特高压混合直流工程LCC换流阀短路保护优化研究

首先基于昆柳龙直流工程与云广直流工程控制保护系统RTDS仿真实验数据,通过对比分析阀区故障时的故障特征及换流阀短路保护的动作特性,发现传统LCC换流阀短路保护判据在特高压混合直流系统中存在误动的风险。根据特高压混合直流系统与常规直流输电系统在系统结构和运行特性上的不同,分析出传统LCC换流阀短路保护判据直接应用于特高压混合直流系统时存在的缺陷。针对这一缺陷,改进了LCC换流阀短路保护判据,并通过仿真分析验证了新判据的有效性,为特高压混合直流输电工程的送端常直阀短路保护提高了有效的解决方案。     

特高压柔性直流内环电流异常原因分析及改进措施

锁相环是柔性直流输电工程控制系统的关键技术之一。针对龙门换流站极2低端阀组控制系统内环电流异常导致换流器闭锁的情况,通过对故障录波的深入分析,发现现有控制策略中锁相环存在功能缺陷,于是提出预防锁相环饱和的改进措施,并在实时数字仿真系统RTDS仿真试验平台上进行仿真测试,以保障昆柳龙多端混合特高压直流输电系统安全稳定运行。     

±660 kV银东直流输电山东侧安全稳定控制策略

在交直流混联电网中,直流系统的双极闭锁对系统的安全性和稳定性影响较大。银东直流输电系统发生双极闭锁故障时,会引起特高压线路失稳、系统低频的稳定性问题,此时可通过采取切负荷的控制策略,确保系统稳定运行。文中通过研究±660kV银东直流输电系统山东侧安全稳定控制策略,提出了适用于大容量直流输入电网的安全稳定控制系统的策略研究方法、有效的切负荷优化技术及直流极闭锁判据;设计了主站、执行站分层控制模式以及按轮级切负荷的控制原理。该策略在山东电网的实际应用结果证明了其有效性。     

特高压多端混合直流输电系统阀组计划投/退控制方法

现有的阀组投入/退出控制策略只适用于特高压两端常规直流输电系统,不能适用于特高压柔性直流输电系统,更不能适用于特高压多端混合直流输电系统。为此,以乌东德电站送电广东广西工程为背景,提出基于混合桥模块化多电平换流器的阀组计划投入/退出控制方法,并对现有常规直流阀组计划投/退控制方法进行改进。在RTDS仿真试验平台上进行硬件闭环测试,结果表明所提阀组计划投入/退出控制方法能够平稳、快速地完成特高压多端混合直流输电系统阀组的计划投/退。     

特高压并联型三端混合直流输电系统功率转带策略

特高压并联型三端混合直流输电系统作为多端直流输电的一种重要形式,相较于常规特高压两端直流输电系统,其在故障后的功率转带更为灵活和复杂。文中基于中国乌东德多端直流工程,提出了一种适用于特高压并联型三端混合直流输电系统的功率转带策略。基于闭锁前三站各极的功率水平、最小和最大输送功率能力以及所处的控制模式,计算并重新设置各站各极的功率、电流参考值,实现故障极功率的极间转带和站间转带,以减少功率损失,同时兼顾最小化非故障逆变站的接地极电流。通过实时数字仿真,验证了所提策略的有效性。     

用于安全稳定控制的高压直流极闭锁判据

交直流并联运行电网中直流极闭锁后引起的安全稳定问题十分突出,如何正确判别直流极闭锁是安全稳定控制系统研究中的重要课题。采用数值仿真方法分析了直流极闭锁对电力系统稳定的影响,指出稳定控制装置必须正确、快速地判出不同形式的直流极闭锁。通过研究直流极闭锁的电气量特征以及直流控制保护系统的动作行为,提出了可靠的直流极闭锁综合判据,并进行了详细的阐述。通过介绍中国南方交直流混联电网安全稳定控制系统核心部分———高肇直流输电安全稳定控制系统,进一步论述了研究直流极闭锁判据及直流极闭锁后稳定控制的重要性。     

张北柔直电网控保系统接口设计及控制保护策略

基于柔性直流输电技术的直流电网是全球能源互联网的重要组成部分.以张北柔直电网示范工程为研究对象,对其控保系统及其通信接口进行了设计说明,主要包括直流极控制系统和站控系统与其他系统的接口设计.详细描述了多端环网结构的直流电网控制策略,为保证张北柔直电网四个换流站的协调性,设计了协调控制策略和双极控制策略.研究了张北柔直工程首次使用±500 kV高压直流断路器后不同于传统直流输电的保护策略,主要包括动作策略和动作时序.     

舟山多端柔性直流输电技术及应

多端柔性直流输电是新一代直流输电技术,对其从拓扑结构、基本控制原则作全面分析,对比分析串联多端柔性直流输电与并联多端柔性直流输电的优势与不足,并重点研究舟山5端柔性直流输电的技术特点。多端柔性直流输电的国内外研究现状及工程应用表明其应用前景广泛。     

柔性直流输电的改进行波保护仿真研究

柔性直流输电(VSC-HVDC)由于其特殊的控制系统和结构,线路故障后故障电流上升快,极易损坏换流器件。在行波保护基本原理的基础上,研究采样率对于保护灵敏性的影响。仿真分析发现,合适的高采样率可以显著提高行波保护的灵敏性。配合以极波变化率作为保护启动判据,以极波斜率区分雷电干扰和短路故障,以极波差值构造故障选极判据,提出一种适用于柔性直流输电线路的改进行波保护。在PSCAD/EMTDC平台上对双端柔性直流输电系统进行仿真分析,仿真结果验证了该新型行波保护具有良好的灵敏性,并且具有较强的抗干扰能力。     

舟山柔直工程混合式直流断路器短路试验方案设计及现场实践

含混合式直流断路器的柔性直流工程直流极线短路试验尚属国际空白。为检验柔直电网中直流断路器故障清除的可靠性以及与换流阀的配合逻辑,获取实际短路过程中断路器周围空间的电磁干扰数据,并为后续柔直工程开展短路试验积累经验,有必要在现有柔直工程中开展直流极线短路试验。该文针对装设有混合式高压直流断路器的舟山200 kV柔直电网定海换流站,结合直流断路器和换流阀不同的动作配合逻辑,设计了换流站直流极线正极、负极和双极短路试验方案。该方案克服了电缆输电系统难以形成人工短路故障的困难,在现场实践中验证了单极故障下直流断路器分断换流阀不闭锁的动作逻辑,首次完成了柔性直流输电工程的双极短路试验,并获取了短路试验过程中直流极线瞬态电压、瞬态电流及空间电磁场数据,可为混合式直流断路器本体研制和后续直流电网工程应用提供技术支撑。     

张北数据港柔性变电站DC/AC变流器关键控制策略

柔性直流输电是实现新能源并网和直流电网的极具潜力的输电方式。文中在张北数据港设计构造了一台柔性直流输电系统用DC/AC变流器。所设计的变流器采用多变流器并联+z型接地变压器结构。为抑制离网下由于负荷特性而造成的输出电压不平衡与输出电压畸变问题,分别提出了变流器输出电压不平衡控制策略与输出电压谐波抑制策略,以保证设备的供电质量。为保证设备的不间断供电并提高设备的供电可靠性,提出一种主动限流控制策略,在设备离网供电模式下电力系统发生短路故障时进行主动限流。最后,搭建了2.5 MW DC/AC变流器进行实验研究。实验结果验证了所提控制策略的有效性。目前,该装置已应用于张北数据港柔性变电站。     

电压源换流器高压直流输电技术最新研究进展

介绍了以电压源换流器、全控型电力电子器件和脉宽调制技术为核心的新型高压直流输电技术,详细阐述了电压源换流器高压直流输电系统的工作原理和关键技术,分析了其技术特点和应用领域,回顾了国外的最新研究进展和工程应用现状,以及在我国的研究动态和应用于风电场并网的首个电压源换流器高压直流输电示范工程建设情况。相关研究表明,电压源换相高压直流输电技术在电力系统中有着广阔的应用前景,是未来输电技术的一个重要发展方向。     

柔性直流输电技术：应用、进步与期望

柔性直流输电技术是构建灵活、坚强、高效电网和充分利用可再生能源的有效途径,代表着直流输电的未来发展方向,已成为新一代智能电网的关键技术之一。概述了国内外柔性直流输电工程的现状以及柔性直流输电技术在交流电网的异步互联、风电场并网、海上平台供电和城市负荷中心供电等领域的应用情况;重点介绍了世界第一个多端柔性直流输电工程———南澳多端柔性直流输电示范工程的研发情况,尤其是其技术难点;指出了直流输电混合化,高电压大容量化,直流输电网络化和直流配电网等未来柔性直流输电技术发展的主要方向;提出了柔性直流输电系统亟待解决的关键问题,诸如具有直流短路故障电流清除能力的电压源换流器拓扑结构,高压直流断路器技术和直流电网运行的基础理论及控制保护技术。     

柔性直流接入对弱受端电网恢复特性的影响及优化措施

随着柔性直流输电系统电压等级和输电容量不断提升,采用电压源型换流器的柔性直流输电技术在我国得到了大量应用,同时其对电网的影响也进一步增强。文中基于PSD-BPA机电暂态仿真软件中新开发的计及故障穿越策略的柔性直流控制系统,比较了不同直流接入方案下弱受端电网受扰恢复特性的差异。在此基础上,分析了柔性直流控制方式、直流传输功率大小以及故障穿越控制策略等因素对换流站动态有功和无功功率特性的影响。最后针对西藏弱受端电网电压稳定问题提出了优化方案,仿真结果表明优化柔性直流故障穿越控制关键参数可以改善弱受端电网故障后的恢复性能。     

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。     

基于电压源换流器的高压直流输电系统的阻尼特性与阻尼控制

利用复数力矩分析方法近似推导了基于电压源换流器高压直流输电(voltage source converter HVDC,VSC-HVDC)系统的电磁力矩,定性分析了VSC-HVDC的快速功率控制可能会导致系统出现电气阻尼变弱或负阻尼现象。在建立包括VSC-HVDC及控制器在内的AC/DC混合系统的动态数学模型的基础上,应用最优控制理论设计了最优阻尼控制器,交直流并联系统数值仿真结果表明该附加阻尼控制方法的有效性。     

±500 kV多端柔性直流输电系统监视功能设计

柔性直流输电系统在交直流系统互联、大规模风光并网等方面具有较强的技术优势,随着高压大容量多端柔性直流输电系统的逐步应用和推广,现有调度主站的监控功能已不能满足其发展需求。文中详细分析了华北±500 k V/3000 MW四端环形柔性直流电网的拓扑结构和关键设备特性,面向半桥型模块化多电平换流器+直流断路器的组网方式,以换流站无人职守为目标,提出了基于主站调度控制系统的监视功能框架,给出了电网建模、信息采集、拓扑分析及智能告警等主要监视模块的功能方案,以支撑对高压大容量柔性直流电网的监视,为后期工程实施提供借鉴。     

IGBT串联均衡控制方法及其高压直流装备应用可行性研究

大功率电力电子技术一般通过器件或模块串联实现高电压耐受,在常规高压直流和早期柔性直流输电换流器中,采用了晶闸管或IGBT直接串联技术。而基于模块级联的换流器技术因具备高扩展能力,成为目前柔性直流输电主流路线,同样也应用于高压直流断路器等设备中。首先,对IGBT器件直接串联的技术进行探讨;然后,分析串联IGBT开关组件在柔性直流输电、高压直流断路器等场合应用的方式,提出对应的设计方案;最后,对设计方案进行分析计算。研究结果表明,在现有的基于级联模块的高压直流断路器设备中,通过采用IGBT直接串联组件,可以有效地降低其体积和成本,但对于柔性直流换流器,该方案没有显著的提升效果。     

基于滑模变结构控制的VSC-MTDC输电系统控制策略研究

以提高电压源型多端直流输电系统运行的可靠性和稳定性为目的,对整个输电系统进行了控制策略的研究。首先通过分析变流站的拓扑结构建立了变流站在dq坐标系下的仿射非线性数学模型,针对该模型采用基于精确线性化解耦的滑模变结构控制方法设计了变流站自身控制器。然后结合直流电压偏差控制和直流电压斜率控制各自的优点,设计了基于直流电压分段控制的多变流站间协调控制器,实现了在主导变流站故障退出后,系统仍能保证直流电压稳定和功率平衡。最后以一个典型的四端直流输电系统为例,在MATLAB/Simulink中建立了详细的模型,通过仿真验证了其具有良好的动态性能,并且通过与传统控制策略对比表明了本控制策略的优越性。     

基于变结构控制的VSC-HVDC非线性附加控制器的设计

一种新型高压直流输电(HVDC)系统是以电压源换流器(VSC)和脉宽调制(PWM)技术为基础的,具有快速、灵活的有功功率和无功功率控制能力,能改善系统的稳定性。对VSC-HVDC系统的附加控制器进行了研究,使其达到抑制系统中区域间的低频振荡的目的。将并联的多机系统等值为两机两区域系统,直流线路功率调节用一阶惯性环节等效,建立了考虑机电振荡的三阶模型;用非线性控制理论设计了基于变结构控制的VSC-HVDC附加阻尼控制器。仿真结果表明VSC-HVDC配备该阻尼控制器后,可显著增加系统振荡阻尼,迅速恢复系统稳定。