送端交流不对称故障下LCC-MMC-HVDC穿越控制策略研究

混合直流输电系统将LCC-HVDC和VSC-HVDC进行优势互补,其发展面临的一个问题是:当送端交流系统发生不对称故障时,LCC-MMC混合直流输电系统将面临输送功率跌落甚至中断和直流侧二倍频波动的问题。首先阐述了LCC-MMC-HVDC的拓扑结构、数学模型和基本控制策略,在分析系统在送端交流不对称故障情况下暂态特性的基础上,提出集功率续传和二倍频波动抑制为一体的穿越控制策略:基于主动降压控制的功率续传策略通过改变逆变侧MMC运行点减小输送功率跌落幅度;三次谐波注入法增大了逆变侧直流电压的可调节范围;直流电压波动抑制策略中,逆变侧直流电压作为唯一控制变量,有效降低送端交流系统负序分量对系统逆变器及受端系统造成的影响。最后,在PSCAD/EMTDC中建立仿真模型,算例仿真结果验证了所提出穿越控制策略的有效性。     

对称单极柔性直流输电系统不对称交流故障解析模型

交流故障电流计算尤其在不对称故障情况下对断路器选型和直流保护起到至关重要的作用,然而面向直流保护的交流故障电流计算多依赖于电磁暂态仿真.该方法存在仿真计算耗时长、缺乏物理机理剖析和参数影响因素分析等诸多弊端.为了解决上述问题,本文针对实际对称单极结构柔性直流输电系统的交流不对称故障场景,推导出故障下控制系统响应前桥臂电...     

基于最大调制比的LCC-MMC混合直流交流侧故障控制策略

对现有常规直流工程进行逆变站柔性化改造,是解决多馈入直流输电系统潜在级联换相失败问题的一个有效方案,改造后的混合直流系统整流站沿用电网换相换流器,逆变站新建模块化多电平换流器。首先对电网换相换流器和模块化多电平换流器(LCC-MMC)混合直流系统的拓扑结构、基本控制方法以及整流站交流侧故障时功率骤降问题进行了阐述。然后,针对上述问题,提出了基于最大调制比的交流侧故障控制策略,在整流站交流侧故障时,该策略能够通过调节逆变站模块化多电平换流器的调制比,维持直流电流的恒定,降低混合直流系统传输有功功率的跌落幅度,从而减小传输功率骤降对逆变站交流系统的冲击。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了混合直流输电系统的仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。     

交流系统发生不对称故障时直流系统的数字仿真模型

应用布尔代数的理论方法，建立了适合于交流系统发生不对称故障时暂态稳定计算的直流系统仿真模型，该模型根据三相换相电压及相应的换流桥的阀状态，推导了直接计算阀电压、阀电流等电量的计算公式，得出了换流桥的等值电路，从而加快了仿真计算的速度，避免了传统的求解微分方程的过程，并给出了相应的仿真结果。     

LCC-MMC型混合直流送端交流系统故障时直流电流的暂态过程解析

电网换相换流器和模块化多电平换流器(LCC-MMC)型混合直流输电解决了传统直流受端的换相失败问题,目前葛洲坝—上海直流系统正在进行受端柔性直流化改造的方案论证,而焦点在于送端交流系统故障引起直流电流快速下降的故障穿越问题。为此,首先根据送端交流系统故障时的系统等值电路得到其拉氏运算电路,基于回路电流法通过拉氏反变换求得直流电流的暂态过程,并分析了暂态电流的衰减分量及振荡分量。在PSCAD/EMTDC仿真平台上建立了葛洲坝—上海直流的电磁暂态仿真模型,仿真结果验证了分析的正确性。进一步地,忽略暂态电流的振荡分量,得到了直流电流及其过零时间的近似解析表达式。最后,利用解析表达式分析了交流电压跌落程度、平波电抗器和控制策略对直流电流过零时间的影响。所提方法可为LCC-MMC型混合直流输电的送端交流系统保护定值整定及平波电抗器参数的选取提供依据。     

电网不对称故障下VSC-HVDC系统的直接功率控制

针对在电网传输线路发生不对称故障时,采用稳态的电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)系统控制算法将引起直流电压波动,交流电流畸变等问题,提出采用改进的直接功率控制(DPC)算法对VSC-HVDC系统的稳态和暂态过程进行控制。该方法以瞬时无功功率理论和dq变换为基础,通过实时控制电压源换流器(VSC)系统输入输出功率平衡,从而完成系统的交直流功率传输。对于不对称故障时直流电压出现的波动问题,通过对输入的瞬时功率进行分解,采用正序功率和相位作为控制信号对电压波动进行抑制。最后,通过PSCAD软件对所提出的控制算法进行系统仿真,从仿真的结果看出当系统故障时,改进的算法能够有效的抑制直流电压的波动,降低电流的谐波含量。同时也验证了该算法不仅能够很好的完成系统的稳态和暂态的过程控制而且能够有效隔离电网故障增强电网的稳定性。     

交流不对称故障下MMC-HVDC系统的故障穿越控制研究

MMC-HVDC系统中交流电网发生不对称故障会导致三相电压不平衡,进而产生正负序分量影响系统的控制性能,严重时甚至引起换流站闭锁.介绍了MMC-HVDC系统的拓扑结构、工作原理以及数学模型.在分析交流不对称故障下系统运行特性的基础上,设计了适用于交流不对称工况的MMC负序电流抑制器,用以抑制交流不对称故障下换流站的负序...     

直流输电系统在交流故障下的谐波分析

利用电力系统暂态仿真软件ＥＭＴＤＣ作辅助分析，对高压直流系统在交流发生单相故障下的谐波问题进行了详细的研究，得出的结果是３，９次谐波最为严重，也出现幅值不小的２次谐波，如不采取相应的措施，将会对系统造成较大的影响。     

多端柔性直流输电系统直流电压混合控制策略

多端柔性直流输电系统的直流电压协调控制主要有直流电压偏差法和直流电压斜率法。直流电压偏差法在控制模式切换时存在较大的直流电压波动,而直流电压斜率法的有功潮流不能精确控制。针对现有方法的缺陷,提出一种直流电压混合控制策略,设计4阶混合控制器结构,阐述混合控制器配置原则和降阶变结构方法,最后搭建典型的三端柔性直流输电系统进行了仿真验证,证明了直流电压混合控制策略的直流电压接管更加平稳,并可以实现有功潮流的精确控制。     

交流电压不对称下柔性直流配网换流站功率传输极限研究

为了维持直流配网中直流电压的稳定,需要换流器在交流电压不对称时消除传输功率的二倍频波动。分析了交流电压不对称下换流器的不平衡控制策略。由于换流器过流能力限制,换流站的传输功率极限受不对称电压影响,推导了交流侧传输功率极限解析式。针对直流侧功率极限解析式难以求得的问题,提出了直流侧功率极限的数值计算方法。最后通过电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对交流电网不对称下换流器传输功率极限进行了验证。功率极限值的给定,为合理分配多端直流配电网各端的功率,维持直流电压稳定提供了参考。     

LCC-MMC混合直流输电系统整流侧故障穿越控制策略

整流侧采用电网换相换流器(Line Commutated Converter,LCC),逆变侧采用模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)构成的混合直流输电系统,结合了LCC、MMC的优点;同时,当MMC为半桥子模块和全桥子模块各占50%的混合型MMC时,系统具有较强的交直流故障穿越能力。针对整流侧交流系统严重故障下半桥子模块和全桥子模块电容电压不平衡的问题,提出一种改进的环流控制策略。改进的环流控制策略通过检测MMC的运行工况,调整环流控制器的参考值,从而使桥臂电流具有正负交替的特性。其次,提出基于虚拟电阻和电流指令限值的故障暂态电流抑制策略,能够抑制故障穿越期间交直流电流的振荡,确保系统安全稳定运行。基于PSCAD/EMTDC仿真平台,搭建LCC-MMC混合直流输电系统,仿真验证了所提控制方法的有效性。     

LCC-FHMMC混合直流输电系统受端交流系统故障穿越控制策略

送端采用电网换相换流器（LCC）、受端采用全半桥子模块混合型模块化多电平变流器（FHMMC）的LCC-FHMMC混合直流输电系统,当受端交流系统发生故障时,受端交流电压跌落,受端功率传输受阻,盈余的功率导致子模块电容过电压,甚至可能造成设备的严重损坏。为此,提出了一种基于FHMMC直流电压降压运行的受端交流系统故障穿越控制策略,使其直流电压始终低于逆变侧交流母线的电压有效值。同时,整流侧LCC保持常规的定直流电流控制,保证逆变侧的直流电流在额定值附近运行,从而实现了进入直流系统的有功功率与逆变器向受端交流系统输出的有功功率之间的平衡。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台上对LCC-FHMMC混合直流输电系统受端交流系统发生的对称故障和不对称故障分别进行了仿真分析,仿真结果验证了所提控制策略能够快速有效地穿越受端交流系统故障,并抑制子模块电容过电压。     

3种混合直流输电系统的交流故障特性对比

综合电网换相换流器(LCC)和模块化多电平换流器(MMC)的优点,并针对我国西电东送的实际场景,对如下3种目前比较有应用价值的混合直流输电系统方案进行研究：方案1的送端采用LCC,受端采用半桥子模块型MMC串联二极管阀;方案2的送端采用LCC,受端采用全桥子模块与半桥子模块构成的子模块混合型MMC;方案3的送端采用LCC,受端采用LCC和半桥子模块型MMC构成的串联混合型换流器。首先,分别介绍了3种混合直流输电系统的拓扑结构、数学模型及控制方式;然后,在PSCAD/EMTDC中搭建了3种混合直流输电系统,对3种混合直流系统在送端交流系统故障和受端交流系统故障情景下的响应特性进行对比分析;最后,基于仿真结果总结了每种拓扑结构的优劣势。仿真结果表明,在送端交流系统故障的情景下,方案1可能会出现功率中断;在受端交流系统故障的情景下,方案1的故障响应特性要优于其他2种方案。     

混合级联型直流输电系统直流故障特性及恢复控制策略

整流侧采用LCC、逆变侧采用MMC与LCC串联的混合级联型直流输电系统可实现直流故障穿越、换相失败抑制和大容量功率传输。建立混合级联型直流输电系统模型,设计系统整体控制策略,并利用PSCAD/EMTDC仿真软件研究系统功率阶跃时的动态特性,验证控制策略的有效性。对系统的直流故障特性进行仿真分析,发现若不采取合适措施,系统发生直流故障时会出现由于并联MMC之间的电流分配不均衡而产生过电流现象以及故障清除后系统恢复过程波动大的问题,为此,提出系统故障期间及故障清除后的恢复控制策略,仿真验证了该控制策略的有效性。     

整流侧交流系统故障对高压直流输电系统的影响

针对交直流系统并联运行时二者相互影响的问题,以天广直流输电工程和整流侧交流系统故障的事故为基础,利用Matlab对整流过程做数学仿真,并采用傅立叶变换分析仿真结果,从理论的角度阐明了整流侧交流故障时直流电压和电流出现大量二次谐波的原因,这有利于采取相应的保护和控制措施,减小谐波的影响和危害;对更深入的研究交直流并联系统的运行和控制、更有效地处理交直流系统之间的相互影响,也有一定的帮助。     

交直流混合输电系统的无功优化

提出了交直流混合系统的无功优化模型,优化控制变量不仅包含传统的交流部分的发电机无功输出、补偿电容器容量、变压器分接头,而且还引入直流部分换流器的控制电压、控制电流、控制功率以及换流变压器变比。模型运用PSO算法进行优化求解。引用IEEE中9节点算例表明该模型是正确的,该算法是收敛、有效的。     

混合直流输电系统送端交流暂态电压特性研究

对于大规模新能源特高压直流外送系统,受端电网故障可能导致送端电网电压剧烈变化,严重威胁送端电网的安全稳定运行,因此送端电网暂态电压是直流输电系统适应性的重要考虑因素。混合直流输电结合了常规直流和柔性直流的优势。针对大规模新能源混合直流外送应用场景,首先介绍了两端混合直流输电系统典型拓扑,建立了相应数学模型,阐述了基本控制结构。然后分析了当受端交流电网发生短路故障,采用不同直流输电拓扑方案时送端电网的交流暂态电压特性。最后在PSCAD/EMTDC搭建了不同混合直流输电系统仿真模型,验证了上述分析的有效性。     

MMC柔性直流输电系统网侧故障时紧急功率支援控制

为了解决MMC-HVDC(Modular Multilevel Converter Based on HVDC,MMC-HVDC)交流侧系统故障时的过流问题,以及增强MMC换流器的低压穿越能力,通过对换流器功率数学模型及控制方式进行分析,发现了换流器有功和无功功率解耦的PI控制方式。提出了当交流侧发生对称和不对称故障时,通过控制PI值限制功率输出,同时由交流电压偏差有效值生成正负序补偿电流的紧急功率支援控制策略。将这种控制策略添加到电磁暂态仿真系统当中,当系统网侧发生对称或不对称故障时,利用数值仿真技术分析了换流器阀侧的电能质量。仿真结果验证了所提出的控制方法对故障时过流抑制的有效性,同时增强了换流器的低压穿越能力。     

交直流系统连锁故障引发功率倒向方向保护策略

针对目前交直流混联系统连锁故障引发的功率倒向导致纵联方向保护存在适应性的问题,以交流线路发生率较高的单相接地故障为例,在分析了过渡电阻对功率倒向和工频故障电流频率偏移影响的基础上,根据故障后母线电压突变量、故障点电压突变量、补偿电压突变量幅值之间的关系提出一种基于补偿电压突变量的本地信息判据方法。该方法不需要通信设备的参与,仅靠本地的故障信息进行区内外故障判别,不受交直流混联系统功率倒向的影响,并利用频率修正算法对故障电流进行修正。利用PSCAD软件建模仿真验证了该方法的有效性。