直流断线故障下海上风电经柔性直流送出系统的暂态特性

断线故障为常见的直流故障类型之一,研究该场景下海上风电经柔性直流送出系统的暂态响应特性对于系统的保护方案设计有着重要参考价值.首先,分析了直流母线正极断线故障下短路电流产生机理,推导了非故障极短路电流表达式,并分析了接地阻抗参数对该短路电流特性的影响.其次,研究了故障期间风电场侧与电网侧换流站交直流侧暂态电压演变特性....     

海上风电场输电方式研究

海上风电对于推动我国绿色转型发展、保障东部负荷中心能源电力供应具有重要意义。目前我国海上风电项目以近海海上风电项目为主,未来随着技术进步、成本下降,海上风电将向规模化、深远海化趋势发展,如何实现大容量海上风电的远距离输送是一个极具现实意义而又十分迫切的课题。本文在借鉴现有海上风电项目实际经验的基础上,重点分析交流输电方式和柔性直流输电方式等海上风电主要输电方式存在的问题,对不同输电方案的技术性和经济性进行对比研究,通过相关论证分析对海上风电输电方式的选取提出建议。     

海上风电场VSC-HVDC并网不对称故障负序电流控制

基于大型海上风电场通过柔性直流输电并网系统,分析研究了柔性直流输电系统的数学模型和控制策略。针对交流电网侧发生不对称故障时产生负序电流,采用延时法进行正负序分解,进而对正负序电流单独控制,提出了负序电流控制策略,抑制不对称故障时产生的负序分量。基于PSCAD平台搭建了仿真模型,仿真验证了所提策略可以很好地抑制负序电流。     

UHVDC闭锁引发风电场暂态过电压分析及HVRT协调控制

针对特高压直流(UHVDC)闭锁引发送端风电场高电压穿越(HVRT)问题,建立了UHVDC输电送端风电系统数学模型,研究了UHVDC闭锁对送端风电场过电压的影响,分析了过电压对永磁直驱风电机组的影响及机组功率可控域。提出了基于机组可控域划分的风电机组和静止同步补偿器相协调的风电场HVRT控制策略,在机组可控域内,风电机组利用其动态无功补偿实现HVRT,当超出机组可控域时,风电场集中无功补偿装置与风电机组协调控制实现HVRT。最后,在PSCAD/EMTDC中建立系统仿真模型,验证了理论分析与控制策略的准确性与有效性,直流闭锁引发风电机组高电压脱网的风险得到降低。     

大规模海上风电场并网接入方式

海上风电场以其储量丰富、风力稳定、干扰少等特点,受到越来越多的关注,是未来风力发电发展利用的大趋势。对比分析了适用于海上风电场并网的高压交流(HVAC),常规高压直流(LCC-HVDC)和柔性直流输电(HVDCFlexible)3种并网方式,并着重探讨了几种柔性直流输电并网的具体方案以及适用于海上风电场的直流换流站拓扑结构。     

双极短路故障下海上风电MMC-HVDC并网系统的暂态运行特性

双极短路故障作为最严重的直流系统故障,研究该场景下海上风电模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC)并网系统的暂态运行特性对于系统的断路器配置与控制方案设计有着重要意义.首先分析了直流断路器(direct current circuit breaker,DCCB)未动作时换流站短路电流的产生机理,并提出了风电场侧与电网侧交、直流短路电流的计算方法.其次,研究了计及DCCB控制作用下换流站交、直流侧暂态电压、电流特性,并考虑了风电场运行工况和限流电抗参数对其暂态特性的影响.最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了全系统的电磁暂态模型,通过仿真分析了双极短路故障下有无DCCB控制时换流站的暂态电压、电流特性.研究表明:所提短路电流计算方法具有良好的精度,且DCCB动作后风电场侧交、直流电压恢复速率与其输出有功功率呈正相关关系.该研究工作可为系统的电气设计、断路器选型提供理论依据,也可为系统故障恢复阶段控制方案的制定奠定基础.     

含风电的VSC-HVDC并网系统暂态特性分析

为了提高柔性直流输电(VSC-HVDC)并网系统的暂态稳定运行特性,文中基于送端采用双馈风电机组(DFIG),建立VSC-HVDC输电并网系统,研究该系统的并网暂态运行特性。为解决电网故障时并网VSCHVDC直流电压失稳问题,提出并网VSC-HVDC直流电压与VSC间协调控制策略。在MATLAB/Simulink平台搭建风电并网仿真模型,仿真分析风速变化、并网点故障等情况下系统的暂态特性以及并网点故障时是否采用新控制策略进行实验仿真对比,研究结果表明:风速变化以及并网点故障时并网系统能够快速恢复稳定性且采用的协调控制策略有效的抑制直流电压的突增,从而增强了系统的暂态稳定特性。     

大规模海上风电场集群交直流输电方式的等价距离研究

随着海上风电场的布局逐步从近海走向远海,以及新型柔性直流(direct current,DC)输电技术等日趋成熟,在规划设计中研究分散布局的大规模海上风电场集群最优输电方式,合理选择先进适用、安全可靠、经济合理的输电技术,为大规模分散式海上风电场群输电方式决策提供科学的方法是十分必要的。本文首先分析了海上风电场两种主要输电方式即高压交流输电方式、柔性直流输电方式的技术特点,然后对各种输电方式进行了详细的成本构成分析及计算,并对不同距离和容量下的输电方式做出经济性比较。最后通过计算得到了海上风电交流/直流输电方式的等价距离,研究结果可为输电规划以及工程设计提供参考。     

基于MMC的海上风电场柔性直流输电变流器仿真

针对海上风电场柔性直流输电变流器所采用的拓扑结构及控制方式进行了详细研究,主电路采用一种新型模块化级联多电平变流器结构,建立该结构的等效数学模型;根据变流器各相桥臂子模块电容电压对其进行排序,再结合桥臂电流方向及排序结果确定各模块状态,从而保证同一桥臂内各模块电容电压瞬时值相等;控制系统采用双闭环矢量控制方式,两端变流...     

海上风电场输电方式的经济性分析

介绍了海上风电场交流输电与柔性直流输电两种组网方式及其优缺点.通过算例分析了容量为100、500、1000 MW的海上风电场投入与距离关系,对比了采用高压交流输电和柔性直流输电两种不同输电方案的经济性.在阐述这些输电方式特点和相关操作的同时,对设备的投资、运行和维护成本等进行了评估,得出海上风电场采用柔性直流输电方式更为经济.     

机组协同-分布卸荷的风电场-柔直并网系统故障穿越方法

为降低风电场-柔性直流并网系统在交流主网发生低电压故障时的穿越成本,提出一种直流耗能装置与风电机组卸荷电路协同作用的电网故障穿越策略,在电网故障时送端换流器配合风电场快速降低直流功率输出.由于直流耗能装置仅在故障发生的前期、风电场输出功率下降前起到限制直流电压升高的作用,该策略能够显著降低直流耗能装置的体积.在此基础上,该策略将直流耗能装置中的耗能电阻分散置入到受端模块化多电平换流器中,进一步降低了卸荷成本.最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中,构建了风电场-柔性直流并网系统的仿真算例,对所提出的故障穿越方法的正确性和有效性进行了验证.     

新型混合高压直流输电技术在海上风电场并网中的应用

对由双馈风电机组组成的海上风电场采用混合高压直流输电技术并网时风电场内部的电压和频率控制进行了研究。混合高压直流输电系统由双桥十二脉波不控整流换流器(DBC)、模块化多电平换流器和高压直流输电线路组成。首先,通过深入的理论分析阐明当由双馈风电机组组成的海上风电场采用混合高压直流输电技术并网时,风电场内部的电压可以自动维持在一个合适的范围内并随双馈风电机组输出有功功率的变化而变化。在此基础上,设计了双馈风电机组转子侧换流器的控制器以实现对风电场内部交流系统频率的控制,同时实现了双馈风电机组输出有功功率的最大功率点跟踪。为防止岸上公共连接点发生三相接地短路故障时基于DBC的高压直流输电系统发生过电压,设计了故障时双馈风电机组的控制策略。最后,对建立的采用混合高压直流输电技术并网的海上风电场模型进行了数字仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性和所提出控制策略的有效性。     

分频输电应用于深远海风电并网的技术经济性分析

全球海上风电发展呈现大规模化、集群化及深远海化的特点。离岸距离大于100 km的大规模深远海风电的输电与并网方式成为海上风电发展和研究的热点方向。通过分析电缆等电气设备的传输极限和损耗,采用等年值法,综合考虑设备投资成本、维护成本、损耗费用及电缆选型,建立了系统的比较各种并网方式的技术经济评价方法。以某400 MW海上风电场为例,对高压交流输电技术、高压直流输电技术和分频输电系统3种并网方式进行技术经济分析。论证说明分频输电技术通过降低频率,既可提高电缆载流量,又显著降低了交流电缆中的充电电流,因此传输距离显著增加,表明分频输电技术在远距离、大规模深远海风电并网方面具有技术经济优势。     

海上风电场柔性直流送电并网控制研究

针对大型风电场并网难题,分析了适合大型海上风电场送电并网方式。针对应用柔性直流方式送电并网方式,研究了柔性直流输电系统的数学模型和控制策略。应用变速恒频风机的海上风电场随风速变化而功率输出变化,海上换流站的控制需要保持电压频率稳定,根据其暂态方程提出了改进的直接电压控制来控制风电场母线电压频率。对电网侧换流站采用双闭环直接电流控制,控制直流电压和无功。基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了海上风电场等效模型以及通过柔性直流送电系统仿真模型,对风电场风速变化、当地负荷切入以及无功指令变化进行了仿真,验证了控制策略的正确有效。     

基于MPPMSG的混合高压直流风电系统故障穿越技术

为解决传统风电系统变换级数多的问题,文中提出了一种基于多相永磁同步电机(MPPMSG)的混合高压直流风电系统拓扑。电机多套绕组分别连接单极性变流器并在直流侧串联形成高压直接接入直流母线,一套绕组向电机注入无功功率以改善电机调速和稳态性能。岸上变电站采用电网换相换流器,直流母线短路时可阻断短路电流。为解决多绕组耦合问题,MPPMSG采用了反馈解耦的控制策略。根据发电机短路特性分析,提出了直流母线短路时限制电机短路电流以及直流故障穿越的控制策略。最后,利用PSCAD/EMTDC搭建风电系统开关电路仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。     

高压直流输电系统直流滤波器接地故障机理分析

高压直流输电系统以双极大地回线方式运行,较为典型。文中对此方式下直流滤波器电容区和调谐区的接地故障机理进行了研究,先分别构建其等效电路,然后定量分析其电气量特征,最后,以仿真实验加以验证。理论分析和仿真实验均表明,采用基尔霍夫电流平衡原理的差动保护反映直流滤波器接地故障时,选择包括直流分量在内的全波电流要比选择特征谐波电流更为合理,并具有更高的灵敏性和可靠性。     

提高系统暂态稳定性的柔性直流受端电网故障穿越策略整定

随着大容量柔性直流输电技术日趋成熟,其在大电网中的应用愈发广泛。充分利用柔性直流灵活、快速的调节性能,设计合理的控制策略,有利于提升系统的安全稳定特性。文中重点针对柔性直流的交流故障穿越策略,利用扩展等面积法则(EEAC)分析了其影响系统暂态稳定性的机理。提出一种提高系统暂态稳定性的故障穿越策略工程优化整定方法。通过优化柔直在故障穿越期间的无功控制目标、低穿电压阈值、故障穿越期间的有功和无功电流限值以及故障穿越的恢复电压阈值,可显著提升柔性直流接入系统的暂态稳定特性。在规划系统仿真中验证了所提方法的有效性,可为实际柔性直流接入系统的控制策略优化及方式安排提供技术支撑。     

基于模块化隔离型DC/DC变换器的海上直流风电场并网方案

与传统的海上风电场采用中压交流系统汇集电能不同,海上直流风电场采用直流系统实现电能的汇集和远距离传输。为减小海上风电场的投资,提高其运行效率,设计了一种基于模块化隔离型DC/DC变换器(MIDC)的新型海上直流风电场并网方案。首先,对三种可能作为MIDC子模块的DC/DC变换器进行了参数设计和对比分析,最终确定了LLC串并联谐振变换器作为MIDC子模块的拓扑。在此基础上,设计了MIDC的控制系统,在实现MIDC子模块间均压和均流的同时,实现了对风力发电机组输出功率的最大功率跟踪。最后,通过仿真验证了所设计的海上直流风电场并网方案的可行性和所设计的MIDC控制系统的有效性。     

基于半控整流器的直流侧串联海上风电并网系统

根据对单相不控整流电路直流侧接电阻负载时特性的研究,该文提出了一种单相半控整流电路,其交流侧电流波形为正弦波,直流侧输出电压含直流分量和倍频分量,当构成三相半控整流电路时,输出电压中二倍频分量便相互抵消了,只剩下稳定且可调的直流分量。基于半控整流电路,文中提出一种海上风电汇集与并网系统,该系统采用变流器直流侧串联升压的方式获得直流高电压,用于风电汇集和传输,省去了笨重而昂贵的海上换流站,大大节约了建造和维护成本。仿真及分析结果显示,文中所提方法能够满足海上风电并网的需求,且稳态和故障时的性能优异。