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。     

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。     

含风电的混合直流输电并网系统暂态特性分析

为了提高直流输电并网系统的暂态稳定运行特性,文中基于送端采用双馈风电机组(DFIG),建立LCC-二极管-MMC混合直流输电并网系统,研究该系统的并网暂态运行特性,其整流侧采用电网换相换流器(line commutated converter,LCC),逆变侧采用模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)。为解决MMC无法清除直流故障的问题,在逆变侧的直流出口处加装大功率二极管以阻断故障电流通路。在MATLAB/Simulink平台搭建LCC-二极管-MMC风电并网仿真模型,通过设置直流及并网点接地故障,仿真分析LCC及MMC的各种优越性。研究结果表明:该系统不存在逆变侧换相失败的问题且发生直流故障时系统中大功率二极管能够阻断故障电流通路,在故障期间逆变侧直流电压也无突增现象且有功功率波动极小,从而增强了系统的暂态稳定特性。     

永磁直驱式风机采用混合直流并网的控制策略

提出一种永磁直驱式风机经混合直流系统并网的拓扑,直流系统整流侧采用模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC),逆变侧采用电网换相换流器(line commutated converter,LCC)。该系统结合了MMC和LCC各自的优点,既可以为风电场无源系统提供电压支撑,又可以降低投资成本和运行损耗。MMC可以通过子模块投切瞬间改变直流侧级联子模块输出的总电压。基于此项特性,提出整流侧MMC控制直流电流的方法,将MMC的控制维度从交流侧拓展至直流侧。仿真结果表明,在逆变侧主网发生远区故障时,整流侧MMC可以抑制直流电流增长,降低换相失败发生的机会;在逆变侧发生换相失败后,可以帮助系统平稳地恢复直流功率,实现故障穿越功能。     

混合级联型多落点直流输电系统交流系统故障协调控制策略

混合级联型多落点直流输电系统整流侧为换相换流器（LCC）,逆变侧为LCC和模块化多电平换流器（MMC）组串联的拓扑结构,可以有效抑制换相失败,具备大容量功率传输的优势。建立了单极混合级联型多落点直流输电系统,针对系统中LCC送受端交流故障引发的直流功率降低、逆变侧换相失败以及受端低端MMC子系统产生的功率反向问题进行了研究,提出了一种提升系统稳定性的协调控制策略。该策略通过改变逆变侧直流电压来维持交流系统故障后功率传输的稳定性,可防止受端MMC功率反送。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提协调控制策略的有效性。     

受端多落点级联型混合直流输电系统协调控制策略

针对受端多落点级联型混合直流输电系统发生交直流故障时,电流分配不平衡导致的功率反送、系统稳定性降低等问题开展研究,并提出改善系统稳定性的协调控制策略.该策略在发生故障时根据线路传输功率、逆变侧电网换相型换流器(LCC)输出功率以及采用定直流电压控制的模块化多电平换流器(MMC)稳态输出功率,对MMC的有功功率指令值进行调控,避免采用定直流电压控制的MMC由逆变改为整流,防止受端交流侧功率大范围转移现象的发生.同时在故障清除后仍可缓解系统恢复过程波动较大的问题,使系统能够快速平稳地恢复至额定运行状态.基于PSCAD/EMTDC建立仿真模型,仿真结果验证了所提协调控制策略可有效减小电压和功率的波动,系统在交、直流典型故障下均能实现平稳过渡,提升了受端系统的稳定性.     

基于虚拟阻抗的多落点混合级联直流系统故障电流抑制方法

多落点混合级联直流系统存在特有的模块化多电平换流器(MMC)功率盈余问题。当受端交流系统发生短路故障时,MMC过流、过压将引起MMC阀组闭锁,进一步可能导致系统功率中断。多落点混合级联直流系统整流侧采用电网换相型换流器(LCC)、逆变侧采用LCC与多台MMC级联。针对该系统提出一种适用于受端交流系统故障的故障电流限制方法,在逆变侧MMC控制中引入虚拟阻抗降低故障电流,无需额外添加设备。对虚拟阻抗的控制引入、计算以及投入实现过程进行了详细阐述,并在PSCAD/EMTDC中搭建模型进行仿真分析。结果表明,所设计的虚拟阻抗控制器可以实现故障电流的有效抑制,并防止功率倒送,从而实现混合级联直流系统的交流故障成功穿越和功率可靠传输。     

LCC-MMC型三端混合直流输电系统控制策略研究

整流侧采用电网换相型换流器(line commutated converter,LCC),逆变侧采用模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的混合型直流输电系统,结合LCC和MMC的优点,尤其适用于特高压直流输电应用场合。为了确保正常状态和故障状态下的稳定运行,文中针对混合型直流输电系统的控制策略进行研究。文中首先针对一个LCC整流站,两个MMC逆变站构成的三端混合直流系统,介绍了数学模型和整个直流系统的基本控制策略。然后针对基本控制策略下,逆变站中串联MMC存在的电压不均问题、整流侧交流系统故障时整流侧功率中断问题和逆变侧交流系统故障时的直流过电压问题,研究了用于改善系统响应特性的附加控制策略。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了对应的三端混合直流系统。通过比较采用附加控制策略前后混合直流系统的响应特性,验证了附加控制策略的有效性。     

交流不对称故障下的LCC-MMC混合直流系统输送功率提升策略研究

将常规两端直流输电系统逆变站的电网换相换流器(LCC) 替换为模块化多电平换流器(MMC)所构成的混合直流输电系统,可结合两种换流器的优点而具有广阔的应用前景。在研究其基本稳态控制特性的基础上,重点分析了交流电网不对称故障引起的直流输送功率下降及中断问题。通过分析混合直流系统的交流故障特征,发现交流不对称故障发生在整流侧时易引起直流电压下降甚至输送功率的中断,发生在逆变侧时易引起直流系统电压异常。鉴于此,提出了基于MMC典型控制的附加直流电压控制策略,在其调制范围内通过降低故障时逆变侧的参考直流电压以提高直流系统的输送能力。若检测到本站直流电压的交流分量大小超过限定值,则附加控制策略自动投入,无需依靠换流站间的通信。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了所提控制策略的可行性。     

一种适用于LCC-LCC+FBMMC串联混合型直流输电系统的启动策略

文章中的串联混合型直流输电系统的整流侧采用电网换相换流器(line commutated converter,LCC),逆变侧采用LCC与全桥型模块化多电平换流器(full bridge submodule based modular multilevel converter,FBMMC)。首先,建立了该混合型直流输电系统的数学模型,为了保证系统的安全稳定启动,设计了相应的协同控制策略,并提出了一种适用于整流侧采用LCC与逆变侧采用LCC与FBMMC(line commutated converter-full bridge submodule based modular multilevel converter,LCC-LCC+FBM M C)的串联混合型直流输电系统的3阶段启动策略:第1阶段,先将整流和逆变侧的LCC闭锁,逆变侧的FBMMC带限流电阻进行不控充电以建立部分直流电压;第2阶段,将限流电阻旁路,并解锁逆变侧FBMMC,在定直流电压控制器作用下使FBMMC直流电压充电至额定值;第3阶段,解锁两侧的LCC,在整流侧定直流电流和逆变侧定直流电压控制器作用下,系统直流电流和直流电压逐渐上升至额定值,至此启动过程完成。最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下建立LCC-LCC+FBMMC串联型混合直流输电系统的仿真模型,验证了所设计的混合直流输电系统启动策略的有效性。     

基于VSG技术的VSC-HVDC输电系统受端换流器控制策略

针对传统换流器控制策略下柔性直流（voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC）输电系统难以有效参与交流系统频率的动态调节以及交直流系统间功率传输不平衡等问题,在对虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG）运行机制特性进行研究的基础上,提出了一种基于VSG技术的VSC-HVDC输电系统受端换流器控制策略。首先,基于VSC-HVDC输电系统拓扑模型,分析了换流站虚拟同步化的可行性;其次,将具有有功模糊PI下垂控制的VSG技术引入到高压直流输电系统,通过调整下垂系数,使柔性直流输电系统逆变器在稳态运行及暂态故障下可以保障系统有功功率平衡传输,使其具有协调控制交流系统频率和直流系统电压的能力;最后,在Matlab/Simulink中构建了一个三端系统用于仿真验证。结果表明：VSC-HVDC输电系统在采用VSG控制策略后,可以改善交流电网的惯性水平,使频率变化得到衰减,其调压控制功能也能在稳态和暂态下提供较好的功率支撑作用,有效提高了交直流系统的稳定性和可靠性。     

模块化多电平变流器HVDC输电系统控制策略

建立模块化多电平变流器（modular multilevel converters,MMCl的电磁暂态数学模型以及采用MMC为变流器的高压直流输电系统（high voltage direct current,HVDC）直流侧电压的动态数学模型。在此基础上,分析HVDC系统的直流侧电压动态特性,给出HVDC控制器参数协调设计原则和算法。最后,基于PscAD／EMTDc的数字仿真结果证明了所提出的HVDC控制系统参数协调设计原则和算法的正确性。     

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。     

Control and protection sequence for recovery and reconfiguration of an offshore integrated MMC multi-terminal HVDC system under DC faults

A comprehensive process of the control and protection against a DC fault in a voltage source converter (VSC) based high-voltage direct current (HVDC) system typically includes fault detection, fault isolation and system recovery. Regarding an offshore wind farm (OWF) integrated modular multilevel converter (MMC) based multi-terminal HVDC (MTDC) system with two control paradigms, i.e. master-slave control and droop control under DC faults, this paper presents the fault isolation, including the isolation of the faulted line section, with detailed control and protection sequence, which would be useful for practical engineering. The control and protection sequence at the system recovery/reconfiguration phase is comprehensively investigated, which includes: (1) when to start the recovery/reconfiguration control; (2) the sequence between deblocking the MMCs and reclosing the AC circuit breakers (AC CBs); and (3) the recovery sequence of each HVDC terminal. Based on the analysis of the system characteristics, a preferred recovery/reconfiguration scheme is proposed. Simulation results on the real-time digital simulator (RTDS) validate the proposed scheme and demonstrate the advantages through comparison with a different recovery sequence. The impact of transient and permanent DC faults on the system recovery/reconfiguration control is discussed. In addition, the recovery/reconfiguration control of the MTDC in radial and meshed topologies is compared and demonstrated. Based on the analytical and simulation studies, a general guideline on the recovery/reconfiguration control of MMC MTDC systems is proposed.     

级联型混合直流输电系统的自适应下垂控制策略研究

本文研究了受端级联型混合直流输电系统的控制特性,分析了受端柔性直流在下垂控制模式下对级联型混合直流控制特性的影响,明确了混合级联直流的总体UI特性曲线。相比于主从控制,采用下垂控制的MMC具有同时控制直流电压和直流功率的能力,不会出现功率反送现象。但在下垂控制作用下,MMC无法实现直流电压的准确控制。因此,本文提出一种受端级联型混合直流输电系统的自适应下垂控制策略,该策略可根据系统直流电流的变化,实时调节下垂特性,避免MMC的直流电压随直流电流的变化而产生波动。最后,基于PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了所提控制策略的有效性,该策略可实时自适应调节下垂特性,实现直流电压的准确控制,提高了混合直流输电系统的稳定性。     

风电经混合型MMC-HVDC并网的交直流故障穿越策略

为实现内陆大规模风电的可靠并网,采用高压直流输电技术和架空线路进行远距离电能传输是有效的解决方案。由于架空线易发生线路故障,采用具有故障自清除能力的换流器拓扑是主要解决途径之一。采用混合型模块化多电平换流器来进行风电并网,设计了不依赖于换流站间通信的并网系统交直流故障无闭锁穿越策略。系统无闭锁故障穿越期间并网点交流电压可控,风机可维持正常运行。考虑到故障期间风机持续并网输出功率,设计了耗散电阻和与风机内部斩波电阻相配合的策略,以耗散多余的能量。最后,通过PSCAD/EMTDC的多组仿真,验证了并网系统无闭锁穿越交直流故障及快速恢复的有效性。     

交流电网强度对模块化多电平换流器HVDC运行特性的影响

模块化多电平电压源换流器高压直流输电(modular multilevel converter high voltage direct current,MMC-HVDC)技术是一种新型的电压源换流器直流输电技术。计及交流系统与换流站交换功率的数学关系,应用图解法分析了交流电网强度对MMC-HVDC系统稳态特性的影响,同时分析了接入强、弱交流电网的直流系统在不同控制方式下设定值改变时的暂态特性。结果表明功率圆的大小及其相对位置可以直观地反映交流电网的强弱,以及控制方式对MMC-HVDC系统运行特性的影响。最后PSCAD电磁暂态仿真验证了上述结论的正确性。     

基于桥臂电压控制的MMC直流短路主动限流方法

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电系统直流短路后电流上升迅速且伴随大量的能量释放,为限制其故障电流,提出一种基于桥臂电压控制的MMC主动限流方法。根据故障电流影响因素分析,针对不同交流出口特性需求,设计了故障期间桥臂电压控制方法,通过减小桥臂电压直流分量降低直流出口电压,从而抑制故障电流上升率;考虑主动限流策略对交流电压及桥臂电流的影响,以MMC不闭锁为约束条件,设计了控制参数的选取原则,最后在四端直流电网中对该主动限流方法的限流效果及其对故障切除后功率恢复的影响进行了仿真分析。结果表明,所提主动限流方法能够有效限制短路电流,降低直流断路器的电流开断难度,且对故障切除后的功率恢复影响较小。