一种具有故障隔离能力的MMC-HVDC换流站子模块拓扑研究

针对典型半桥型模块化多电平换流器(MMC)无法阻断直流短路故障电流的固有缺陷,提出一种串联型双电容箝位型子模块,并结合传统半桥型子模块,设计成混联型桥臂拓扑,采用更低额定工作电压的IGBT,实现子模块基本功能的同时,增加了故障电流隔离能力。与全桥子模块结构和箝位双子模块结构相比,所提出的子模块拓扑方案进一步降低了器件成本。详细描述了该方案故障电流阻断机理,并通过电磁暂态仿真模型验证了基于该子模块拓扑的换流站方案的可行性。     

基于动模仿真的混合级联直流输电系统控制策略

本文主要讨论混合直流输电系统中,整流侧采用常规换相换流器（LCC）,逆变侧高阀采用常规LCC、低阀采用3个电压源换流器（VSC）并联的拓扑结构,此拓扑结构兼具LCC与VSC的优点。本文分析了混合直流输电系统中启停极、低阀组投退、VSC单阀投入、VSC交流电压故障的控制策略,给出了动模仿真系统的参数设计方法,最后通过仿真试验证明了控制策略的有效性。     

混合直流输电系统直流故障处理策略比较分析

基于电网换相换流器(line commutated converter,LCC)以及模块化多电平换流器(modular multilevel converter,M M C))的混合型高压直流输电技术是实现远距离大容量输电的有效技术手段。为了快速清除直流短路故障,主要有2种实现方法:一是逆变侧换流器采用具有直流故障自清除能力的子模块,如全桥型子模块及箝位双子模块;二是在逆变侧直流出口加装大功率二极管以切断故障后的电流流通通路。该文通过研究不同直流故障处理策略的物理机理及控制流程,对其可行性及适用性进行深入研究。通过在PSCAD/EMTDC中搭建典型模型,考察直流故障下的系统响应特性,对不同处理策略下的系统暂态特性进行综合比较。最后,对基于全桥型子模块的不闭锁穿越式直流故障处理策略进行了仿真验证,仿真结果表明此种策略不适用于真双极直流系统,无法实现直流短路故障的有效清除。     

MMC-LCC混合直流输电系统分段下垂控制策略

由模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)和电网换相换流器(line commutated converter,LCC)构成的混合直流输电系统中,LCC换相失败严重影响系统的安全稳定运行。文中首先分析MMC-LCC混合直流输电系统换相失败时的电流特性以及交直流电压特性。其次,考虑调制比对半桥型MMC的影响,采用MMC电压改善控制策略拓展电压调制比的可行域。然后,提出MMC电压分段控制策略,根据交流电压跌落程度的不同,分别设计直流电压参考值的调节方法,优化混合直流输电系统电压控制逻辑,实现MMC电压在正常运行与故障情况下的有效切换。最后,在MATLAB/Simulink中搭建MMC-LCC混合直流输电系统模型,对交流电压不同跌落程度进行仿真,结果表明所提控制策略能在实现故障穿越的同时提高直流电压控制精度,增强系统稳定性。     

基于MMC的多端直流输电系统阻抗频率特性研究

文章研究了基于模块化多电平换流器的多端直流输电(modular multilevel converter-multi-terminal direct current,M M C-M TDC)系统在交流系统背景谐波作用下的频率响应特性。首先,分析了基于M M C的多端直流输电系统的阻抗频率特性,说明交流背景谐波引起直流网络谐振的原因。其次,分析了平波电抗器的电感值大小与基于M M C的多端直流输电系统的谐振频率之间的关系,可作为合理选择平波电抗器的依据,以避免直流网络在交流谐波互补频率处发生谐振。最后,通过在PSCAD中搭建基于MMC的4端直流输电系统仿真模型,验证了理论分析结果以及直流网络谐振频率和平波电感之间的关系。仿真结果验证了理论分析的正确性,并表明可以通过调节平波电感值来改变直流网络的谐振频率,以避免交流系统背景谐波引起直流网络的谐振。     

柔性直流输电工程启停流程探讨

对国内首例柔性直流工程——上海柔性直流输电示范工程的启停流程进行了分析和探讨。首先,介绍了柔性直流输电的系统接入方案、运行方式以及柔性直流换流站的电气主接线。其次,对柔性直流输电系统的典型启停流程进行了总结,对其中的注意事项进行了分析。最后,提出了对柔性直流输电系统的启停顺序的改进建议。     

一种新型的高压直流输电技术——MMC-HVDC

介绍了模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)的基本结构,工作原理和技术特点,比较了MMC-HVDC相对于电压源换流器型高压直流输电(VSC-HVDC)的优势;对MMC-HVDC目前在国内外的研究进展和工程应用情况进行了回顾,分析了MMC-HVDC技术的不足之处和未来发展中可能的重点方向,包括主电路拓扑的相关问题研究、系统设计、故障保护、接地、谐波和损耗等,指出目前研究所采用的MMC-HVDC分析模型精度较低;因自身拓扑限制,目前成熟的VSC-HVDC控制方法无法直接用于MMC-HVDC; MMC-HVDC拥有较强的故障保护能力,当前研究着重于故障仿真分析,亟待探讨适合工程应用的保护策略;由于直流侧无需安装高压电容器组,MMC-HVDC接地实现困难;由于MMC-HVDC子模块数较多,采用较低的开关频率可得到较好的输出电压波形,使得系统损耗大幅降低;最后探讨了适合我国国情的MMC-HVDC工程实践.     

基于混合旁路MMC-HVDC直流故障隔离技术研究

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在直流电网中具有较大的应用潜力。当前各类MMC拓扑中,半桥型MMC具有最佳经济效益,但缺乏直流故障清除能力。针对柔性直流架空线路频发的瞬时性直流故障,本文提出了一种模块化多电平混合旁路直流故障隔离方案。当直流侧发生故障时,导通旁路晶闸管,利用避雷器去除桥臂剩余电流并用快速机械开关迅速隔离直流线路。混合旁路故障隔离方案能够快速隔离换流站与直流线路,并可以在隔离后迅速起动换流器做STATCOM运行。通过在PSCAD/EMTDC建立双端柔性直流输电仿真模型。     

基于无差拍电流控制的MMC-HVDC系统控制策略研究

随着电平数的增加,基于dq0旋转坐标系MMC-HVDC的控制器运算量会非常大。为了提高运算速度,根据MMC换流器的等效电路设计了基于三相静止坐标系下的MMC-HVDC系统控制器。该控制器将无差拍电流控制与最近电平调制算法相结合,并对电流参考值的采样选取方法进行了改进,提高了控制器精度。该控制器不仅动态响应快,精度高,实现了解耦控制,而且减少了坐标转换与PI调节环节,降低了控制系统的运算量。通过在PSCAD/EMTDC下建立MMC-HVDC的仿真模型,仿真结果验证了控制器的有效性。     

基于PXI的MMC-HVDC系统快速控制原型设计

相比传统高压直流输电,模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)的一次系统与二次系统都更为复杂,并且控制器的特性一定程度上决定了MMC-HVDC系统的性能。使用快速控制原型技术可以加快MMC-HVDC系统的控制器开发。基于面向仪器系统的PCI扩展(PXI)开发了MMC-HVDC系统的快速控制原型。首先,在PXI环境中设计了MMC-HVDC系统的控制策略,开发调试了控制程序,配置了输入/输出板卡及端口,实现了快速控制原型。其次,建立了基于实时数字仿真器(RTDS)的MMC-HVDC一次系统模型。最后,建立了RTDS-PXI混合实时仿真系统。混合实时仿真实验结果表明,所设计的快速控制原型可以进行MMC-HVDC系统启动、子模块电容电压均衡、母线电压和有功功率调节等控制,具有优良的稳态与暂态性能。     

直流侧故障下MMC-HVDC输电线路过电压计算

针对基于模块化多电平换流器的高压直流（modular multi-level converter-high voltage direct current,MMC-HVDC）输电系统,为了快速而有效地计算其直流侧单极接地故障下直流线路最大过电压,详细地分析了几种相应的等效计算模型.首先,基于能量守恒定律,得到模块化多电平换流器（modular multi-level converter,MMC）的等效模型I.在该模型中,MMC被拆分为直流侧等效电路和交流侧等效电路,其中前者由2个受控电流源和1个理想电容组成.其次,考虑到单极接地故障下MMC子模块电容电压几乎不变的特性,并且直流电缆可以使用π等效电路模型替代,就能得到MMC的等效模型Ⅱ.最后,基于时域仿真软件PSCAD/EMTDC搭建了400 MW/±200 kV数字仿真模型,验证了2种等效模型的有效性.     

大连跨海柔性直流输电科技示范工程综述

详细介绍了目前世界范围内容量最大的柔性直流输电工程——大连跨海柔性直流输电科技示范工程的建设背景、系统接入设计方案及功率输送范围等,并对换流站的系统结构以及柔性直流换流站特有设备的原理进行了阐述.该工程由电压等级±320 kV换流阀及35 km直流海底电缆组成,最高输送容量达1 000 MW,主要用于大连城市地区供电.该工程的建成将增强该地区电力输送能力,提高电网可靠性.     

可控电压源型柔性直流输电换流器拓扑综述

为分析不同可控电压源型柔性直流输电换流器拓扑结构的技术特点,围绕模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）,建立了基于几种可控电压源型换流器拓扑的柔性直流输电系统电磁暂态模型,结合PSCAD／EM’I＇DC的数字仿真结果,验证了所提出的换流器拓扑结构及其输电方案的可行性。     

双极MMC-HVDC系统直流故障特性研究

直流故障是模块化多电平换流器高压直流输电(MMC-HVDC)的主要故障类型,目前国内外对于MMC-HVDC直流侧故障的研究主要集中于伪双极系统,而对于真双极系统直流侧故障的研究还处于起步阶段。首先,介绍真双极MMC的拓扑结构和工作原理,并根据实际交直流系统电气参数、桥臂子模块电容及电抗的放电机制,建立真、伪双极两种拓扑MMC-HVDC系统直流故障状态下的对应等效电路。然后,对比分析两种拓扑不同阶段故障电流在MMC桥臂上的流通路径,重点研究了故障短路电流对换流站桥臂阀组影响程度的差异,并指出三种电气参数与故障短路电流变化之间的内在关系。最后,基于RT-LAB仿真平台,搭建51电平双极MMCHVDC双端直流输电模型,仿真结果证明了直流故障特性研究方法的正确性。     

柔性直流输电系统拓扑结构研究综述

柔性直流输电系统的拓扑结构是其关键技术之一,对整个工程的性能和成本影响巨大。首先介绍了国内外柔性直流输电工程的发展情况,并分析了各种电压源换流器、模块化多电平换流器的技术原理。然后着重阐述了柔性直流输电系统主接线拓扑结构的最新研究情况,并对其应用范围、优缺点等做了归纳和分析。在此基础上提出将柔性直流输电仿真技术等作为下一步研究工作的重点,为今后的柔性直流输电工程拓扑方案的研究提供了一定的理论借鉴。     

适用于常规直流改造的混合直流输电系统主电路拓扑研究

分析比较了适用于混合直流输电系统的2种主接线方式的优缺点,针对常规直流改造为混合直流的特点,指出了适用于常规直流改造为混合直流的主接线方式。针对柔性直流架空线路故障隔离困难的问题,分析对比了4种可行的处理方法,指出了每种方法的优缺点及适用场合,并指出了适用于常规直流改造为混合直流的架空线故障处理方法。结合上述架空线故障处理方法,分析总结了工程中可行的4种适用于常规直流改造为混合直流的拓扑结构,并提出了2种非对称子模块混合型混合直流输电拓扑结构。从技术性和经济性两方面对这6种拓扑结构进行了对比分析,并指出了每种拓扑结构的适用场合。     

基于MMC的柔性直流输电换流阀型式试验方案

为了保证柔性直流输电工程的可靠运行,在投入运行之前必须通过一系列试验来考察换流阀的安全可靠性,这就需要制定一套科学全面的型式试验方案来验证考核换流阀设计的正确性.针对模块化多电平换流阀(modular multilevelconverrter,MMC)的结构和工作原理,参考相关标准,以南澳多端柔性直流输电工程为例,研究提出了详细的MMC的型式试验方案,该方案能够较全面地验证基于MMC拓扑结构的换流阀及其相关电路设计的正确性.     

串联混合型直流输电系统的小信号模型及其稳定性研究

针对高压端采用电网换相换流器(linecommutated converter,LCC)、低压端采用模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)串联构成的串联混合型直流输电系统,该文建立了其状态空间及小信号模型。推导LCC与MMC在交、直流侧的数学模型,换流站间及换流站与交直流系统间的接口模型,建立包含LCC、考虑详细内部动态特性的MMC、直流输电线路、交流系统的串联混合型直流输电系统状态空间模型及对应的小信号模型,并与电磁暂态仿真模型的动态响应特性进行对比,验证所提建模方法的准确性。研究了受端交流系统强度对串联混合型直流输电系统小信号稳定性的影响,结果表明高压端LCC和低压端MMC之间的耦合作用在一定程度上降低了弱交流系统下串联混合系统的稳定裕度。     

模块化多电平换流器子模块级联数量优化设计方法

针对模块化多电平换流器(MMC)直流电压等级可能会与交流侧电网电压等级不匹配的问题,提出了一种桥臂级联子模块数量的优化设计方法.通过该方法,可以在换流器直流侧电压和交流侧电压不匹配时直接将换流器接入较低电压等级的交流电网,减少桥臂所需的子模块级联数目,同时避免使用交流变压器,以降低换流站成本和占地.通过设计实例说明了所述方法所带来的优势,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了采用所提出优化设计方法时的MMC在调制方法和电压平衡控制策略上的可行性.     

适用于MMC多端高压直流系统的精确电压裕度控制

当多端高压直流输电系统用于远距离输电时,直流线路的电压降落以及线路功率损耗会对电压裕度控制的精度带来较大影响,使直流电压不能稳定控制于一点,为此提出一种适用于多端柔性直流输电系统的精确电压裕度控制方法。推导了多端柔性直流输电系统的dq坐标数学模型,基于直流系统潮流计算的思想,充分考虑线路压降和损耗对控制参考值的影响,对电压裕度的取值进行计算,并在控制器中实现裕度修正。在PSCAD/EMTDC环境中建立了基于模块化多电平换流器的三端直流系统仿真模型,仿真结果验证了所提出的控制方法的正确性和有效性,该方法能够有效避免因电压裕度取值不当造成的控制特性偏移,并在系统受到较大功率扰动时可以有效、迅速地转换控制方式,提升系统稳定性。