并联型多端高压直流输电系统的控制与保护策略及仿真

多端高压直流(multi-terminal direct current,MTDC)输电系统可以实现各换流站所连交流系统之间的功率输送或电力交换,能够解决多电源供电或多落点受电的输电问题,其接线形式总体分为串联型与并联型。针对4端并联型高压直流输电系统进行稳态运行和暂态故障过程的相关研究,基于EMTDC/PSCAD平台建立单极仿真模型,完成了多种解锁起动和闭锁停运组合的仿真分析,设计了直流功率平衡控制器实现各换流站功率协调控制,并提出了单个换流站紧急停运以及直流线路故障时的控制保护配合方式,仿真结果表明了控制与保护策略的有效性。     

海上多端直流输电系统协调控制研究

为了避免多端直流输电系统(multi-terminal DC,MTDC)对各换流站之间高速通信的要求,实现各换流站间的自主协调控制,基于电压源型换流器的电压?电流特性和故障时减少风功率注入的思想,提出了种应用于大规模海上风电场功率远距离外送的多端直流输电系统协调控制策略。在多端直流输电系统正常运行时,网侧换流器不仅可以控制直流电压的稳定,而且可灵活对电网进行风电功率传输。在多端直流输电系统故障运行时,风场侧换流器来保持直流电压的稳定和协调风场间各风机出力。后,搭建了Matlab/Simulink仿真模型,针对所提出控制策略的动态性能进行了仿真验证,结果表明所提控制策略能够保持直流电压在交直流故障等大扰动下相对稳定,维持系统正常运行。     

多端柔性直流输电系统接入某海岛电网的研究

多端柔性直流输电系统是理想的风电场与电网的联接方式。根据规划,将在某海岛建设多端柔性直流输电工程。岛上风电场及岛上负荷将经交直流混合输电线路与陆上交流电网实现互联,电网运行特性复杂。根据建设坚强智能电网的要求,需详细分析多端柔性直流输电系统的接入对电网影响。在PSCAD/EMTDC中搭建含多端柔性直流输电系统的交直流混合输电模型,分析混合输电方式下电网运行的稳定性。仿真结果表明多端柔性直流输电系统的接入增强了风电场出口处电压的稳定性,确保了风电的可靠输出。若交流线路由于故障或检修退出运行,与其并列运行的换流站改变功率传输模式,承担整个风电场功率的传输,提高了系统运行的稳定性。     

特高压混合多端直流线路保护配置与配合研究北大核心

特高压多端混合直流可提供更大容量、更经济和更灵活的输电方式,并兼顾了常规直流和柔性直流的技术优势。特高压多端混合直流与两端直流保护系统相比,在线路保护方面差异最大。采用全桥和半桥混合拓扑的特高压柔性直流输电换流器,具有直流线路故障自清除特性,因此对直流线路故障的处理要求也不同于采用半桥结构的多端柔性直流系统。基于特高压混合多端直流输电系统对线路故障处理的需求,分析了该系统直流线路保护的关键问题,并提出了直流线路保护配置方案和直流线路保护的配合策略,最后基于PSCAD/EMTDC仿真模型验证了所提出方案的可行性和有效性。     

并联型多端直流输电系统运行方式研究

LCC通过反转电压极性实现整流和逆变的转换,可能导致并联型多端直流输电系统功率短时中断。为此,提出一种基于LCC的并联型三端直流输电系统接线方案,分析可能存在的运行方式及转换方法,提出极性转换、电压控制站投退的控制顺序和故障极紧急停运策略。基于PSCAD/EMTDC平台建立三端直流输电系统仿真模型,仿真极性转换、电压控制站投退和故障极紧急退出实验。仿真结果表明该多端系统换流站功率反转不影响其余换流站功率稳定运行,并且能够安全隔离故障设备,快速恢复健全系统稳定运行。     

环网式三端直流输电系统及直流断路器应用的分析与仿真

分析了多端直流输电系统的基本原理,利用 PSCAD/EMTDC 软件建立了多端直流输电系统仿真模型,并建立了含直流断路器的多环网式多端直流输电系统模型,通过仿真研究了直流断路器开断直流输电线路的过程,分析直流断路器在环网式多端直流输电系统中的作用.对直流断路器切除环网式三端直流输电系统一条输电线路的过程及切除故障换流站分别进行了仿真分析.仿真结果表明,当利用直流断路器切除环网式多端直流输电系统的一条输电线路时,输电线路的电流重新分配,能保证功率输送的连续性.在这种情况下,对各个换流站输出或输入的功率影响不大,对与直流系统连接的交流输电网影响很小.当切除故障换流站后,该系统最大限度地保持功率传输及电流的有效分配,保持稳定运行     

多端直流线路保护研究

多端直流具有直流互联、多电源供电和多落点受电等优势,成为直流输电技术的发展方向。控制保护技术作为制约多端直流发展的重要因素受到广泛关注。基于多端直流系统常用的并联接线形式,对双端直流线路保护原理在多端直流线路保护的适用性进行了分析。并根据多端直流线路的拓扑结构特点,利用故障行波波头到达各站的时间差异,能反映出故障点的位置信息,提出一种线路保护的故障支路判别方法。该判别方法,无需线路连接点的各支路电流,有助于故障快速隔离和系统恢复运行。     

并联型多端直流输电金属回线运行方式*

并联型多端直流输电系统换流器故障后,采用金属回线运行可减小接地极引线电流。与两端直流输电不同的是,并联型多端直流输电系统的金属回线运行方式非常多。以四端并联型多端直流为例,按1～3个换流器故障分类,分别介绍各金属回线运行方式。分析金属回线运行时电流流向。提出在并入开关站的换流站之间采用3根输电线路设计,使得任一换流器故障后均有金属回线运行方式。分析多端系统中换流站共用接地极线的金属回线电流情况,对金属回线电流测点的配置进行建议。     

并联型多端直流输电系统的控制策略与故障特征

为适应并联型多端直流输电系统更灵活、更精准的电压、电流控制要求,对其控制保护策略进行了研究,提出了一种适用于并联型多端直流输电系统的控制策略和一种直流线路短路故障下不依赖直流断路器的故障清除策略,并研究了交流系统短路故障时多端直流系统与2端直流输电系统的不同特征。对一个并联型4端双极直流输电系统进行仿真分析,结果显示所提出的控制策略可行、有效,控制模式切换不会引起系统明显扰动,且在直流线路短路故障时可摆脱对直流断路器的依赖。相比2端系统,多端系统逆变站交流侧短路故障对系统的冲击更严重。     

基于并联卷积神经网络的多端直流输电线路故障诊断

针对多端直流输电(MTDC)线路故障时存在故障电流上升速度快、峰值大、不易定位等特点,提出一种兼顾快速性与准确性的MTDC线路故障诊断方法。首先,分析MTDC线路故障信号波形的幅值特征和频率特征,研究基于信号波形幅值变化的故障幅值特征提取方法和基于小波包分析的故障频率特征提取方法,进而形成基于幅值-频率特征的MTDC线路故障诊断方法。其次,构建具有故障分类支路和故障定位支路的双支路结构卷积神经网络——并联卷积神经网络(PCNN),提出基于迁移学习的P-CNN训练方法。最后,仿真验证基于P-CNN的MTDC线路故障诊断方法满足故障诊断的快速性要求,且其并联结构相比于其他人工智能故障诊断方法更具有准确性和可拓展性。     

并联型四端直流输电系统实时数字仿真分析

利用实时数字仿真器(RTDS)建立了并联型四端±500kV,5 000MW双极直流输电仿真模型,直流控制保护模型采用所开发的多端直流输电控制保护样机,与RTDS构成实时闭环仿真试验环境。控制策略采用多端直流电流裕度控制,控制系统架构按多端控制、极控制2级进行设置。多端控制包含多端直流输电系统各换流站功率指令分配、功率升降协调、直流电压控制和多端通信等功能。极控制包含常规直流控制功能,主要实现各换流站功率控制。利用该仿真系统对并联型四端直流输电系统稳态运行工况、单站闭锁功率补偿、直流线路故障进行仿真研究,结果表明所提出的控制策略和开发的控制保护样机可以满足多端直流输电要求。     

配置HSS的并联多端高压直流输电线路保护选择性研究

文中综述了并联多端直流线路保护的研究现状,基于并联多端直流主回路拓扑,提出了配置直流高速隔离开关(HSS)的并联多端直流的线路保护配置方案。为解决配置HSS的并联多端直流线路主保护选择性问题,对现有的多端线路主保护存在选择性盲区的原因进行分析,并提出一种新的线路保护策略:将线路主保护分为2段,通过定值配合和新增保护辅助判据策略,解决了通信正常和通信故障下线路主保护选择性问题。通过RTDS仿真系统试验,验证了提出的线路保护策略能有效区分线路区内故障和区外故障,解决选择性问题,实现了某一线路全长范围内发生永久故障时无需多端直流全停,只需隔离故障线路而剩余线路可继续运行,可应用于配置HSS的并联多端直流输电系统中。     

多端柔性直流输电系统在海上风电场并网中的应用

随着地理上高度分散的近海风电场的大规模开发,传统并网方式已不能满足要求,提出了风电场经多端柔性直流输电系统及交流线路与电网互联的策略,并设计了各换流站的控制方法。建立了VSC-HVDC的数学模型,并分析了其工作原理。在PSCAD/EMTDC的仿真环境下,搭建了含多端柔性直流输电系统的模型,分析了混合输电方式下电网运行的稳定性。仿真结果表明交直流混合输电模式灵活、可靠、经济,风电场出口处短路故障切除后电压能够快速恢复,确保了风电的可靠输出。     

含多端柔性直流输电系统的交直流电网动态特性分析

根据半桥式模块化多电平换流器(MMC)的数学模型和控制策略,搭建出基于PSCAD/EMTDC的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)仿真模型。设计了适合于交直流耦合电网的MMC-MTDC多级控制系统,包括阀组级控制器、换流站级控制器和系统级控制器,并进行了交直流电网暂态稳定分析。在建立的仿真系统中模拟交流电网事故、直流线路故障、冲击负荷等多种苛刻运行条件,以校验MMC-MTDC接入交流电网后的动态响应特性。仿真结果表明:各级控制器间的相互配合使得所构建的MMC-MTDC在交流电网故障情况下具备送端转移的能力;系统在任意一端换流站故障退出后仍具备稳定运行的能力;在MMC-MTDC发生直流线路故障退出运行后,交流电网仍能保持稳定运行。     

含多端柔性直流输电系统的交直流电网动态特性分析

根据半桥式模块化多电平换流器(MMC)的数学模型和控制策略,搭建出基于PSCAD/EMTDC的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)仿真模型.设计了适合于交直流耦合电网的MMC-MTDC多级控制系统,包括阀组级控制器、换流站级控制器和系统级控制器,并进行了交直流电网暂态稳定分析.在建立的仿真系统中模拟交流电网事故、直流线路故障、冲击负荷等多种苛刻运行条件,以校验MMC-MTDC接入交流电网后的动态响应特性.仿真结果表明:各级控制器间的相互配合使得所构建的MMC-MTDC在交流电网故障情况下具备送端转移的能力;系统在任意一端换流站故障退出后仍具备稳定运行的能力;在MMC-MTDC发生直流线路故障退出运行后,交流电网仍能保持稳定运行.     

正负双极混合多端直流输电系统控制策略的研究

正负双极混合多端直流输电系统兼具LCC-HVDC成本低、控制简单、工程应用丰富和VSC-HVDC能够独立控制有功功率和无功功率、可以孤岛供电等优势,同时系统接线和运行方式灵活,在国内直流输电领域有广阔的应用前景。文中首先介绍了正负双极混合多端直流输电系统的拓扑结构和换流器拓扑结构;然后,详细推导了LCC换流器和MMC换流器的数学模型,并以此为基础设计其相关控制策略;接着,针对多端直流输电系统,设计了稳态和单阀组故障紧急退出工况下换流站间的协调控制策略;最后,在PSCAD/EMTDC环境下,参考乌东德工程相关系统参数搭建了电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了相关控制策略的有效性以及系统运行的可靠性。     

并联型多端混合高压直流线路故障区域判别方法

对于并联型多端混合高压直流输电系统,直流线路故障区域的判别对于最小限度地隔离故障从而提高直流系统的可用度具有重要意义。为此,针对并联型多端混合高压直流输电系统中换流站并联接入这一特有结构,分析了其对故障暂态行波的影响。研究表明,并联接入的换流器对中低频段的故障行波有大幅削减。因此,利用小波变换对暂态电流进行分析,提出了基于T区两侧暂态电流能量差的故障方向判别原理,进而利用各换流站故障方向信息确定故障区域。最后,建立了四端混合高压直流输电系统的PSCAD/EMTDC仿真模型,验证了所提方法的正确性和有效性。     

分极接入模式的多端直流特点与故障响应比较

大容量直流输电受端采用多端直流接入模式,有利于解决其大容量直流馈入电网特别是多回直流集中馈入电网带来的稳定性问题。介绍了分极接入、并联多端接入两种主要多端直流受端接入模式的设计特点,对交直流故障进行了电磁暂态仿真分析,对比了两种直流受端接入模式的故障响应特性、对控制保护的影响以及对受端电网影响的区别,指出分极接入模式下任何一极接入弱交流系统,均会影响整个直流系统的稳定运行能力,直流线路瞬时故障期间另一极接入的逆变站受影响小。研究结果可以为电力系统应对大容量直流接入优化设计提供参考。     

基于MMC的多端直流输电系统直流侧故障控制保护策略

基于模块化多电平换流器(MMC)的多端直流(MTDC)输电技术,兼具MMC技术和多端柔性直流输电技术的优势,具有广阔的应用前景。文中分析了MMC的拓扑结构和运行机理,设计了基于电压裕度的多点直流电压控制策略,并对控制器进行了设计。在此基础上,分析了直流侧单极接地故障、极间短路故障、断线故障对基于MMC的MTDC系统的影响,并进一步提出了相应的控制保护策略与保护时序。利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对以上几种直流侧故障及控制保护策略进行了仿真,结果表明所提出的控制保护策略能够实现系统故障后的快速恢复,有效提高多端系统的可靠性和可用率。     

多端直流系统接线和控制方式对暂态稳定性的影响

分析了多端直流系统的接线方式对暂态稳定性的影响。研究结果表明,与并联型接线方式相比,串联型接线方式的多端直流系统无功需求大、有功损耗多,使暂态过程中交流功率和直流功率的传输比较困难,不利于维持交直流系统的暂态稳定性。以并联型接线方式为例,研究了多端直流系统的控制方式对暂态稳定性的影响,指出了定电流控制和定电压控制可以在暂态期间减缓换流器交流母线电压的下降,有利于防止直流功率的降低,所以其保持暂态稳定性的能力要好于定功率控制和定熄弧角控制。