双馈入直流输电系统中VSC-HVDC的控制策略

针对多馈入直流输电(multi-infeed direct current,MIDC)系统的稳定性问题,提出将基于电压源换流器的高压直流输电(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)引入到MIDC系统中,用以改善MIDC系统公共连接母线的电压特性。建立HVDC和VSC-HVDC双馈入系统的物理模型,导出相应的数学模型。并通过坐标变换得出VSC功率传输方程的直角坐标形式。采用多变量非线性控制的逆系统方法,设计VSC-HVDC系统的非线性控制器。PSCAD/EMTDC 环境下的仿真实验表明,所设计的VSC-HVDC非线性控制器不仅能有效改善VSC-HVDC的动态特性,而且在交流系统发生扰动时能有效稳定系统电压,减少HVDC逆变站发生换相失败的几率,提高HVDC系统的运行可靠性。     

电网换相换流器和电压源换流器串联组成的混合直流换流器控制和保护研究

基于电网换相换流器和电压源换流器串联的混合直流换流器在克服交流故障时的换相失败和直流故障时的重启动具有优势。分析了该混合直流换流器运行方式、控制策略、电压源换流器保护原理、抵御换相失败原理和直流线路重启过程,认为由该混合直流换流器组成的高压直流输电系统,可克服传统直流和柔性直流输电的主要缺点。当逆变侧的交流系统发生故障时,电压源换流器可提供电压支撑来抑制直流电流增加,缓解电网换相换流器换相失败效应。当直流线路发生故障时,逆变侧电网换相换流器可阻断电压源换流器产生的故障电流,具备直流线路故障重启能力。另外,电压源换流器还为电网换相换流器提供无功功率,从而减少换流站无功设备配置。     

伪双极LCC-VSC型混合高压直流输电系统 向无源网络供电的研究

电网换相换流器高压直流输电系统(Line Commutated Converter based High Voltage Direct Current,LCC-HVDC)在功率传输特性、线路故障时的自防护能力、过负荷能力等方面均优于交流输电,但却无法向弱交流系统和无源网络供电。电压源换流器高压直流输电系统(Voltage Source Converter based HVDC,VSC-HVDC)可实现向无源网络供电的目的,但由于电力电子技术的局限性,VSC-HVDC系统投资成本过高。结合两者的优势,提出了一种新型混合高压直流输电系统(Hybrid High Voltage Direct Current,H-HVDC)。该系统的整流侧为两个6脉动LCC接一交流网络,逆变侧为三相二电平VSC接无源网络。在此基础上,对该H-HVDC的稳态数学模型、启动特性、稳态特性与暂态特性、单极闭锁进行了研究。仿真结果表明,该H-HVDC系统能实现向无源网络供电,且具有较高的稳定性,为混合直流的进一步发展提供了理论基础。     

应用于DFIG风电场的VSC-HVDC控制策略

随着风力发电的快速发展,如何连接风电场和电网成为至关重要的问题.研究了基于双馈感应电机(DFIG)的风电场连接方式及控制策略,通过与交流输电和电流源型高压直流输电(CSC-HVDC)的比较,说明电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)技术在连接风电场与电网方面具有独特优势.在换流站的dq解耦控制基础上,对DFIG与VSC-HVDC的换流站的控制设计进行了研究.利用PSCAD/EMTDC平台对该方案进行了仿真研究.仿真结果表明,该方案可以实现一个换流站连接多台DFIG的结构,并具有良好的控制效果.     

混合双极高压直流输电系统的特性研究

为了充分发挥电网换相换流器高压直流输电系统(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)和电压源换流器高压直流输电系统(voltagesource converter based HVDC,VSC-HVDC)的优势,针对一种新型的混合双极高压直流输电系统(hybrid bipolar basedhigh voltage direct current,HB-HVDC)进行了研究,该系统的正极是传统的12脉动LCC-HVDC系统,而负极是VSC-HVDC系统。建立了由LCC正极和VSC负极组成的混合双极高压直流输电系统的模型,推导了其在稳态时的数学模型,并设计了正负极之间的协调控制策略。在PSCAD/EMTDC环境下对HB-HVDC系统的稳态和暂态运行特性进行了研究分析。最后对HB-HVDC系统和闭锁负极VSC-HVDC后LCC-HVDC系统的运行特性进行了对比研究。结果表明:HB-HVDC系统可以更好地调节交流母线电压,减少LCC极换相失败的可能性,并且具有快速的故障恢复能力;同时也证明所设计的协调控制策略可以有效地改善HB-HVDC系统的稳态和动态特性。     

一种适用于风电场送出的混合型高压直流输电系统拓扑

混合型高压直流输电系统两端分别由传统电网换相换流器(LCC)和电压源换流器(VSC)构成,是一种新型拓扑,可以合理结合二者的优点,具有广泛的应用前景。其运行特性、控制策略和故障特性等方面不同于LCC高压直流输电系统和VSC高压直流输电系统,有必要对其进行研究分析。文中研究了整流侧采用VSC、逆变侧采用LCC的混合型高压直流输电系统,设计了不同的控制策略,在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC下进行了正常和故障情况下的仿真,对比采用不同控制策略时对系统换相失败的影响和故障恢复特性,选择了适用于此类系统的最优控制策略。     

MMC-LCC混合直流输电系统分段下垂控制策略

由模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)和电网换相换流器(line commutated converter,LCC)构成的混合直流输电系统中,LCC换相失败严重影响系统的安全稳定运行。文中首先分析MMC-LCC混合直流输电系统换相失败时的电流特性以及交直流电压特性。其次,考虑调制比对半桥型MMC的影响,采用MMC电压改善控制策略拓展电压调制比的可行域。然后,提出MMC电压分段控制策略,根据交流电压跌落程度的不同,分别设计直流电压参考值的调节方法,优化混合直流输电系统电压控制逻辑,实现MMC电压在正常运行与故障情况下的有效切换。最后,在MATLAB/Simulink中搭建MMC-LCC混合直流输电系统模型,对交流电压不同跌落程度进行仿真,结果表明所提控制策略能在实现故障穿越的同时提高直流电压控制精度,增强系统稳定性。     

轻型高压直流输电技术应用于水电送出初探

分析了采用绝缘栅双极型晶体管等全控型功率器件的轻型高压直流输电技术,与传统的高压直流输电技术比较,轻型高压直流输电技术在系统稳定性、功率控制、提高水力发电的能量利用效率等方面都更具优越性,能更方便、可靠、经济地输送电能,探讨了这种输电技术用于水电送出所具有的优点及可能出现的一些问题。     

海上风电直流送出与并网技术综述

随着深远海风电开发利用的快速发展,风电直流送出与并网成为技术热点.针对风电交流汇集直流送出、低成本直流送出、多端直流送出和多电压等级直流送出技术,全面论述了海上风电直流送出技术在系统拓扑、装备、控制与保护方面的现状和存在的问题,以及研究热点和发展趋势,指出海上风电场集群共享直流集中送出是近期的主流方案,系统的宽频振荡是亟待解决的问题,使整体系统体现主导电源特征是关注的热点.为降低成本,基于二极管整流送出的技术路线具有良好的预期,但纯二极管整流送出需要风电机组的改进.海上风电多端直流并网系统的成熟依赖于低成本直流断路器和暂态控制保护技术的进步,而海上风电多电压等级直流并网系统尚缺乏直流变压器等关键装备的支撑.     

基于DFIG风电并网的VSC-HVDC电压稳定性分析

研究了基于双馈感应电机(doubly-fed induction generator,DFIG)的电压源高压直流输电(voltage source conveyor-high voltage direct current,VSC-HVDC)系统的风电并网技术.为解决风电并网运行存在的电压稳定性的问题,通过对风电机组无功...     

带分散风机控制和直流输电的海上风电场并网控制

研究了带分散风机控制和直流输电的海上风电场并网控制,利用基于功率控制的方法对HVDC Light系统并网控制进行了仿真,实现了双侧独立控制,风机侧由多台分散风机各自带换流器组成,通过并联多台风机从而提高系统传输容量和可靠性,风机侧换流器分别采用基于滞环比较的功率控制算法,而系统侧换流器采用基于虚拟磁链的直接功率控制.仿真结果证实了基于该算法的HVDC Light系统连接大型海上风电场可以正常稳定地运行,多台换流器对有功功率和无功功率分别进行协调控制,并且可以满足系统不同的无功需求,而当风速变化时,风机侧可平滑调整输出功率的大小,并无损耗稳定地输送到系统侧.     

用于离岸风场高压直流输电的并网型多电平拓扑研究(英文)

提出一种新型的风力发电变换器拓扑结构。可用于离岸型海上风电场,并可采用高压直流输电的方式接入电网。其中,离岸部分包括5个单元结构,每一个单元结构均由一个永磁同步电机(permanent magnet synchronous generators,PMSG)和一个三电平中点钳位(3-level neutral pointclamped,3L-NPC)变换器组成,通过最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)算法控制3L-NPC变换器,进而控制PMSG运行速度。离岸平台由半桥结构串联组成,用于平衡各离岸单元电压并控制总体直流侧电压为给定值。超高压直流电缆将被用于离岸侧和岸侧的功率传输。在岸侧,采用一种模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)实现直流到交流的逆变,并将系统接入电网。     

微电网中双馈感应风力发电系统控制方法研究

提出一种微电网中双馈感应风力发电系统的控制方法。并网运行时双馈感应发电机(DFIG)捕获最大风能,并采用灵敏度分析方法调整输出的无功功率来抵消有功功率变化引起的电压波动;孤岛时DFIG以电压幅值和频率可控的方式运行,并模仿下垂特性直接与其他采取下垂控制的分布式电源配合。仿真结果表明,所提方法能够调节微电网的有功功率平衡,并维持系统的电压稳定,在并网及孤岛运行状态下都能够保持微电网的平稳运行。     

海上风电场并网柔直系统的故障穿越协调控制策略

分析了基于H桥换流单元与集中式斩波电阻的多电平集中式卸荷电路(dynamic braking resistor,DBR),介绍了其结构拓扑、参数设计与控制方法,并对比模块化多电平卸荷电路,验证其故障穿越(fault ridethrough,FRT)性能。针对海上风电场并网柔性直流输电系统,结合双馈与永磁直驱风场侧换流站的交流电压降压法,利用风电机组(wind turbine generator,WTG)自身功率调节能力,设计FRT协调控制策略,在保证系统故障穿越性能的前提下,缩减卸荷电路所需容量,适用于高压大容量场合。依据德国已投运Borwin1工程的参数,在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件中搭建三端柔性直流输电系统模型,验证了所提协调控制策略具有良好的FRT控制效果。     

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.     

海上风电柔性直流输电变流器的研究与开发

基于可关断电力电子器件和PWM技术,结合海上风电场长距离直流输电的特点,对海上风电柔性直流输电变流器进行了分析和研究.根据变流器主电路拓扑结构建立了系统在三相静止abc坐标系和两相旋转d-q坐标系下的数学模型;变流器控制系统采用双闭环控制,选取前馈解耦控制策略对电流内环的有功、无功电流进行解耦;同时引入电流状态反馈和网侧电压前馈补偿,提高了系统的动态性能和抗干扰能力;系统采用五段式空间矢量PWM调制方法,有效地降低了开关频率,减少开关损耗.仿真结果证明,该变流器适用于海上风电场柔性直流输电系统.     

A multi-terminal HVDC transmission system for offshore wind farms with induction generators

Voltage source converter, multi-terminal HVDC transmission (MTDC) for the connection of large offshore wind farms to the terrestrial grid is investigated. Induction generators without the need of wind turbine converters are installed in the wind farms due to the supports from the voltage source converters of the HVDC. A control system is designed which incorporates the voltage–current characteristics of the voltage source converters and the power reduction from the wind turbines during a fault. During normal operation, grid side converters control the DC voltage and coordinate the power sharing to the terrestrial grids. During abnormal operation, wind farm side converters take over the DC voltage control and coordinate the power reduction between wind farms. The control system removes the requirement for fast communication between the converters and achieves automatic coordination. The dynamic performance of a MTDC with the control system is tested through simulations using PSCAD/EMTDC.     

大型DFIG风电场的LCC-HVDC并网及控制

针对大型双馈感应发电机(DFIG)风电场的相控换流器高压直流输电(LCC-HVDC)并网,分析了一种新型拓扑结构,其特点为由STATCOM稳定整流侧交流母线电压,为风电场中的DFIG提供定子励磁并保证整流器正常换向;由整流器跟踪风电场发出的有功功率,并将其送至高压直流母线.给出了该系统在同步旋转坐标系下动态数学模型,通过模型分析可知STATCOM具有非线性强耦合特性而整流器具有非仿射非线性特性.根据这2个方面特点,提出了系统控制策略:针对STATCOM模块,采用反馈线性化方法设计了动态解耦矢量控制器,完成整流侧交流母线电压和频率的控制.针对整流器模块,采用逆系统控制方法完成电流内环设计;以STATCOM直流侧电压为风电场与负载功率平衡指示,基于近似功率平衡动态模型完成电压外环的设计.经Matlab/Simulink仿真验证,系统能够顺利完成黑启动,且具有精确的功率跟踪和快速的功率响应能力.     

Horns Rev海上风电场探析

海上风电场是风电行业的一个发展方向,介绍了世界首座大型海上风电场Horns Rev的基本建设状况、环境影响、运行故障及经验总结等多个方面.具体聚焦了Horns Rev的风机、电缆、变电站等基础建设内容,物理环境、生物环境、人类活动等环境影响情况、以及运行故障、补救方式、经验教训等情况.     

Loss evaluation of HVAC and HVDC transmission solutions for large offshore wind farms

This paper presents a comparison of transmission losses for different technical transmission solutions for large offshore wind farms. Three technical solutions are analyzed, i.e. HVAC, HVDC Line Commutated Converter (LCC) and HVDC Voltage Source Converter (VSC). The losses for each technology are calculated for wind farms with different ratings and various distances to shore. In addition, solutions with combinations of two and the three different transmission technologies are analyzed and compared. Based on this comparison, further analysis regarding the economical feasibility can be performed in order to determine the most economic solutions for the transmission system of an offshore wind farm.