海上风电–柔直并网系统自同步电压源控制与电网故障穿越

采用柔性直流输电技术送出是大规模海上风电的发展趋势。由于电流控制型的海上风电–柔直并网系统隔离了风电场的惯量,电压源控制方式成为应对新能源主导电力系统稳定运行的一种有效途径。现有海上风电–柔直并网系统的电压源控制研究多集中于控制实现与稳态特性方面,而针对该系统故障控制方面的研究十分匮乏。该文提出一种具备故障穿越能力的海上风电–柔直并网系统自同步电压源控制策略。在受端换流器中,通过子模块能量与同步发电机转子的类比及直流侧的解耦控制,兼顾了对直流母线电压的灵活控制和对电网频率的无锁相环自同步,并改善了通过直流母线电压向送端换流器传递电网频率时的抗扰性能。送端换流器从直流电压中提取电网频率并镜像到其交流侧,辅助海上风电场实现对电网的惯量响应。进一步地,设计受端换流器的电网故障穿越策略,在实现对输出电流限幅的同时,确保了受端换流器的功角稳定。最后,在PSCAD/EMTDC软件中通过仿真验证所提控制方法的有效性。     

南澳多端柔性直流输电示范工程仿真和测试

南澳多端柔性直流输电示范工程（简称南澳柔直工程）是世界上第一个VSC-MTDC工程。对该工程柔直换流器满载运行时谐波和损耗水平进行测试,结果表明柔直换流器产生谐波电流小,对交流电网电压畸变率基本无影响,换流器损耗在额定功率的1%左右。对换流器的有功和无功阶跃、风电场通过纯直流系统并网、系统功率反转和三端功率升降进行了仿真研究,结果表明南澳柔直工程构成了灵活可控的三端直流输电网络,能将南澳岛风电场的风电接入电网并保持自身和相关电网稳定运行。     

异步分区后柔直控制方式对深圳电网第三道防线的影响研究*

为应对电网结构日趋复杂背景下短路电流超标问题,广东电网考虑采用背靠背柔性直流(Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)实现东西部异步联网方案。为充分保证异步联网后电力系统运行调控的安全性与可靠性,研究柔直控制方式对系统严重故障稳定性及第三道防线的影响。首先研究了柔直换流器的工作原理,然后分析了VSC-HVDC系统在机电暂态BPA中的控制方式,最后以深圳电网为仿真算例进行实证分析,对比分析得到不同柔直控制方式对电网稳定性的影响。     

连接风电系统的柔性直流电网MMC在线投入分析与验证

针对大规模海上风电的送出,组成柔性直流电网,能够极大地提高系统的可靠性,有效避免大规模停机,弃风问题。基于模块化多电平换流器的柔性直流输电（MMC-HVDC）系统组成柔性直流电网后,处于有源运行的换流器的投退不影响柔直电网的稳定运行,进而保证了海上风电的可靠送出。在线投入过程中,换流器和直流电网之间会产生一定的冲击电流,冲击电流的大小和投入策略有较大关系。提出了改进型换流器机电暂态模型,分析了换流器投入冲击电流的影响因素,研究和比较了转控制模式同步并入策略和先并入后转控制模式策略这2种换流器在线投入策略。最后,采用RTDS建立了±500 kV双极四端柔性直流输电系统模型,对2种投入策略进行了仿真和对比,结果表明,策略1具有控制简单可靠、受极母线开关特性影响小、冲击较小等特点,适用于海上风电经柔直电网送出工程应用。     

柔直电网多换流站有功功率协调控制策略研究

不同于以往的多端柔性直流工程,柔性直流电网工程送端采用交流耗能装置来解决功率盈余问题。针对柔直电网换流器故障退出导致直流电网正负极有功功率失衡的问题,提出直流电网各端换流站正负极换流器自适应有功功率控制策略。基于RTDS搭建柔直电网系统实时仿真平台,分别模拟功率送端、功率受端和调压端单换流器故障及双换流器故障。对所提出的多换流站有功功率协调控制策略进行了仿真验证,试验结果表明提出的多换流站有功功率协调控制策略正确可靠。     

具有频率实时镜像和自主电网同步能力的风场–柔直系统控制方法

大型海上风电采用柔性直流(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)并网是未来的发展趋势。VSC-HVDC采用基于锁相环(phase-locked loop,PLL)同步并网的电流矢量控制方式,体现为无惯量的电流源。对此,该文提出一种新型柔直换流站惯性同步控制方法,在受端换流站利用直流母线电容固有动态特性实现无锁相环自主电网同步控制,使得VSC-HVDC的直流母线电压与大电网频率具有实时联动特性,通过送端换流站的频率镜像控制可将电网频率实时镜像到风场侧,便于风场进行惯量响应。在该控制方式下,VSC-HVDC受端站体现为具有风场与直流系统惯量的同步机,大幅提高风电场对电网的适应性和支撑作用。基于PSCAD/EMTDC仿真软件建立大型海上风电场经柔直并网的仿真分析系统,对新型控制方法下风电场柔直并网系统的惯量响应和并弱网稳定性进行分析,验证所提控制方法的有效性。     

柔性直流输电换流阀型式实验平台谐波注入方法

柔性直流输电系统已广泛应用于我国电力系统,其核心设备柔直换流阀的可靠性直接影响电网的安全稳定运行.随着国内外柔直系统谐波振荡等现象的出现,换流阀在型式实验阶段除了满足IEC标准规定的实验项目外,还需要考核换流阀的谐波耐受能力.基于柔直换流阀对拖实验平台,提出了谐波电流注入控制方法,建立了阀段实验系统电流控制回路等效模型...     

张北柔直电网直流分压器二次电压测量异常引起误闭锁机理分析及改进措施

针对张北柔直电网试验示范工程某±500 kV换流站系统调试期间发现直流电压测量异常导致换流器误闭锁事件,通过对站内直流分压器结构及设计原理进行分析,研究了换流器误闭锁机理.发现直流分压器物理结构存在一定设计缺陷,直流分压器二次分压板二次测量电缆1路断线情况下,引起另外2路测量电压异常升高,达到柔直电网直流控制保护系统过电压保护定值,换流器误闭锁.针对存在的问题,分别从硬件和软件2个方面提出了改进措施并加以验证,有效地解决了直流分压器二次故障引起电压测量异常以致闭锁换流器的问题,为柔直电网中直流分压器的设计和选型提供了参考.     

高频振荡抑制策略对柔性直流输电系统动态性能影响的综合评估

近年来,柔性直流输电系统的高频振荡问题受到越来越多关注,相关学者已提出多种高频振荡抑制策略。然而,高频振荡抑制策略对柔性直流输电系统动态性能的影响尚未明确。文中从系统的次/超同步稳定性、动态响应特性和故障穿越特性3个方面,综合评估高频振荡抑制策略对柔性直流输电系统动态性能的影响。分别建立不同高频振荡抑制策略下模块化多电平换流器(modular multilevel convertor,MMC)的详细宽频阻抗模型,利用阻抗法分析高频振荡抑制策略对柔直系统次/超同步振荡风险的影响;构建输入–输出和扰动–输出传递函数,通过理论和仿真分析高频振荡抑制策略对柔直系统动态响应特性的影响;建立计及MMC电流内环和电容电压动态的柔直换流站故障暂态下交流电流峰值的理论分析模型,通过理论和仿真分析高频振荡抑制策略对柔直系统故障暂态特性的影响。最后,讨论高频振荡抑制策略参数交互对单一参数分析结论的影响。研究结论可为柔直工程高频振荡抑制策略的设计提供参考。     

半桥-全桥混合型柔性直流输电系统实时仿真技术研究

基于实时仿真技术的高压/特高压直流输电控制保护系统半实物仿真测试,是一种重要的技术研究与工程设计手段,其核心是柔性直流换流器的实时仿真模型。研究了大容量高电压模块化多电平换流器的实时仿真建模技术;尤其针对一种适用于特高压直流输电系统的半桥-全桥混合型柔直换流器,提出并实现了开关信号等效的建模方法,仿真结果表明该方法具有很高的精度,且不需要额外仿真机设备。搭建了一个三端特高压直流输电仿真系统,并结合真实的柔直控制保护设备进行了一系列半实物仿真测试。测试结果表明,本文提出的仿真系统能够满足半桥-全桥混合型模块化多电平换流器的控制保护系统半实物仿真测试需要,初步验证了特高压多端直流输电系统的控制保护策略。     

柔性直流输电工程用电容参数研究

柔性直流输电工程用电容器是柔直工程的关键组成部分,为柔直系统提供直流电压支撑,决定了直流侧的电压波动范围。本文介绍了模块化多电平换流器中子模块电容和两电平换流器中直流侧电容的电容参数设计方法及影响因素,对比分析发现两者电容值的选取存在等效关系。     

柔性电磁环网控制保护系统研究与设计

对贵州电网存在大量500/220 kV电磁环网运行无法在短期内实施解环的特性,实现开环运行容易降低供电可靠性,合环运行面临潮流控制困难、短路电流超标这一矛盾问题。而系统运行主要是以提高局部电网运行可靠性为目的这一背景。提出了采用柔性直流输电系统安装于电磁环网低压侧通道实现合环运行的方案。利用柔直的不向系统注入短路电流、有功无功可实现独立解耦控制等众多优势。研究了这种方案下柔直的控制保护系统系统方案的基本策略,包括柔性直流输电系统的基本保护策略,基于贵州电网环网的整体控制保护不同控层级的设计原则及设计方案。最后以贵州六枝、普定变的220 kV的电压层级安装柔性直流背靠背装置为仿真研究对象,仿真结果表明:该设计方案可以有效的保护柔直在电磁环网应用场景下的的安全稳定运行。     

南澳多端柔性直流输电示范工程系统集成设计方案

南澳多端柔性直流输电示范工程（简称南澳柔直工程）是世界上第一个VSC-MTDC工程。首先介绍了模块化多电平换流器的拓扑结构,然后介绍了南澳柔直工程的系统集成设计方案。南澳柔直工程换流站采用单换流器双极接线方式,以交直流并联、纯直流或STATCOM方式运行。该工程本期为采用树枝式并联接线的三端直流输电系统,远期将建成四端柔性直流输电系统。还介绍了南澳柔直工程主设备参数、保护配置和系统三端启动过程。     

多端柔性直流输电系统

<正>柔性直流输电是指基于电压源型换流器(VSC)的直流输电技术。多端柔性直流输电系统是由3个或3个以上柔性换流站及相互之间输电线路组成的输电系统。其运行灵活,可靠性高,经济性好,并可提高电能质量,改善系统稳定性,可应用于分布式发电接入、新能源发电接入、孤岛供电、城市供电等领域。张北柔性直流电网示范工程首次建设±500 kV四端柔性直流环形电网,预计2020年全面投运。工程建设张北、康保2个送端,丰宁调节端和北京受端共4座柔直换流站,为世界首个     

海上风电柔直并网系统主动能量控制与交流耗能装置协同策略

针对目前海上风电柔直并网系统采用直流耗能装置存在的工程经济性差、能量浪费等问题,该文提出一种能够协同交流耗能装置运行的主动能量控制策略。首先,通过计算柔直系统能量裕度,定量地验证基于主动能量控制的盈余功率解决方案的可行性。随后,提出柔直换流器交直流电流对偶控制技术,构建换流器的电容能量控制器。进一步考虑交流耗能装置的运行特性,提出换流器能量–交流电压控制器。在此基础上,设计可充分利用柔直系统能量裕度的主动能量控制与交流耗能装置协同控制方法。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建典型海上风电柔直并网系统的仿真模型,对不同故障类型的交流故障进行仿真,验证所提主动能量控制与交流耗能装置协同策略的有效性。     

海上风电接入柔直系统交流侧故障特征及对保护的影响分析

柔性直流输电是解决大规模海上风电远距离外送问题的首选方案。然而,柔直送端交流系统发生故障时,线路两侧短路电流均由电力电子换流器提供,系统的故障特征发生了根本性变化,直接导致传统保护性能的下降、甚至不正确动作,影响系统的安全运行。因此,针对永磁风电场经柔直外送的拓扑,分析了柔直送端交流侧故障的特征,并结合交流侧故障穿越控制目标提出了换流器短路电流解析表达方法。理论分析表明,当风电场弱出力时,仅由柔直换流器提供短路电流,且短路电流呈现出幅值受限特性、甚至低于额定电流;当风电场正常出力时,柔直换流器与风电场均提供短路电流,且二者控制目标不同,两侧同相别短路电流必然存在相角差。基于故障特征的研究,对现场常用的保护原理进行了性能分析,获知了线路距离保护、差动保护均会存在性能下降的问题。在PSCAD/EMTDC中建立了风电柔直送出系统的精细化模型,验证了理论分析的正确性,为现场保护配置以及保护新原理的研究提供了理论基础。     

适用于混合级联直流输电系统的柔直换流器直流侧控制方法

针对高低阀级联组成的特高压混合直流输电系统,提出一种适用于柔直换流器的直流电压控制方法。在选取单个柔直换流器作为定直流电压控制模式的基础上,其余定功率控制换流器加入分级辅助电压控制,稳态时精准控制直流功率,动态时针对不同电压波动,分级投入电压辅助控制,快速平抑直流过电压、欠电压和长时振荡问题。在此基础上,级联结构中的多柔直换流器直流侧不经平波电抗而直接并联,为避免多换流器间振荡,加入直流阻尼控制方法。最后利用实时数字仿真（RTDS）系统搭建级联直流系统仿真模型,仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于直流断路器的柔性直流电网架空线路故障隔离策略研究

柔性直流输电技术未来将向大规模柔性直流电网发展,从经济性和通用性来看使用架空线路的柔性直流电网最具发展前景,然而架空线路故障率较高,如何实现直流线路故障的快速隔离和系统恢复成为制约柔性直流电网发展的关键因素。针对该问题,文中基于张北柔性直流电网示范工程,以半桥结构的模块化多电平换流器进行了研究,提出了适用于工程应用的直流架空线路故障隔离措施和线路故障恢复策略,并基于RT-LAB实时仿真平台搭建了张北工程四端直流电网系统,对相应的隔离方法及故障恢复策略进行了仿真验证,结果表明,可降低直流线路故障对交流系统的影响,降低直流限流切除对系统稳定性和安全性的影响,为柔直电网工程的实际应用提供了依据。     

多端柔性直流电网的中高频振荡特性分析

大量研究和实发事件表明,柔性直流输电技术的应用会在系统中引入潜在的振荡风险。以往对于柔直振荡的研究往往集中于交流侧,而对于直流电网侧的振荡问题研究较少。该文针对柔直换流器与直流电网之间的振荡问题展开研究,首先通过电磁暂态仿真分析复现出柔直系统中高频振荡现象,其次建立系统直流阻抗网络模型,然后采用对数导数法定量分析系统振荡模式,最后分析了振荡的影响因素,总结了多端柔直电网中高频振荡特性。     

MMC型柔性直流输电系统起动电阻器的选择研究

随着对直流输电灵活控制的要求的增加,大量以模块化多电平换流器(MMC)拓扑结构换流器的柔性直流输电工程投入建设及运行。国家"863"计划项目南方电网南澳多端柔性直流输电工程云南鲁西背靠背柔性直流输电工程,其换流器设备都是采用目前较为先进的MMC拓扑结构。而作为换流器起动前的预充电过程也得到了广泛的研究,而采用充电电阻的不控充电方式得到了大量柔直工程的青睐。本文研究了MMC换流器起动前的预充电过程,采用PSCAD仿真软件,结合某国外柔直项目工程设计参数,搭建了整体的系统模型,根据不控充电的方式搭建了充电电阻的模型,通过仿真结果给出了起动电阻的选择建议,并阐述了通过仿真的手段对柔直项目充电起动电阻器的选择的指导意义。