快实现故障期间的功率平衡,有效抑制仅配备稳态基本协调控制策略下系统所出现的直流过电压现象,同时也基本维持了送端的总体有功传输容量。     

特高压混合三端直流输电系统换流站电流转移抑制策略

特高压混合多端直流输电系统需要具备有效的换流站电流转移抑制策略,尤其针对阀组投退过程,应避免因过流而触发暂时性闭锁。基于特高压混合三端直流输电系统,提出了2种采用受端直流电流作为控制量的电流转移抑制策略：基于直流电流-直流电压偏差量的电流转移抑制策略控制对象为阀组的直流电压;基于直流电流-直流功率偏差量的电流转移抑制策略控制对象为交流有功功率。然后基于PSCAD/EMTDC搭建了特高压混合三端直流输电系统的仿真模型,通过对比采用策略前、后系统的动态特性验证了所提抑制策略的有效性,并对比了2种电流转移抑制策略性能的优劣。仿真结果表明,投阀时基于直流电流-直流电压偏差量策略的抑制过流性能更为优越,退阀时基于直流电流-直流功率偏差量策略的抑制效果更为优越。     

并联型多端直流输电系统运行方式研究

LCC通过反转电压极性实现整流和逆变的转换,可能导致并联型多端直流输电系统功率短时中断。为此,提出一种基于LCC的并联型三端直流输电系统接线方案,分析可能存在的运行方式及转换方法,提出极性转换、电压控制站投退的控制顺序和故障极紧急停运策略。基于PSCAD/EMTDC平台建立三端直流输电系统仿真模型,仿真极性转换、电压控制站投退和故障极紧急退出实验。仿真结果表明该多端系统换流站功率反转不影响其余换流站功率稳定运行,并且能够安全隔离故障设备,快速恢复健全系统稳定运行。     

基于LCC-MMC的三端混合直流输电系统故障特性与控制保护策略

研究了送端为相控型换流器(line commutated converter,LCC)、受端为2个并联的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)组成的三端混合直流输电系统的交直流故障特性及其控制保护策略。在分析现有故障穿越控制策略的基础上,针对交流侧故障提出整流站LCC最小触发角控制、逆变站MMC最大调制比控制与直流电压偏差控制的协调策略;针对直流线路故障,通过在直流线路两端配置限流电抗器构造边界条件,提取直流线路故障电流暂态突变量以识别故障位置,并采用直流断路器开断故障的方法,可以快速隔离直流线路故障并缩小故障影响范围。最后,在PSCAD/EMTDC中建立混合直流输电系统模型,仿真验证了所提策略的可行性。结果表明,所提控制策略在所联接电网交流故障情况下可相应提高直流系统的输送功率,降低功率输送中断发生的概率;直流线路故障时基于直流断路器的直流电流突变率保护策略能够快速隔离故障,提高供电可靠性。     

多端高压直流输电系统保护动作策略

多端高压直流输电(HVDC)系统保护动作后故障处理策略的选择与多端系统结构密切相关。详细分析了串联型和并联型多端直流输电系统的闭锁和线路故障再启动逻辑2类保护动作后故障处理策略,并简要介绍了其他保护动作处理策略。快速移相及同时投旁通对是串联型常用的闭锁策略;并联型常采用闭锁脉冲策略,以及禁止投旁通对策略。对串联型而言,极隔离实际上是换流器隔离;由于存在多条多电压等级的直流线路,从而线路故障处理策略复杂度很高;功率回降和极平衡需各主控站协同处理;新增合大地回线开关的处理策略。对并联型而言,线路故障处理需各整流站协同处理;新增降电流后闭锁策略;新增分断直流线路开关策略,便于隔离故障直流线路。     

并联型多端直流输电系统的控制策略与故障特征

为适应并联型多端直流输电系统更灵活、更精准的电压、电流控制要求,对其控制保护策略进行了研究,提出了一种适用于并联型多端直流输电系统的控制策略和一种直流线路短路故障下不依赖直流断路器的故障清除策略,并研究了交流系统短路故障时多端直流系统与2端直流输电系统的不同特征。对一个并联型4端双极直流输电系统进行仿真分析,结果显示所提出的控制策略可行、有效,控制模式切换不会引起系统明显扰动,且在直流线路短路故障时可摆脱对直流断路器的依赖。相比2端系统,多端系统逆变站交流侧短路故障对系统的冲击更严重。     

降低三端直流系统入地电流与功率损失的换流站电流调整策略

含接地极系统的多端双极直流系统不允许长时间带较大入地电流运行。在受端单极退出工况下,需要兼顾降低各换流站接地极电流与弥补停极换流站的功率损失。基于并联型双极三端直流系统,文中提出一种受端单极退出工况下的换流站电流调整策略。首先,通过调节各换流站两极电流降低入地电流,再利用空闲直流线路/备用线路作为金属支路,将停极受端的入地电流转移至相邻换流站的接地极上,最后降低相邻换流站的直流电流,从而转移相邻换流站部分功率以支援停极受端。基于PSCAD/EMTDC对所提策略进行仿真验证,由仿真结果可知,所提换流站电流调整策略能够将入地电流控制在安全水平,并减少停极受端直流功率损失。     

特高压直流输电线路故障重启策略优化研究

为了解决以往特高压直流输电工程中直流线路故障重启策略不完善导致直流功率波动甚至双极闭锁的不足,提出了把直流输电运行工况和运行功率点加入到直流线路故障重启策略中。利用RTDS对特高压直流输电线路接地故障进行仿真,建立直流输电线路接地故障等效模型。针对在故障极重启动过程中非故障极实际直流功率波动大的问题,提出采用闭锁非故障极低压电流(VDCL)功能的方法来减少非故障极实际直流功率的波动。以溪洛渡左岸-浙江金华±800k V特高压直流输电工程为试验背景,仿真试验证明:所提出的特高压直流输电线路故障重启优化策略能有效的提高系统线路故障时的稳定性,具有很好的工程实用性。     

受端混联型多端直流输电系统逆变侧交流故障特性分析及协调控制策略

受端混联型多端直流输电系统具有很好的工程应用前景,但受端不同换流站在交流故障时的耦合特性复杂,其控制策略应能适应各站交流故障穿越的需求。首先研究了受端混联系统逆变侧并联模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)侧交流故障时的电流不平衡、过压过流机理,以及电网换相换流器(line commutated converter, LCC)侧交流故障时的功率返送机理。然后,基于故障特性提出了一种简单的协调控制策略,即通过在MMC从站配置基于有功不平衡量的电压补偿来实现并联站间电流平衡,通过设计合适的LCC定电流整定控制来解决严重过压问题。最后基于白鹤滩—江苏多端直流输电工程实际参数的电磁暂态仿真结果,验证了对故障机理分析的正确性和所提控制策略的有效性。协调控制策略不仅能有效解决MMC功率和电流不平衡问题、减小过压过流和避免功率返送,还能改善系统恢复性能,提升系统安全稳定性。     

昆柳龙多端直流稳定控制策略设计及系统构建

±800 kV昆柳龙多端直流工程共由昆北、柳州、龙门三座换流站组成,昆北站为LCC型直流送端换流站,柳州、龙门站为MMC-VSC型直流换流站,通常作为受端运行。昆柳龙直流工程中采用的8000 MW大容量输电设计,工程投产后对送受端电网的稳定特性影响显著。同时,三端直流故障后灵活的极间、站间功率转带功能也将增加稳定控制策略的复杂性。梳理了多端直流线路故障再启动、在线退站以及稳定控制措施的动作时序,分析了直流故障及恢复期间不平衡功率下系统稳定性的变化,提出了各端换流站在不同交直流故障下的稳定控制措施。最后,以南方电网年方式数据为基础,设置了不同类型故障算例进行仿真分析,提出并验证了昆柳龙多端直流稳定控制策略正确性和有效性,为多端直流稳定控制系统构建提供了技术依据和设计参考。     

并联型多端混合高压直流线路故障区域判别方法

对于并联型多端混合高压直流输电系统,直流线路故障区域的判别对于最小限度地隔离故障从而提高直流系统的可用度具有重要意义。为此,针对并联型多端混合高压直流输电系统中换流站并联接入这一特有结构,分析了其对故障暂态行波的影响。研究表明,并联接入的换流器对中低频段的故障行波有大幅削减。因此,利用小波变换对暂态电流进行分析,提出了基于T区两侧暂态电流能量差的故障方向判别原理,进而利用各换流站故障方向信息确定故障区域。最后,建立了四端混合高压直流输电系统的PSCAD/EMTDC仿真模型,验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于真双极接线的VSC-MTDC系统功率转代策略

随着国内柔性直流输电技术的快速发展,基于真双极接线的多端柔性输电技术将被越来越多地应用到实际工程中。不同于单极线路或换流器退出运行时,伪双极系统下会出现的线路过载和切机切负荷现象,对于运行方式更为灵活的真双极系统,由于非故障极可转代故障极的部分功率,使得电网可靠性和整体输电能力的提升成为可能。提出了一种适用于真双极多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统的功率转代策略:基于真双极系统正负极电网可独立控制功率的特点,当直流系统在非正常运行状况下出现非对称拓扑时,在确保各元件不越限的前提下使非故障极电网转代故障极电网部分功率,以提高VSC-MTDC系统的总传输容量。同时,基于张北±500 k V柔性直流输电示范工程,搭建了真双极四端柔性直流输电PSCAD/EMTDC仿真系统,对所提策略进行了有效性验证。     

风电接入真双极MMC-MTDC系统直流故障穿越协调控制策略

由于柔性直流输电系统通常采用架空线进行直流输电,其故障发生率较高。当系统发生单极短路接地故障后,通过真双极接线方式可将故障极不平衡功率转带给非故障极。根据换流站的功率裕度将不平衡功率分为自消纳和协同消纳情况,针对自消纳情况,通过送端双极换流站间的功率转带即可实现故障穿越;针对协同消纳情况,设计换流站及耗能电阻间的协调控制策略,考虑到耗能电阻投入时长有限,采用后续风机切机的方式减少直流系统内不平衡功率。最后,通过PSCAD验证了所提控制策略的有效性。仿真结果表明,该策略能有效避免故障范围的扩大,确保系统的安全运行。     

具有限流功能的模块化直流潮流控制器及其控制

针对多端直流输电系统线路潮流控制自由度不足的问题,提出一种模块化直流潮流控制器,其采用模块化结构,便于多线间拓展,具备直流故障限流能力。首先,介绍了模块化直流潮流控制器的拓扑结构,建立了其等效电路模型,阐述了潮流控制和故障限流原理。然后,分析了模块化直流潮流控制器在潮流控制模式下的桥臂功率转移特性,研究了基于交流环流的桥臂功率平衡机理。在此基础上,提出了模块化直流潮流控制器的潮流分配控制和功率平衡控制方法,并详细说明了其在故障限流模式下的控制策略。最后,在PLECS仿真软件中搭建三端直流输电系统,验证了模块化直流潮流控制器在潮流分配、潮流反转、功率阶跃、故障限流等工况下的有效性。     

昆柳龙特高压三端混合直流输电线路边界频率特性研究

为研究电网换相换流器和模块化多电平换流器并联型特高压三端混合直流线路行波边界保护,有必要研究电网换相换流器和模块化多电平换流器并联型特高压三端混合直流线路边界频率特性。特高压三端混合直流输电线路边界不对称,分析了昆北侧边界、柳北侧边界、昆柳段线路末端边界、柳龙段线路首端边界、龙门侧边界的拓扑结构。建立特高压多端混合直流输电线路边界频域模型,分析线路边界的频率特性,研究高频和中低频暂态信号在输电线路边界作用下的衰减特性。研究结果表明：昆北、柳北、龙门侧边界,对高频暂态信号呈高阻特性,有较强的衰减作用;昆柳段线路末端边界和柳龙段线路首端边界,对中低频暂态信号具有一定衰减作用,对高频暂态信号衰减较弱。     

基于时域卷积功率差的多端混合高压直流线路快速纵联保护方法

针对现有直流线路差动保护速动性不足、双端数据需要严格同步的问题,以三端混合高压直流输电系统为对象,在S域上对不同故障情况下的功率特性进行数学解析,发现利用S域功率差特征可以有效识别区内外故障,并实现故障区域的准确定位;在此基础上,构造了一种时域故障特征量——卷积功率,实现对S域功率特征的有效提取;进而提出了一种基于时域卷积功率差的多端混合高压直流线路快速纵联保护方法。基于PSCAD/EMTDC的仿真验证表明,该方案能在4 ms/10 kHz的时间窗内正确识别区内故障和故障区域,并具有故障选极的特性,无需双端数据严格同步,且具有较高的可靠性、灵敏性及抗干扰能力。     

风电接入真双极MMC-MTDC系统直流故障穿越协调控制策略

由于柔性直流输电系统通常采用架空线进行直流输电,其故障发生率较高。当系统发生单极短路接地故障后,通过真双极接线方式可将故障极不平衡功率转带给非故障极。根据换流站的功率裕度将不平衡功率分为自消纳和协同消纳情况,针对自消纳情况,通过送端双极换流站间的功率转带即可实现故障穿越;针对协同消纳情况,设计换流站及耗能电阻间的协调控制策略,考虑到耗能电阻投入时长有限,采用后续风机切机的方式减少直流系统内不平衡功率。最后,通过PSCAD验证了所提控制策略的有效性。仿真结果表明,该策略能有效避免故障范围的扩大,确保系统的安全运行。