±800kV换流变压器不同工况下绕组电流及其谐波分量仿真分析

在高压直流输电系统中,换流变压器作为交流输电系统和直流输电系统的桥梁,其安全运行对直流系统正常运行具有重大的意义。为计算换流变压器在不同工况下的磁场及损耗,在PSCAD/EMTDC环境下搭建了云广直流输电工程仿真模型,改变参数模拟了换流变压器在不同工况下(额定运行和短时过负荷)网侧绕组和阀侧绕组的电流,并对绕组电流的谐波分量进行了分析,基于这些数据可进一步分析换流变压器谐波磁场和损耗。     

向微网供电的级联换流器均压控制策略

直流侧串联交流侧并联的级联换流器拓扑目前是中低压小容量场景下输电系统换流器的较优选择,针对级联换流器直流侧电容均压问题,以级联换流器的数学模型为基础,提出了一种可以向全/高比例新能源微电网供电的具备均压功能的级联换流器控制策略,包括均压定电压/频率控制和均压优化下垂控制,并根据混合势函数理论分析了所提控制策略的大信号稳定性,给出了控制器的参数设计要求。相比传统均压策略,提出的策略不仅能参与系统的频率控制/调节,均压优化下垂策略还能免去模块间的数据通信。仿真结果表明,所提策略能在稳态和各种故障工况下实现均压功能,实现了对全/高比例新能源微网的频率调节,保证系统频率不超出安全阈值。     

直流输电换流器接在弱系统情况下的工况分析(Ⅰ)——交流调谐滤波器参与换相过程的分析

当直流输电的换流器接在弱交流系统运行时,其交流侧的调谐滤波器和无功补偿静电电容器也会提供一部份为数不小的换相电流。但是在换流器运行于强系统情况下这个换相电流分量通常小到可以忽略不计。由于这部份换相电流的作用加速了接于弱系统换流器的换相过程,并使换相角减小。因此在分析和计算它的工况时,如果仍沿用接于强系统的计算方法,而不考虑这部份电流的作用势必引起很大的差错,为了探讨滤波器和静电电容器参与换相过程的作用,在进行原理分析的同时,还利用直流输电动态摸拟系统做了一系列试验。根据分析和试验结果提出了的接于弱系统换流器工况简化计算方法,可用于一般设计计算。     

特高压换流变压器差动保护适用性分析及其改进方法

特高压换流变压器具有特殊的结构和运行方式且与非线性元件换流器相连,导致其与交流变压器特性不同,传统变压器保护原理可能不再适用。文中分析了传统基于二次谐波制动的比率式差动保护在特高压直流输电系统中的适用性;针对传统变压器保护在换流变压器阀侧发生单相接地故障时出现严重延时的问题,利用该工况下差流中的直流分量大、励磁涌流时直流分量小的特点,在传统变压器保护原理的基础上提出一种基于直流分量的特高压换流变压器差动保护改进新方法;通过PSCAD仿真验证了改进新方法的可行性。     

一种基于嵌套式全桥的新型混合MMC拓扑

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)采用子模块级联方式,开关频率低、波形质量高、故障处理能力强,已成为当前柔性高压直流输电研究和应用的热点。基于半-全混合MMC的柔直系统可以有效清除直流侧故障,但全桥子模块在投资成本和稳态损耗上均需做出较大牺牲。为提高MMC的经济性,提出了一种包含嵌套式全桥阀段(Embedded Full-Bridge,EFB)的新型混合MMC拓扑,该阀段利用半桥整体翻转以对外输出负电平,可作为级联式全桥阀段的替代性方案。以一个简单仿真算例说明其工作原理,并在直流故障无闭锁穿越控制策略下的双端柔直系统中仿真验证了其故障清除能力。最后通过计算说明其相比传统半全混合MMC具备经济性优势。     

柔性直流输电多电平换流器拓扑结构分析

随着电力电子器件的进一步发展促进了柔性直流输电的发展,传输容量进一步增加。柔性直流输电在输送距离较远时能够显现出较大的优势,由于这种调节具有快速而准确的特点,从而易于对整个系统的潮流进行有效控制。文章主要分析了应用于柔性直流输电技术的多电平换流器主要拓扑结构及其优缺点。模块化多电平换流器由于具有较强的直流侧故障穿越能力获得了广泛的应用。     

大规模光伏电站经柔性直流并网系统故障穿越策略

大规模光伏经柔性直流并网系统采用直流架空线路是未来新能源并网的趋势之一。然而,架空线直流短路故障发生概率较大,极易导致光伏电站脱网或换流站电力电子器件损坏。本文首先根据柔性直流输电系统、光伏电站特性,建立了相应的数学模型及仿真系统模型;其次,针对大容量光伏经双极模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的高压直流功率传输系统发生直流架空线路单极短路接地故障工况,分析其故障特性;最后,提出综合考虑直流断路器(direct current circuit breaker,DCCB),换流站控制方式,光伏电站功率出力控制的直流故障穿越的协调控制策略。即故障发生时利用非故障极换流站继续进行功率传输,根据换流站额定功率与光伏电站输出功率计算得到不平衡功率,充分利用光伏阵列自身功率输出特性,优化光伏电站内的直流线路电压,实现控制光伏电站输出功率减载;对直流架空线路在瞬时故障情况下的故障穿越问题,提出了光伏电站减载以及换流站功率前馈增量控制,从而维持系统功率平衡,提高系统的并网稳定性;基于PSCAD/EMTDC的建模仿真,通过故障穿越措施前后的系统参数对比,表明所提方法能够有效的维持光伏电站与柔性直流系统运行特性,平稳实现故障穿越。     

直流输电系统换流器数字仿真的一种新方法

本文运用三个结构矩阵[Cn]、[r]、[T]完成了换流器模型的建立。用[Cn]和[r]建立了换流桥的方程;用[T]求得了桥中各阀电压。方程系数矩阵特征根对步长的限制用灵敏度分折得到了圆满的解决。根据推导的数学模型,对直流输电系统编制了程序,并进行了正常工况的计算。本文建立换流桥摸型的方法可用于多桥、多端直流输电系统的各种正常、故障工况的计算。     

双半桥子模块MMC的降频降复杂度运行策略

为了改善模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)中电容电压均衡难度大和换流站运行损耗高的问题，本文针对双半桥子模块(double half bridge submodule, D-HBSM)设计了一种降频降复杂度运行策略。首先介绍了D-HBSM的串联、并联、旁路工作模式，根据桥臂输出电平数目推导了处于三种工作模式的子模块数。接着，基于子模块轮换思想，分别设计了适用于高压与中低压直流系统的D-HBSM工作模式确定方法。此外，对比了不同电压等级直流系统中D-HBSM与HBSM的运行损耗，体现了D-HBSM的降频效果。最后，基于MATLAB/Simulink的仿真结果表明，所提降频降复杂度运行策略的能够有效改善换流器运行特性。与传统HBSM相比，在相同的电容电压一致性的前提下，D-HBSM的子模块电容利用率提高至70%,高压直流系统中开关频率降低50%,计算负担减小75%。     

智能变电站电压无功综合控制

采用变电站电压无功综合控制的专家经验系统，以运行状态辨识及专家经验为知识库．按照“九区状态图”原则来控主变压器分接头开关的档位和补偿电容组开关的状态，以最少的动作次数使主变压器分接头档位和补偿电容组开关状态进入第九区，避免了困系统波动和负荷瞬间变化引起的主变压器分接头档位和无功补偿电容组开关频繁动作和振荡，保证了变压站电压无功综合控制系统的稳定运行，使变电站的输出电压和无功因素两个主要供电指标保持在合格范围内．     

混合型MMC全桥子模块的配置比例优化设计

由半桥子模块(half-bridge submodule,HBSM)和全桥子模块(full-bridge submodule,FBSM)组成的混合型模块化多电平换流器因具备无闭锁直流故障穿越能力,成为了柔性直流输电领域的研究热点。首先,对混合型MMC的拓扑结构进行分析,并介绍无闭锁故障穿越的机理。为降低FBSM的配置比例,减少换流站投资成本,在桥臂电压调制波中注入三倍频电压的条件下,对直流侧短路故障工况、降压运行工况进行了FBSM配置比例优化设计。计算表明,桥臂调制波中未注入三倍频电压时,FBSM配置比例需达到50%,注入三倍频电压后,FBSM配置比例达到43. 3%即可实现系统的稳定运行。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建401电平双端混合型MMC仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性和三倍频电压注入优化策略的有效性。     

级联型混合直流与UPFC的柔性潮流协调控制策略

级联型混合直流输电系统具有能抑制换相失败、传输大容量功率的优势。但当级联型混合直流低端模块化多电平换流器（MMC）采用主从控制时,若系统发生交直流故障或负荷突增,可能会产生电流不平衡问题,导致受端交流侧功率出现大范围反向传输及电压支撑能力下降。为解决该问题并增强受端电网的稳定性,针对级联型混合直流输电系统,提出一种基于统一潮流控制器（UPFC）的柔性潮流协调控制策略。研究了基于柔性交流输电（FACTS）设备统一潮流控制器（UPFC）的级联型混合直流系统柔性潮流控制特性,针对系统故障及大扰动时出现的功率返送及电压稳定性问题,提出基于UPFC的频率支撑策略和基于动态限幅的电压支撑策略。该策略将送端侧故障带来的功率扰动转移到受端交流系统UPFC所在线路,利用UPFC功率补偿能力进行协调,同时基于动态限幅控制策略,采用无功优先控制方式提高换流站无功输出能力。最后,在PSCAD–EMTDC平台搭建了含受端交流系统的级联型混合直流输电系统模型。首先,仿真了LCC直流电流指令值下降过程,结果表明,本文所提基于UPFC的协调控制策略可以有效地减小交流系统频率波动,抑制功率返送现象;其次,仿真了系统负荷...     

新型变电站电压无功微机综合控制装置

根据变电站的运行特点,为实现变电站电压无功的优化控制,采用最先进的无功调节判据,研制了一变电站电压无功微机综合控制装置.该装置能在保证电压合格,无功基本平衡时,使有载调压变压器的分接头开关动作次数和并联补偿电容器的投切次数降至最少,从而大大提高变压器有载分接开关的使用寿命,并使变电站电压合格率达到100%,线损降低20%左右.     

主变压器有载调压和经济运行的探讨

根据负荷的变化,在系统无功充足的前提下,电网中的主变压器采用了有载调压方式,及时调整主变有载分接开关,从而合理地选择了有载调压对应的经济电压.分析了调整变电所母线电压与电网损耗之间的关系,并深入地研究不同的调压等级对变电所各条线路的电压合格及功率损耗的影响.从计算结果可知,各条线路有功损耗及总损耗随着负载率的升高而升高,而损耗最小的经济电压也随之发生变化,因此,电压须以功率损耗最小为依据来进行调整.     

新型变电站电压无功微机综合控制装置

根据变电站的运行特点,为实现变电站电压无功的优化控制,采用最先进的无功调节判据,研制了一变电站电压无功微机综合控制装置,该装置能在保证电压合格,无功基本平衡时,使有载调压变压器的分接头开关动作次数和并联补偿电容器的投切次数降至最少,从而大大提高变压器有载分接分开关的使用寿命,并使变电站电压合格率达到100％,线损降低20％左右。     

变压器直流偏磁对无功功率影响的仿真分析

直流输电线路处于单极大地运行方式时,其接地极向大地注入幅值高达几千安培的直流电流。该直流电流通过由中性点接地变压器和变压器间的交流线路构成的直流通道侵入交流系统,增加变压器无功功率消耗,占用变电站无功补偿设备的容量,影响电网的正常运行。基于PSCAD仿真软件,搭建典型变电站系统在直流偏磁工况下的仿真模型,对不同偏磁电流注入下变压器励磁电流变化和无功功率消耗情况进行定量仿真分析。仿真结果表明:随着注入直流偏磁电流的增加,变压器励磁电流畸变程度愈发严重,其消耗的无功功率急剧增高,对电网的无功平衡和电压调节产生极为不利的影响。该结果对直流偏磁无功功率特性以及直流偏磁工况下短路电压支持能力的研究具有参考价值。     

VSC-HVDC等效谐波阻抗与谐波谐振特性研究

现代电压源型换流器(VSC)能够产生准正弦波形,但对基于PWM的电平数较少的VSC,谐波含量仍然较大,需要配置性能良好的滤波器。从交直流两侧看入,换流器有一个等效谐波阻抗。估算此谐波阻抗对滤波器的设计和谐波谐振分析有着重要作用。基于开关函数的定量分析,利用VSC两侧的谐波的相互作用来计算等效谐波阻抗。同时分析了开关函数各开关分量之间的交叉调制给谐波阻抗计算带来的影响。此外,还进行了基于电压源换流器的高压直流输电的交直流两侧的谐振分析。从VSC直流侧看入的谐波阻抗虽然很大,但由于直流分压电容和直流电缆的寄生电容的影响,仍存在谐振的可能性。在交流侧,谐振可能出现在换流器的输出端口,且可能存在谐波放大现象。     

特高压混合三端直流输电系统定功率MMC交流故障穿越策略

送端采用电网换相换流器(LCC),受端采用模块化多电平换流器(MMC)的特高压混合直流输电系统是直流输电技术重要的发展方向之一。在该系统中,各换流站每极均由高、低两个阀组直流侧串联而成。当其受端MMC发生网侧故障时,现有穿越策略或将引起定有功功率MMC阀间均压环节失效,从而导致子模块电容过压的问题。针对该现象,首先梳理了系统在故障工况下面临的主要问题和矛盾;接着,重点针对阀间均压环节失效的内部机理进行了研究,并提出了一种基于有功功率限幅值的站间协调穿越策略,此外,为使其能够较好地适用于不对称故障,采用了一种零序电压注入的方法,以平衡不对称故障下相单元间的桥臂电流直流分量;最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了相关模型,通过仿真对比,验证了本文策略能够兼顾不同受端站的桥臂过流和子模块过压风险,实现交流故障的可靠穿越,并尽可能地提升了故障期间的功率传输能力。     

风电与多端柔性直流输电系统自适应分频协调控制策略研究

针对风电接入多端柔性直流输电系统,为充分发挥风电参与系统调频能力,解决交直流并网故障引起的直流系统电压和交流电网频率波动问题,本文在现有下垂控制基础上提出了附加自适应分频控制策略。将直流电压偏差信号作为控制器输入信号,通过一阶低通滤波器将输入信号分为高频波动信号和低频波动信号,根据风电和直流输电系统各自调频能力的不同,将高频波动信号附加在风电机组转子侧换流器有功功率控制环,低频波动信号附加在直流有功功率控制外环,同时将电压源换流器（voltage source converter,VSC）实时功率裕度与直流电压变化量引入分频控制,实时调整低通滤波器的时间常数,动态调整功率输出,提高系统稳定性。在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,仿真验证所提控制策略的有效性。     

电力变压器有载分接开关故障及处理对策

有载调压分接开关是在变压器带电运行中,用于变换一次和二次线圈的分接位置,改变其接入有效线圈匝数,运行电压的高低调整的电力器件.有载调压分接开关由选择开关、切换开关和操作机构等组成.本文分析了操作机构部分中常见故障及处理对策分析.