光伏直流汇集关键电力电子设备技术现状分析

光伏直流汇集与交流汇集相比,发电效率高,所需变流器级数少,且输电过程损耗小,输电容量大。但直流汇集的升压技术以及工程应用不及交流汇集成熟。通过分析光伏直流汇集所需的高升压比DC/DC变换器的拓扑结构,高频变压器的容量与工作频率,直流断路器的电压、电流及关断时间,分析了光伏直流汇集的工程应用可行性。     

大型光伏电站直流升压汇集接入系统协同控保体系与方案研究

大型光伏电站直流升压汇集接入系统由多类型换流器与直流电缆构成,其故障特性受换流器控制策略影响,传统保护分区方式与保护方法难以适用。基于直流升压汇集接入系统的拓扑结构及其电力电子器件的可控性,提出了控制保护融合的控保分层分区与协同方案。首先,从系统功能需求角度,研究了大型光伏电站直流升压汇集接入系统控保功能分层原则,从保障系统安全稳定运行角度,研究了其控保分区划分原则,并提出了相关保护配置方案;其次,为了使控保协同配合保障大型光伏电站直流升压汇集接入系统安全可靠运行,研究了控保协同机理及控保协同原则。所提协同控制保护体系与方案不仅为大型光伏电站直流升压汇集系统提供了一体化的故障管控方法,还可为直流配电网、微电网保护方案提供借鉴,具有良好的参考价值。     

基于CDSM-MMC的光伏直流接入系统故障分析

作为模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter,MMC)的一种,钳位双子模块(ClampDouble Sub-module,CDSM)型MMC具有直流故障自清除能力。但基于CDSM-MMC的光伏直流接入系统,在直流故障特性等方面与其他类型MMC构成的直流系统存在较大差异。为此,首先分析了联接变压器不同接地方式下的电容放电回路,阐述了直流故障对交流侧的影响。其次,在CDSM故障闭锁情况下,划分了MMC换流器端单极接地和极间短路时的故障阶段,建立各阶段的等值模型并求解。阐述了DC/DC换流器及光伏电源对极间短路故障回路的影响,并对DC/DC换流器侧的暂态过程进行了分析。最后,在PSCAD/EMTDC中建立基于CDSM-MMC的光伏直流接入系统模型,验证了分析结果的正确性。     

基于控保协同的光伏直流升压汇集系统直流故障判别方法

光伏直流升压汇集系统由于内部直流变压器间特殊的串联形式,正常运行时直流变压器汇集端口电压、电流随光伏单元出力变化而波动,当在系统出力较小且直流侧发生较大过渡电阻故障时,故障特性与正常运行出力波动的暂态过程类似,系统故障特征不明显,保护难以实现故障的准确识别。针对上述问题,设计了基于控保协同的无通信直流故障检测方案。在分析直流变压器谐波产生机理的基础上,通过改变其载波频率产生谐波扰动,并根据谐波流通路径差异实现对系统故障工况的可靠检测。PSCAD仿真结果表明,所提方法仅利用换流器本地量测信息即可实现汇集系统直流故障的可靠识别且不受光伏出力影响。     

光伏直流升压接入系统故障穿越协同控保方法

与传统交流汇集式光伏电站相比,光伏直流升压接入系统在故障穿越时存在直流母线电压严重上升且系统自身控制策略影响交流保护动作性能问题。根据光伏阵列P-V曲线的单峰特性设计了适用于光伏直流升压接入系统的无通信协调控制方案,实现了故障穿越期间直流母线电压的稳定控制;同时提出系统低穿控制与保护协同方案,在系统故障穿越期间通过换流器主动向电网施加短窗长谐波扰动,从而为所提基于谐波量测的距离保护构造出清晰的动作边界。PSCAD仿真结果表明,所提控保协同方法在保证系统可靠进行故障穿越的同时,能准确识别系统故障工况,场站侧保护在所施谐波扰动窗长内快速动作,有效避免并网逆变器因网侧保护先行跳闸失去同步电源而产生的暂态冲击。     

光伏并网系统的谐振抑制策略及无源阻尼选取方法

针对多端口光伏直流升压汇集系统中DC/DC换流器存在的谐振问题,提出了基于无源阻尼的谐振抑制策略.通过对比不同运行工况下的等效阻抗,揭示了DC/DC换流器内部的谐振机理.综合考虑谐振抑制效果和阻尼电阻有功损耗,采用电容支路串联阻尼电阻的方式,通过对比谐振频率点的等效阻抗幅值与相邻正常频率点的阻抗幅值,给出了阻尼电阻的取值范围,有效抑制了换流器阻抗匹配引起的谐振.所提谐振抑制策略在保证换流器有较高传输效率的前提下,有效地提高了光伏并网系统的稳定性.     

交直流混联系统单极接地故障对变压器直流偏磁及电流差动保护的影响分析

交直流混联系统发生单极接地故障时,会导致模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)交流出口电压出现直流偏置,若联接变压器采用Dyn11经电阻接地方式,当变压器接地电阻较小时,直流单极故障后产生的直流电流会流入变压器,导致变压器直流偏磁,出现励磁涌流并可能引起其差动保护误动。该文首先针对交直流混合配电网中YNd11型联接变压器及经不同电阻接地的Dyn11型联接变压器,分析了直流单极故障对其直流偏磁的影响,总结了影响因素。其次,以光伏直流接入系统为例,在PSCAD/EMTDC中建立混联系统模型,并在换流器出口设置单极接地故障,对理论分析的正确性进行了验证。最后,提出变压器出现直流偏磁时的应对措施,并针对单极接地故障与单相接地故障引起的保护误动作进行了分析,给出了识别策略。     

远海风电场直流汇集用DC/DC变换器拓扑研究

远海风电场直流汇集方式可避免交流汇集系统中存在的多级升压、大量电抗接入和系统稳定性差等问题,具有投资设备少、汇集系统简单可靠等技术优势。作为风电场直流汇集系统中的核心设备,高变比DC/DC变换器的拓扑研究尤为重要。首先,研究了风电场并联型直流汇集系统的组网架构、系统控制和汇集系统电压选择等问题;其次,从功率、电压变比和隔离等角度对风电场直流汇集用中、高压DC/DC变换器进行了技术需求分析,为DC/DC变换器拓扑设计提供约束条件;然后,在考虑现有器件水平的基础上,提出了适用于风电场直流汇集的移相多重化三电平和模块化多电平DC/DC变换器的电气拓扑及其控制策略;最后,通过仿真验证了所提中、高压DC/DC变换器电气拓扑的可行性,并表明所提DC/DC变换器的控制满足并联型直流汇集系统的控制要求。     

光伏直流升压场站并网整体协同低电压穿越控制策略

光伏直流升压汇集场站中,光伏列阵经DC/DC升压后汇集,再由DC/AC换流站逆变后接入交流电网。对于多个光伏直流升压场站并网系统,并网DC/AC换流站输出无功电流大小受自身容量与端口电压跌落程度影响,在协调机制不明确情况下,无功整定困难,靠近故障的场站存在脱网风险。为此,在分析各DC/AC换流站无功出力对端口电压影响的基础上,提出了光伏直流升压场站并网系统整体协同低电压穿越控制策略。进入低穿后,DC/AC换流站检测本地端口电压,立即向电网注入无功进行支撑;总控站利用通信获知各换流站的端口电压,进而协调各换流站的无功电流输出额度。同时,在分工况细化协调机制的基础上,对DC/AC换流站无功电流输出进行通用化整定。仿真结果表明,所提控制策略在交流电网发生故障时,能有效协调各DC/AC换流站进行无功补偿,提高系统整体低电压穿越能力。     

光伏电站汇集系统单极接地故障的皮尔逊相关系数识别方法

为避免光伏直流升压汇集系统发生单极接地故障时影响系统的正常运行,提出一种基于皮尔逊相关系数的汇集系统直流侧单极接地故障识别方法.首先阐述汇集系统直流侧经分裂电容接地方式,接着重点分析接地故障时的故障特性,随后阐述皮尔逊相关系数的原理并利用相关系数对单极接地故障进行原理分析,最后提出利用直流电抗器在单极接地故障时故障线路...     

光伏直流升压汇集系统级联变换器虚拟阻抗控制

光伏直流升压汇集系统中,光伏侧变流器常采用独立输入、串联输出结构实现直流升压,并依据串联变流器分压情况进行模式切换,以避免串联变流器模块端电压发生越限,但模式切换会引起光伏直流汇集系统稳定性的变化.针对这一问题,建立了光伏侧级联DC/DC变换器在不同工作模式下的等效阻抗模型,应用阻抗匹配稳定性判据对比分析系统稳定性差异...     

大规模光伏发电接入对直流输电系统的影响研究

直流输电系统是实现高电压、大容量、远距离送电和区域电网互联的一个重要技术手段,对于大规模新能源发电的跨区域消纳具有重要的作用。以大规模光伏发电发电接入西北某电网为对象,建立光伏电站模型,分析光伏电站不同运行方式及电网扰动情况下对直流系统的影响,并提出为保证大规模光伏发电接入后直流系统稳定运行的措施与建议。     

基于阻抗源变换器的光伏直流升压汇集系统

针对大型光伏电站直流升压汇集技术挑战,提出一种计及阻抗网络概念的新型光伏直流升压汇集系统解决方案。该方案以一种阻抗型多模块串联式直流升压变换器为核心,具备多路最大功率点跟踪(MPPT)与高增益升压变流一体化功能,从而无需低压直流母线与专用MPPT装置,结构清晰可靠,便于内部故障隔离与整站动态控制。阻抗网络的引入,一方面具备灵活调压能力,可有效地解决输入光伏阵列间功率不均衡问题,具备良好运行适应性;另一方面具备抵御直通短路故障能力,可以大幅度提升电力电子系统运行可靠性。详述了系统架构、核心直流升压变流器拓扑、工作原理与控制方法。针对光伏阵列输出功率均衡与不均衡两种典型工况,对该系统进行仿真验证。仿真结果表明所述理论分析正确可靠,该系统对于未来直流光伏电站的推广应用具备潜在应用价值。     

AC-(LCC)DC系统的全电磁暂态数值计算方法一：数学模型

为实现大规模交直流混联电网快速、准确的全电磁暂态仿真计算,需要研究、开发新的仿真计算方法。为此,采用状态空间法及Park变换,该文第一部分首先建立了交流-电网换相换流器型高压直流输电(AC-line commutated converter high voltage direct current,AC-(LCC)DC)混联系统的全微分数学模型。在不计变压器非线性特性的情况下,推导了能够反映变压器变比、接线方式以及相移等特性的电磁暂态模型;考虑换流变压器的接线方式,将换流变-换流器-平波电抗器作为一个整体来考虑,建立了电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)输电系统的全微分电磁暂态模型;通过在发电机与出口变压器之间接入一个三相对地电容,简捷地解决了机-网接口问题。通过引入附加状态变量,将上述模型以及锁相控制器中的非线性部分转化为二次型向量,由此,建立了基于二次向量场形式的AC-(LCC)DC系统全微分计算模型,为第二部分的电磁暂态仿真计算提供基础。     

柔性直流配电网接地方式对故障特性的影响分析

采用理论分析和仿真验证相结合的方法研究了柔性直流配电系统接地方式对其故障特性的影响。首先,介绍了柔性直流配电网的系统架构,确定了直流侧电容的接地方式;其次,分析了直流不平衡电压恢复的理论依据;接着讨论了联接变压器的接地方式对换流器交流侧不同位置单相故障的影响;随后分析了联接变压器接地方式对直流侧单极接地故障的影响,并讨论了不同过渡电阻情况下的故障特性。与电压源型直流输电技术(voltage-sourced converter high-voltage direct current,VSC-HVDC)分析故障特性方法不同,为提高配网供电可靠性,在分析直流侧单极接地故障时,考虑了绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)不闭锁的情况。最后讨论了在实际应用中实现IGBT运行在不闭锁状态下的方法。分析结果表明,接地方式对系统的故障过程和故障恢复过程有显著影响。分析方法和结论为柔性直流配网的接地方式选取、保护方案配置提供了参考。     

中低压直流配用电系统接地方式选择研究

随着直流源、荷的日趋增多及电力电子技术的快速发展,直流配用电安全、可靠、高效的技术优势逐渐显现。合理的接地方式是构建安全、可靠、高效的多电压等级直流配用电系统的重要保障。在分析、总结中压交流配电系统、柔性直流输电系统典型接地方式的基础上,提出了不同换流器类型及不同换流器接线形式的中、低压直流配用电系统的典型接地方式,并通过理论分析给出了不同情况下推荐的接地方式。最后,结合示范区实际情况,利用Matlab/Simulink搭建了仿真模型,对示范工程中、低压直流配用电系统的接地方式进行了选择,验证了理论分析的正确性,结果已用于指导示范工程建设。     

多端口分布式光伏接入直流配电系统整体故障穿越协调控制

因新能源渗透率高,多端口光伏分布式接入直流配电系统在并网换流器交流送出线路发生故障时应具备故障穿越的能力.然而,并网换流器与光伏直流变压器的容量、控制方式不同,即使两者在故障穿越期间可以相互高速通信协调,但是由于不同换流设备功率调节响应存在差异,直流母线电压容易发生较大波动,进而导致整个系统脱网.为此,提出了基于光伏端口电压调节的变功率控制方式,对直流配电系统有功功率进行动态补偿,可使直流母线电压快速恢复至额定运行点,解决交流故障导致的直流母线电压大范围波动问题,并给出了调节系数的整定与电压触发阈值的选取方式,从而实现可靠的故障穿越.PSCAD仿真结果表明,与传统控制策略相比,所提方法在不同故障程度、系统在交流故障前运行在不同有功功率的情况下,光伏电站均能有效且快速调节有功功率,避免了直流配电系统中换流器闭锁,保障了并网换流器故障穿越的实现.     

基于模块化多电平高压直流输电系统接地故障特性仿真分析

模块化多电平电压源换流器型高压直流输电采用子模块级联结构,解决了开关器件直接串联所带来的动态均压问题,同时具有输出电压波形品质高、开关频率和损耗低等诸多优点,因此成为极具市场应用价值的输电技术之一。在故障时,工作机理、调制策略和拓扑结构的差异导致系统呈现出与传统直流和电压源换流器型直流输电不同故障特性。分别以交流系统侧、阀侧和直流侧接地故障为例,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型基础上,针对联接变压器绕组不同接线方式,分析其不同故障特性以及对系统运行的影响,并提出了应对策略。     

交流系统等值电抗对新型直流输电系统运行参数的影响

简要介绍了直流输电系统换流站的拓扑结构以及动模试验方案,分别建立了未接入滤波器和接入滤波器时计算传统及新型直流输电系统运行参数的数学模型.在此基础上,分析了交流系统等值电抗对直流输电系统运行参数的影响.结果表明,在换流器换相过程中,交流系统等值电抗使换流变压器网侧及阀侧线电压均发生了畸变.未接入滤波器时,传统与新型直流输电系统电压畸变后的波形相似;接入滤波器后,传统与新型直流输电系统的网侧线电压波形的改善效果相同,但新型直流输电系统阀侧线电压波形的改善效果明显优于传统直流输电系统,且换相角大大减小.计算结果与实验结果十分吻合,验证了理论分析和数学模型的正确性.为进一步深入研究新型直流输电系统运行特性以及换相特性提供了理论依据.     

基于模块化三电平方式的中压直流配电网DC/DC换流器设计

中压直流配电网与直流负荷、直流微电网的互联是实现直流配电网的关键,这将迫切需要一种适应于中压和低压大跨度变比的直流变压器(即DC/DC换流器)。三相双主动全桥(dual-active bridge,DAB)换流器具备可隔离、可实现双向功率流动、滤波器体积小等优点,该文基于三相DAB换流器拓扑,结合中压直流配电网DC/DC换流器高压侧电压应力大、低压侧电流应力大等特性,设计了一种基于三电平方式的DC/DC换流器模块,进而采用输入串联、输出并联的模块化级联方式设计了中压直流配网DC/DC换流器。最后,提出了换流器模块高、低压侧协调控制方式以及模块化DC/DC换流器的输入电压均分、输出电流均分控制方式,并在MATLAB/Simulink里验证了其可行性。