VSC-HVDC系统控制体系框架

控制系统是VSC-HVDC系统的核心之一.目前虽已有许多研究者在该领域做了大量的工作,但多数成果集中在VSC-HVDC控制器的设计和控制方法的研究上,对整个VSC-HVDC系统控制体系框架的研究并不多见.本文在介绍VSC-HVDC系统结构的基础上,阐述了VSC-HVDC控制系统的基本功能,指出采用多重化配置和分层控制结构设计的必要性,具体提出建立四层结构的VSC-HVDC系统控制体系框架的观点,即直流系统控制层、换流器控制层、阀组控制层和独立控制层.文章在讲述各层配置原则的基础上,详细阐述了每个控制层次的控制功能和范围以及各层次之间的相互关系,并进一步介绍了控制系统和保护功能的协调配合问题,为VSC-HVDC控制系统的开发奠定了基础.     

向无源网络供电的VSC-HVDC系统仿真研究

通过分析dq0坐标系下电压源换流器(VSC)模型,获知基于VSC的高压直流输电系统(VSC-HVDC)中有功和无功功率可以分别由d轴电流分量和q轴电流分量独立控制的结论,并基于此设计了定直流电压、定交流电压控制器.在建立VSC-HVDC向无源网络输电的Matlab仿真模型的基础上,对定直流电压、定无功功率、定交流电压等控制方式进行了仿真分析.仿真结果表明,建立的VSC-HVDC系统能较好地向无源网络供电,且控制方式灵活、简便,在传输有功功率的同时VSC还可以吞吐无功功率.     

直流断路器的研发现状及展望

可靠有效的电力供应以及开发利用可再生资源对于改进电力传输模式提出了巨大的挑战。基于低损耗、远距离、大功率输电以及更有效地连接可再生能源入网和便于灵活操作的优点,高压直流输电(HVDC) 得到了新的重视。特别是电压源换流器(VSC)技术的出现使得多端高压直流(MTHVDC)电网的筹建发展成为可能并越来越具吸引力。目前,多端高压直流电网技术上的主要挑战,如网络结构的拓扑设计、大容量电缆、保护和开断短路电流的直流断路器等成为热门话题。对于多端高压直流电网,具有快速开断直流故障电流和隔离故障功能的直流断路器是必不可少和至关重要的。只有应用高压直流断路器,才有可能采用多端高压直流实现多个节点连接的可再生能源入网或退网、及时快速分离故障并可保证系统的安全可靠运行。 虽然目前市场已有高压直流断路器,且有一些已在超高电压系统运行,但它们直接开断短路故障电流的开断能力较低,且都是作为转换开关将故障电流从一个电路转换到另一电路,最后由交流断路器完成开断,其开断时间较长,系统欠稳定。故具有高开断能力的高压直流断路器仍然是MTHVDC的发展的一个瓶颈,限制着MTHVDC的发展。因此,一场研发高压直流断路器的激烈竞争在ABB、西门子和阿尔斯通等国际电力设备制造商之间正在悄然进行。本文着重介绍了高压直流断路器的发展及其研发的必要性和迫切性,介绍了目前高压直流断路器的最新发展状况、现存的挑战和未来展望。     

基于模糊神经网络的VSC-HVDC系统控制器的研究

对同步旋转坐标系下的VSC-HVDC系统的控制策略进行研究,针对传统的PI控制在大扰动下难以精确控制的缺陷,设计了一种新的控制方案及控制器。采用双环控制,其中内环电流控制器采用PI控制,而外环控制器采用模糊控制与人工神经网络相结合的控制策略,并采用遗传算法优化模糊神经网络的连接权值和隶属度函数。整流侧有功功率跌落、三相短路等情况下的仿真结果表明,此种控制方法在大扰动下的动态稳定性明显优于传统PI控制。     

混合级联特高压直流输电系统旁通对过负荷保护优化

为解决混合级联特高压直流输电系统中存在的旁通对过负荷保护误动问题,本文分析研究故障后的电流回路和保护误动机理,提出采用换流器高、低压侧实测电流的保护判据.针对站间通信中断下执行极闭锁时逆变站旁通对过负荷保护动作的情况,提出逆变站电网换相换流器(LCC)合旁通开关(BPS)的策略,并研究相应的保护定值整定方法.实时数字仿...     

基于电压源型换流器的三端直流输电系统控制仿真研究

VSC-HVDC技术是指采用全控型功率半导体器件的电压源换流器的直流输电技术,致力于研究基于VSC换流器的高压直流输电以及三端直流输电系统的运行与控制问题.建立了VSC换流器静态模型并设计了PI控制器,分析了适用于VSC-MTDC的电压下降和主从式控制两种运行模式的特点,并由此设计了一种与有源网络以及无源网络相连的并联...     

基于多代理技术的VSC-MTDC控制系统

基于电压源型换流器(VSC)的多端直流输电(VSC-MTDC)系统在分布式发电、可再生能源发电、中/低压输配电、电力市场等方面具有广阔的应用前景.文中分析了VSC-MTDc系统的特点及其控制方法的研究现状.为满足VSC-MTDC控制系统快速、有效的要求,利用多代理系统(MAS)的基本特性和功能,设计了一种基于MAS的VSC-MTDC控制系统,并提出了基于MAS的VSC-MTDC系统协调控制策略,详细分析了底层Agent控制的实现方式.对一个典型的四端VSC-MTDC系统进行了仿真.仿真结果表明MAS能够有效地对各VSC进行协调控制,保证VSC-MTDC系统运行高效、稳定.     

VSC-HVDC主电路拓扑及其调制策略分析与比较

立足电压源换流器（VSC）-高压直流（HVDC）输电工程实际,旨在解决选用何种VSC拓扑方能使VSC-HVDC输电达到最佳性能,即找出相对最优的VSC拓扑及其调制策略。结合相应衡量指标,首先比较研究了两电平VSC采用不同调制策略时的特性,此比较研究较好平衡了两电平VSC谐波特性与开关频率这一对矛盾体;接着,对此比较研究中得出的相对最优拓扑与两电平12脉动、三电平二极管钳位及模块化多电平VSC间的特性进行分析;最后,得出结论:基于特定次谐波消除脉宽调制的两电平VSC与模块化多电平VSC为切实可行的2种换流器     

利用电流固有频率的VSC-HVDC直流输电线路故障定位

电压源换流器型直流输电（voltage source converter HVDC,VSC．HVDC）线路故障暂态过程中具有相对于交流线路更强的固有频率信号。由于VSC．HVDC直流输电线路两侧并联大电容,在高频的固有频率下系统阻抗可等效为电容阻抗,其值很小,行波在系统侧近似为全反射,因此,VSC,HVDC直流输电线路的固有频率只与故障距离和波速度有关。据此,提出通过对单端电流运用Prony算法进行频谱分析,获取其固有频率进而实现直流输电电路故障定位的方法。仿真结果表明该方法可实现VSC—HVDC直流输电线路的快速、准确定位。     

直流断路器结合暂态行波的HVDC输电线路故障保护算法

针对传统交流系统保护难以适用于目前的多端高压直流输电线路问题,提出直流断路器结合暂态行波的多端高压直流输电线路直流故障保护算法.首先,通过小波变化提取故障时刻高频暂态电压分量,并基于区内、区外故障小波能量值的故障识别方法,提出设计含混合式直流断路器多次重合闸判定方法的直流故障保护算法.最后,在MATLAB/Simuli...     

基于时域电压比的高压直流输电线路暂态保护方案

针对传统行波保护在高压直流输电线路中耐受过渡电阻能力不足、T区两侧故障线路定位依赖边界元件等问题,以最具代表性的多端混合高压直流系统为例,从数学层面上分别明晰了高压直流输电线路区内外故障和T区故障下的行波特征,进而构造了不同采样周期下的时域暂态电压比判据,以削弱T区和过渡电阻的影响,实现区内外故障识别;利用时域电压比判据,提出了基于单端量保护配合的高压直流输电线路暂态保护方案,实现了高压直流输电线路故障的快速判别以及T区两侧故障线路的准确定位;最后,利用实际工程的电磁暂态仿真模型对所提方法进行详细验证,结果表明,所提保护方案可行且具有较高的灵敏性和可靠性。     

多端直流线路保护研究

多端直流具有直流互联、多电源供电和多落点受电等优势,成为直流输电技术的发展方向。控制保护技术作为制约多端直流发展的重要因素受到广泛关注。基于多端直流系统常用的并联接线形式,对双端直流线路保护原理在多端直流线路保护的适用性进行了分析。并根据多端直流线路的拓扑结构特点,利用故障行波波头到达各站的时间差异,能反映出故障点的位置信息,提出一种线路保护的故障支路判别方法。该判别方法,无需线路连接点的各支路电流,有助于故障快速隔离和系统恢复运行。     

直流线路故障时抑制交流过电压的延时移相策略研究

特高压直流输电系统中,当发生直流线路故障时,根据运行工况的不同,整流侧需要进行移相重启或移相闭锁。巴西美丽山双回直流送端同为欣古换流站,在美丽山二期直流移相重启或移相闭锁时欣古换流站交流电压迅速升高,可能引起美丽山一期直流受端及附近多回直流同时发生换相失败。为解决美丽山二期直流线路故障时整流侧移相重启或移相闭锁导致的交流过电压问题,提出直流线路故障延时移相策略,即在发生直流线路故障时延迟一段时间再进行移相重启或移相闭锁,移相前借助直流电流控制器来抑制直流故障电流。试验结果表明,采用延时移相策略后,欣古换流站过电压问题可以得到抑制,有助于降低美丽山一期直流系统发生换相失败的概率。该策略在巴西美丽山二期直流工程中应用后,现场发生直流线路故障后的动作结果与仿真结果一致,可在其他有类似过电压抑制需求的直流工程中进行推广应用。     

HVDC线路故障定位形态学方法研究

描述了一种快速行波波头检测算法一数学形态学在HVDC线路保护和故障测距中的成功应用。通过对故障暂态电压行波的多分辨形态学梯度(MMG)处理,提出了线路故障的辨识测距算法,同时运用形态学的滤波效应,成功滤除了几种典型噪声。解决怎样在混进噪音的暂态行波信号中有效、可靠的辨识故障行波波头并测距。经过MATLAB大量仿真证实:形态学应用于HVDC线路故障测距,不仅能准确有效的进行故障定位,而且对噪音也具有较好的鲁棒性。     

舟山多端柔性直流工程系统方案

舟山多端柔性直流工程是目前世界上在建的端数最多、容量最大的柔性直流工程.工程新建5座换流站,总容量达1 000 MW,电压等级为±200 kV,各换流站间采用电缆连接.舟山多端柔性直流工程的成套设计、关键设备制造等均由国内相关单位完成,工程建成后将进一步改善舟山群岛的电网结构,提高电网供电可靠性.提出舟山柔性直流工程的系统方案,包括换流站主接线、运行方式、主回路参数与功率运行圆图、控制保护策略等,对于指导我国后续建设的大容量柔性直流工程具有重要的参考价值.     

考虑故障阀臂封锁条件下的VSC-HVDC换流器故障诊断算法

针对两电平柔性直流输电(VSC-HVDC)系统换流器内部常见的IGBT阀器件短路失效、桥臂直通、交流侧单相接地、交流侧两相短路、直流单极接地这5类贯穿故障,研究了换流器故障保护与诊断的协调配合方案,分析了保护闭锁条件下系统直流电压及交流电流的变化规律,据此提出了利用闭锁时刻的直流电压及闭锁后2个周期的三相交流电流作为特征信号进行换流器故障分类与定位的诊断方法,并确定了用于区分故障类型的电压、电流诊断阈值。对换流器严重贯穿故障进行仿真,利用PSCAD/EMTDC模型对所提出的诊断方法进行了验证,结果表明该方法不仅能可靠识别故障类型,还能准确定位故障位置,可用于故障阀臂闭锁条件下VSC-HVDC换流器的故障诊断。     

基于并联电容参数识别的VSC-HVDC输电线路纵联保护

电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)输电线路两端并联有大电容,在故障发生瞬间,大电容迅速向故障点放电,对高频故障分量系统侧可等效为并联大电容。根据VSC-HVDC这种特有的系统结构,提出了一种基于并联电容参数识别的VSC-HVDC输电线路纵联保护新原理。该保护原理采用时域算法,通过识别VSC-HVDC输电线路两侧的电容值来区分区内、区外故障。当直流输电线路发生区内故障时,能同时准确识别出线路两端的电容值;当直流输电线路发生区外故障时,不能同时准确识别出线路两端电容值。根据此特征,构造纵联保护判据。理论分析和仿真结果表明,该原理不受过渡电阻、故障类型、故障位置、控制方式和线路类型的影响,在各种工况下均能快速可靠地区分区内、区外故障,而且该方法计算简单,易于实现,具有一定的实用价值。     

适用于电压源换流器型高压直流输电的模块化多电平换流器最新研究进展

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)为多电平换流器家族中的一员,其技术特点非常适用于电压源换流器型高压直流(voltage source converter high voltage direct current,VSC-HVDC)输电领域。为了分析MMC的最新研究进展,首先介绍了MMC的拓扑电路及其工作原理,分析了其技术特点和应用领域,比较了其相对于传统2电平和3电平VSC拓扑的优势所在。然后分别从MMC的数学模型、调制策略、子模块电容均压、预充电、内部环流、控制方面、换流阀试验以及其在VSC-HVDC系统中的工程应用等方面,回顾了MMC目前在国内外的最新研究进展和工程应用现状,并指出了MMC自身的缺点和今后亟待研究的关键问题。已有的研究表明,MMC在电力系统中有着广阔的应用前景,是未来高压直流输电技术的一个重要发展方向。     

高压直流线路区内外故障判别新方法

采用理论推导与仿真分析相结合的方法对高压直流线路区内和区外故障的电压以及电压变化率的暂态特性进行了研究,发现区内外故障的电压变化率最大值出现时刻存在明显差异。利用该特性区分高压直流线路区内外故障。基于PSCAD/EMTDC的仿真测试结果表明,所提方法能可靠识别直流线路区内外故障,且耐受较高的过渡电阻,所需采样频率较低、时间窗短,可基于现有软硬件平台实现。     

含多线路直流潮流控制器的多端直流环网非瞬时断路故障特征及控制保护策略

随着多端直流输电(multi-terminal HVDC,MTDC)技术的快速发展,直流网络换流站间的互联度进一步提升,已逐步形成环网(meshed MTDC,M2TDC)拓扑.环网中某条线路发生断路故障,必然引起网络控制自由度(degree of freedom,DF)减小,针对含多线路直流潮流控制器(current...