新型多端直流输电技术研究

随着电力电子器件的发展,电压源换流器VSC(voltage source converter)在多端直流输电系统中得到了应用。针对传统的基于电流源换流器(CSC)的输电技术的缺陷,例如运行中无功需求大,而且一旦交流系统发生干扰,就容易发生换相失败等等,新型的基于电压源换流器弥补了部分传统输电技术上的缺憾,得到了社会及科研工作者的广泛关注。从工作原理,数学模型以及控制方式等方面综述了目前基于VSC的多端直流系统(VSC-MTDC)研究现状,并对其应用领域,以及存在的问题进行展望。     

基于线性二次型最优控制的多端直流最优功率调制方案

随着低惯量的新能源发电和直流输电在电网中的渗透率不断增大,系统的有效惯量水平大幅度降低,因此,基于电压源型换流器（voltage source converter, VSC）的多端直流（multi-terminal direct current, MTDC）系统接入电网后的暂态功角稳定性问题显得尤为突出。为解决MTDC系统接入后构成的交直流混联系统因有效惯量降低、有效阻尼下降而产生的系统功角稳定性问题,提出一种基于线性二次型最优控制的MTDC系统最优功率调制方案。首先,通过在稳定平衡点附近对MTDC模型进行线性化处理,进而得到交直流混联系统的线性化模型。然后,基于所建立的线性化模型,采用基于线性二次型的最优控制理论,以同步发电机间的转速偏差最小为控制目标,得到MTDC系统的最优功率控制器设计方案。最后,基于3机9节点的交直流混联系统进行仿真分析,验证了所提最优控制方案在系统受扰后可有效抑制系统的第一摇摆并且使同步发电机间的功角差快速恢复,提高了交直流混联系统的暂态稳定性。     

LCC-VSC直流互联变压器

多端直流输电和直流电网技术是解决新能源并网的有效技术手段之一,直流变压器是连接不同类型和不同电压等级直流输电系统、构建直流电网的关键设备。该文提出一种适用于连接基于电网换相换流器(line commutated converter,LCC)的高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)系统和基于电压源换流器(voltage source converter,VSC)的高压直流输电系统的直流互联变压器。当LCC-HVDC工作在常态潮流工况下,提出的直流互联变压器与已有的文献相比,交流环流小,效率高。当LCC-HVDC工作在反转潮流工况下,直流互联变压器能够跟踪改变LCC侧电压极性。详细分析直流互联变压器在不同工况下的工作原理、调制方式和控制策略,并搭建基于Matlab/Simulink的仿真模型,验证理论分析的正确性。     

基于VSC与LCC混合的多点传输直流输电系统拓扑结构研究与特性分析

该文提出一种充分利用相换相换流器(line commutation converter,LCC)和电压源换流器(voltage source converter,VSC)特点以及特高压输电线路和直流电缆优点的混合型直流输电系统。在资源丰富地区,采用LCC技术将汇集于当地交流电网的清洁电力转化为特高压直流电力,利用特高压直流架空线路造价经济、可靠、损耗低的特点,将电力输送到用能地区的边缘;采用LCC技术将部分电力转换为交流电力,注入当地电网;剩余电力通过直流电缆或架空线方式分散输送到受能地区的中心负荷区,以VSC方式注入当地交流电网。该文阐述该输电系统的拓扑结构,分析系统的应用场景,提出系统的控制策略。借助仿真手段,重点分析系统在启动、阶跃、LCC换相失败、VSC受端交流系统故障和直流架空线路故障等典型电磁暂态工况下的响应特性。研究表明,在各种暂态工况下,系统运行稳定,动态性能优越。     

适应能源基地多点外送的三端混合直流输电系统组网方案探讨

受直流断路器研制和多端协调困难的限制,电网换相换流器(line commutated converter,LCC)型多端直流系统发展十分缓慢。全控型器件和新型电压源换流器拓扑结构的出现,尤其是模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的推广和应用,为多端直流的发展带来了新的机遇。本文针对能源基地的多落点电力外送问题,对三端直流的各种可行的组网方案进行了分析探讨,比较了它们的优劣。推荐使用结合LCC型和电压源换流器(voltage source converter,VSC)型的混合式多端直流输电方式,该方式既可规避受端换流站的换相失败风险,又可解决LCC型多端直流电流指令难以协调的难题,具有重大经济技术意义。     

适应能源基地多点外送的三端混合直流输电系统组网方案探讨北大核心

受直流断路器研制和多端协调困难的限制,电网换相换流器(line commutated converter,LCC)型多端直流系统发展十分缓慢。全控型器件和新型电压源换流器拓扑结构的出现,尤其是模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的推广和应用,为多端直流的发展带来了新的机遇。本文针对能源基地的多落点电力外送问题,对三端直流的各种可行的组网方案进行了分析探讨,比较了它们的优劣。推荐使用结合LCC型和电压源换流器(voltage source converter,VSC)型的混合式多端直流输电方式,该方式既可规避受端换流站的换相失败风险,又可解决LCC型多端直流电流指令难以协调的难题,具有重大经济技术意义。     

基于LCC-VSC多端混合直流输电系统的启停控制策略及动模试验

为了研究验证基于电网换相换流器-电压源换流器(line commutated converter-voltage source converter,LCCVSC)多端混合直流输电系统的启停控制策略,搭建了完整双极的LCC-VSC三端混合直流输电动模平台,在LCC(整流)-VSC(逆变)、VSC(整流)-LCC(逆变)以及VSC(整流或逆变)接入常规LCC直流输电系统等混合直流输电运行模式下,对系统的启动和停止等关键控制策略以及一端投退对多端混合直流输电网络的影响进行了实验研究,并根据实验结果对混合直流系统的主要控制功能和特点进行了分析。实验结果表明所提出的控制策略能够实现混合直流输电系统的平稳启停和在线投退。     

应用于大型风电基地功率外送的多端直流输电系统协调控制

多端直流输电系统(multi-terminal DC,MTDC)为解决大型风电基地功率外送的瓶颈问题提供了一个最佳解决方案.研究了基于电压源换流器(voltage source converter,VSC)的多端直流输电系统应用于大规模风电功率长距离外送时的协调控制策略.通过构建一个四端系统连接两个大型风电基地及本地电网向远方负荷中心进行功率输送,实现了风电场的功率汇集和外送.仿真验证了该协调控制策略在大扰动情况下,不仅能够提高VSC-MTDC系统潮流重新分配的能力,而且可使风电场对直流网络提供一定功率支撑,增强了电力系统动态稳定性.     

LCC/VSC混联系统多区域间惯性支撑协调控制策略与仿真

渝鄂背靠背柔直系统投运后实现了西南和华中异步联网,并形成了包括西南、华东、华中三峡机群、渝鄂、龙政、林枫等接入多类型直流的交直流混联系统.针对此种典型结构下交/直流故障后系统稳定需求,考虑充分发挥电压源换流器(voltage source converter,VSC)和电流源换流器(line commutation c...     

应用于大型风电基地功率外送的多端直流输电系统协调控制

多端直流输电系统(multi-terminal DC,MTDC)为解决大型风电基地功率外送的瓶颈问题提供了一个最佳解决方案。研究了基于电压源换流器(voltage source converter,VSC)的多端直流输电系统应用于大规模风电功率长距离外送时的协调控制策略。通过构建一个四端系统连接两个大型风电基地及本地电网向远方负荷中心进行功率输送,实现了风电场的功率汇集和外送。仿真验证了该协调控制策略在大扰动情况下,不仅能够提高VSC-MTDC系统潮流重新分配的能力,而且可使风电场对直流网络提供一定功率支撑,增强了电力系统动态稳定性。