基于MMC的风电场柔性直流输电启动控制策略

简要描述了MMC结构和工作原理。MMC-HVDC在风电场黑启动和风电场并网方面有具有很大的优势,因此,南澳岛风电场改造为了经MMC-HVDC接入电网的方式。提出了风电场柔性直流输电送端换流器直流侧充电方法、风电场黑启动并网方法以及受端和送端控制策略。该方法和控制策略已在南澳多端柔性直流输电示范工程中的成功应用。南澳柔性直流输电示范工程的成功投运验证了MMC-HVDC的优越性和所使用控制方法的正确性。     

基于 MMC 的柔性直流系统控制策略研究

模块化多电平换流器作为柔性直流输电系统的常见换流器拓扑结构,对其进行控制策略研究具有重要意义。首先介绍了MMC的拓扑结构和基本工作原理,推导得到了MMC-HVDC的简化电路模型,设计了dq坐标系下的内环电流控制器及外环控制器;然后研究了MMC-HVDC系统下的有功/无功控制策略,并在PSCAD/EMTDC中搭建了双端MMC-HVDC系统并进行仿真研究,仿真结果表明了该电路模型的正确性及控制策略的有效性。     

柔性直流输电系统损耗计算方法及其实测分析

开展针对基于模块化多电平换流器的高压直流（modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC）输电系统的损耗研究,对高压直流输电系统的设计与优化具有重要意义。提出一种基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统损耗计算的实用方法。首先,根据MMC-HVDC输电系统的拓扑结构和器件参数建立MMC-HVDC输电系统及其各个器件的损耗计算模型,并通过仿真计算精确求解MMC-HVDC输电系统及其器件不同运行工况的损耗系列数据;然后再利用数据拟合的方法得到便于工程应用的损耗计算公式;最后,针对厦门柔性直流输电系统工程,采用本文方法求得损耗计算公式,并与实测结果进行了对比分析。分析表明,利用该损耗拟合公式计算和评估MMC-HVDC输电系统的损耗可满足工程精度要求。     

向无源端网络供电的多端MMC-HVDC控制策略研究

本文以贵州电网柔性直流配电示范工程为对象,研究向无源网络供电的多端MMC-HVDC控制策略。首先分析了无源网络的供电特性以及MMC-HVDC向无源网络供电的可行性,研究了基于混合子模块的MMC数学模型,然后搭建了一个向无源网络供电的四端柔性直流输电系统仿真模型并为其设计了相应的双环控制策略。常规的无源端控制器采用定交流电压和频率控制,介绍了虚拟同步发电机的控制原理,结合项目需求,文中同时还设计了采用虚拟同步发电机控制的无源端控制器。最后,利用PSCAD对搭建的多端柔性直流输电系统模型及其无源端控制器的设计进行了仿真验证,仿真结果表明两种控制策略都能实现向无源网络的灵活供电,但基于虚拟同步发电机控制的无源端控制器能减少负荷波动时的频率波动。     

柔性直流电网串联直流潮流控制器及其控制策略研究

首先给出直流电网的线路直流潮流控制原理,分析直流电压及线路等效电阻对直流潮流的影响。在此基础之上,结合双极柔性直流输电系统,提出一种基于双有源桥(dual active bridge,DAB)拓扑的线路直流潮流控制器。与已有研究相比,所提出的直流潮流控制器无需额外配备外部电源,能够实现直流输电线路功率的双向灵活控制。通过PSCAD/EMTDC软件仿真平台所搭建的包含直流潮流控制器的两端双回路双极柔性直流输电系统,对直流潮流控制的静态、动态响应特性进行仿真分析,并研制实验原理样机,进行相应的动模实验验证。仿真和动模实验结果表明,该直流潮流控制器能够实现直流电网线路直流潮流的有效控制。     

MMC子模块控制器设计与测试

子模块控制器（ sub-module controller , SMC ）的控制保护功能对模块化多电平换流器直流输电（ modular multilevel converter based high voltage direct current ,MMC-HVDC）的运行有着极大的影响。首先,介绍了子模块与SMC硬件架构,开发调试了基于复杂可编程逻辑器件（ complex programmable logic device , CPLD）的SMC控制程序,研究了SMC与其上层控制阀基控制器（ valve based controller , VBC ）之间的协调控制以及子模块保护策略。最后对子模块进行了稳态的空载、带载实验以及MMC-HVDC物理模拟系统的系统实验,实验结果证明了子模块的性能良好,SMC可以与VBC进行有效通讯并可以对子模块进行有效控制保护以及稳态测试平台的有效性。     

MMC-HVDC输电系统直流故障隔离综述

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(MMC-HVDC)是一种新型的灵活输电方式。同交流输电技术相比,MMC-HVDC输电技术具有输送容量大、输电距离远且损耗小等优点。在当前各类MMC拓扑中,半桥型MMC具有所用器件少、运行效率高、经济性好等特点,但缺乏直流故障清除能力。本文简单介绍了半桥型MMC发生故障的原因,对目前MMC-HVDC输电系统直流故障隔离技术的国内外研究现状进行综述,并结合当前研究现状,展望了MMC-HVDC输电系统直流故障保护的新的研究方向。     

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。     

基于MMC柔性直流输电背靠背样机的研制

MMC型背靠背直流输电系统在世界范围内受到广泛的重视.基于南澳±160kV,200MW柔性直流输电示范工程项目,研制了MMC型背靠背大功率柔性直流输电样机.在介绍采用IEGT的MMC阀的拓扑结构的基础上,说明了该试验样机的系统构成,主要系统参数,设备中的变压器,阀电抗器和充电电阻的主要作用.对控制和保护系统的配置情况进行了介绍.对该试验样机进行了仿真分析,研究了在直流侧单极接地故障,直流侧双极短路故障和变压器二次侧故障情况下系统的暂态电压,电流波形,验证了柔性直流输电系统的理论分析和数字仿真的正确性,为相关工程应用奠定了理论基础.     

向无源网络供电的模块化多电平换流器型高压直流输电系统控制器设计

模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统向无源网络供电是MMC-HVDC技术的一个重要应用领域,因此有必要对向无源网络供电的MMC-HVDC系统的控制器进行设计,为此,基于MMC拓扑结构,推导了MMC数学模型,并由此设计了整流侧和无源网络侧的控制器,仿真结果验证了所设计控制器的正确性,且表明MMC-HVDC系统向无源网络供电是一种比较理想的输配电方式。     

MMC-HVDC物理模拟系统的控制器架构设计

相比传统直流输电,模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电的一次系统与二次系统都更为复杂,并且控制系统的特性一定程度上决定了MMC-HVDC系统的性能。为研究物理控制器的设计方法,文中首先设计了MMC-HVDC物理模拟系统的主系统结构与电气参数,然后重点研究了分层的MMC-HVDC控制系统架构,运行人员控制系统(上位机)、极控制和保护系统、阀基控制器、子模块控制保护单元等由高到低构成了完备的控制体系,确立了各控制层之间的通信方式与内容,开发调试了控制系统程序。最后,进行了MMC-HVDC物理模拟系统的系统实验。实验表明控制系统可以有效地实现物理模拟系统的启停、子模块电容电压平衡、基本的故障保护以及直流电压与功率的控制。     

基于RT-LAB的模块化多电平换流器半实物仿真平台设计

纯数字仿真软件不能真实模拟柔性直流输电系统控保装置响应特性,用其检验控制保护装置的总体功能,优化、验证控制保护参数存在一定误差,因此本文建立了一个基于RT-LAB的模块化多电平换流器半实物仿真平台,采用高速协议转换控制机箱实现数据合并以满足通信接口高速率的要求。针对控制保护装置性能,设计了站控和阀控的测试方案,并利用所搭建平台完成了对实际控保装置的相关动态性能测试和功能测试,验证了MMC半实物仿真平台的有效性以及测试方案的合理性,能达到检验控保装置性能的要求。     

风电经架空柔性直流输电线路并网的交直流故障穿越技术

针对永磁同步风电机组远距离大规模并网的问题,研究了采用半桥型模块化多电平换流器(MMC)和直流断路器(DCCB)进行架空直流输电的并网方案。但架空线路故障率高,在发生直流侧故障、网侧交流故障时,基于MMC的高压直流(MMC-HVDC)系统保护装置会动作,导致MMC闭锁,不能不间断运行。为解决MMC-HVDC穿越交、直流故障的问题,基于DCCB和耗散电阻,提出了一种MMC-HVDC系统的交、直流故障穿越方案。在故障发生后,通过设计DCCB风电场侧MMC降压协调控制策略,以及高压直流侧耗散电阻和风电场侧制动电阻间的控制策略和配合方案,实现了MMC-HVDC系统的交、直流故障穿越。最后,通过PSCAD/EMTDC下的多组仿真,验证了上述交直流故障穿越方案的有效性和正确性。仿真结果表明,所设计的穿越方案能够使MMC-HVDC系统在不闭锁MMC的前提下,安全穿越故障期;在故障清除后,系统快速恢复到正常运行状态。     

适用于架空线路的双极混合MMC-HVDC拓扑

为应对柔性直流输电在远距离大容量架空线输电领域应用问题,基于钳位双子模块和双晶闸管子模块拓扑构成的两种模块化多电平换流器,设计了串联双极混合直流输电系统,既提高了输电容量,又能缓解单种拓扑能耗较大或直流故障抑制时间较长问题。重点分析了双极混合拓扑在不同直流故障下等值电路和直流故障穿越机理及其抑制特性。最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建双极混合直流输电模型,对系统稳态运行工况和直流故障穿越特性进行了对比研究。仿真结果表明,双极混合系统既体现出灵活多样的稳态运行特性,又具有直流故障穿越与快速恢复能力,较好地适用于远距离大容量架空线路输电应用领域。     

无联结变压器MMC-MVDC配电网零序电压抑制策略

介绍了基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC）的中压直流配电网采用无联结变压器接入的技术方案,针对单相故障零序电压导致直流波动和非故障站电压畸变,分析了单相接地故障零序电压产生及传导机理,并设计了相应的零序电压抑制控制器（zero sequence voltage suppressing controller, ZSVSC）,抑制直流正负极电压中含有的零序电压,实现了非故障站交流电压对称稳定运行。在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了含ZSVSC的两端基于模块化多电平换流器的中压直流（modular multilevel converters medium voltage direct current ,MMC-MVDC）配电网仿真模型,仿真结果表明所设计控制器在不影响已有正负序控制策略的基础上,有效抑制了零序电压。     

基于辅助电路的MMC-HVDC直流故障处理策略

直流线路故障是基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)系统必须解决的关键问题。文中提出一种基于辅助电路的直流故障处理策略,即双向晶闸管与开关型零损耗限流装置相配合的保护方案。首先分析了直流故障电流自然衰减的直流保护原理及现有方案的缺陷,进而提出采用双向晶闸管代替背靠背晶闸管集中配置在交流侧的方法来简化其控制回路;通过与开关型零损耗限流装置相配合,并对限流电抗器进行合理设计,能够使保护在不增加运行损耗的同时具有快速抑制短路电流的能力,降低清除直流故障时对交流系统长时间的冲击。此外,进一步提出相应的故障检测及恢复策略。最后,基于PSCAD仿真平台验证了所述保护方案的有效性。     

Research on fault diagnosis for MMC-HVDCSystems

Introduction: With the development of flexible HVDC technology, the fault diagnosis of MMC-HVDC becomes a new research direction. Based on the fault diagnosis theory, this paper proposes a robust fault diagnosis method to study the fault diagnosis problem of MMC-HVDC systems. Methods: By optimizing the gain matrix in the fault observer, fault detection with good sensitivity and robustness to disturbance is achieved. In the MMC-HVDC system, because of the inherently uncertain system and the presence of various random disturbances, the study of robust fault diagnosis method is particularly important. Results: Simulation studies during various AC faults have been carried out based on a 61-level MMC-HVDC mathematical model. The results validate the feasibility and effectiveness of the proposed fault diagnosis method. Conclusions: So this fault diagnosis method can be further applied to the actual project, to quickly achieve system fault diagnosis and accurately complete fault identification.     

一种柔性直流输电阀控测试系统设计与实现

设计了一种模块化多电平柔性直流输电阀控测试系统,包括极控模拟装置、换流站主电路信号发生装置、换流阀子模块模拟装置和监控后台等。该测试系统可以在不使用极控系统和换流阀本体的条件下,完成对模块化多电平柔性直流输电阀控系统的基本功能测试,包括子模块电容电压的读取和状态监视、均压控制、阀控对子模块故障处理逻辑、阀控自身故障处理逻辑、系统电压电流的采集等。仅需调整子模块模拟装置的接口数量,即可满足不同容量和电压等级的柔性直流输电阀控系统测试需要。对MVCE 300型柔性直流输电阀控系统进行了实际测试,测试结果表明,该测试系统可以满足柔性直流输电阀控设备厂内调试的需要。