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。     

含风电的混合直流输电并网系统暂态特性分析

为了提高直流输电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LCC-二极管-MMC混合直流输电并网系统,研究该系统的并网暂态运行特性,其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)。为解决MMC无法清除直流故障的问题,在逆变侧的直流出口处加装大功率二极管以阻断故障电流通路。在MATLAB/Simulink平台搭建LCC-二极管-MMC风电并网仿真模型,通过设置直流及并网点接地故障,仿真分析LCC及MMC的各种优越性。研究结果表明:该系统不存在逆变侧换相失败的问题且发生直流故障时系统中大功率二极管能够阻断故障电流通路,在故障期间逆变侧直流电压也无突增现象且有功功率波动极小,从而增强了系统的暂态稳定特性。     

一种适用于LCC-LCC+FBMMC串联混合型直流输电系统的启动策略

文章中的串联混合型直流输电系统的整流侧采用电网换相换流器(line commutated converter,LCC),逆变侧采用LCC与全桥型模块化多电平换流器(full bridge submodule based modular multilevel converter,FBMMC)。首先,建立了该混合型直流输电系统的数学模型,为了保证系统的安全稳定启动,设计了相应的协同控制策略,并提出了一种适用于整流侧采用LCC与逆变侧采用LCC与FBMMC(line commutated converter-full bridge submodule based modular multilevel converter,LCC-LCC+FBM M C)的串联混合型直流输电系统的3阶段启动策略:第1阶段,先将整流和逆变侧的LCC闭锁,逆变侧的FBMMC带限流电阻进行不控充电以建立部分直流电压;第2阶段,将限流电阻旁路,并解锁逆变侧FBMMC,在定直流电压控制器作用下使FBMMC直流电压充电至额定值;第3阶段,解锁两侧的LCC,在整流侧定直流电流和逆变侧定直流电压控制器作用下,系统直流电流和直流电压逐渐上升至额定值,至此启动过程完成。最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下建立LCC-LCC+FBMMC串联型混合直流输电系统的仿真模型,验证了所设计的混合直流输电系统启动策略的有效性。     

LCC-HVDC直流控制模式对混合双馈入直流系统运行特性的影响

建立了含LCC和VSC换流器的混合双馈入直流系统电磁暂态仿真模型。基于换相失败免疫性指标,在VSC-HVDC采用定交流电压控制条件下,分析了LCC-HVDC在3种不同条件下的换相失败抵御能力。1)电流-关断角模式:整流侧定直流电流控制,逆变侧定关断角控制。2)电流-电压模式:整流侧定直流电流控制,逆变侧定直流电压控制。3)功率-关断角模式:整流侧定直流功率控制,逆变侧定关断角控制。同时,改变VSC-HVDC和LCC-HVDC之间的联络线长度,研究了电气距离对LCC-HVDC换相特性的影响。基于故障恢复时间指标,对比了上述3种控制模式下LCC-HVDC的短路故障恢复特性。研究发现LCC和VSC电气联系紧密时,LCC采用电流-电压模式时其换相失败抵御能力和故障恢复能力优于其余2个控制模式,电气联系不紧密时则相反。结论可以为混合双馈入直流输电系统中LCC-HVDC控制方式及馈入落点的选取提供理论指导。     

特高压混合级联直流输电系统抑制逆变站后续换相失败的无功功率调控方法

特高压混合级联直流输电系统在逆变侧采用了电网换相换流器(line-commutated-converter,LCC)和模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)串联的结构,其中LCC在逆变侧交流母线发生故障时易发生换相失败。首次换相失败通常难以抑制,为了抑制后续换相失败,文中提出了一种逆变站MMC的无功功率调控方法。该方法首先获取逆变站LCC关断角变化量,将其转化为无功补偿量补偿至多个MMC的无功外环控制,增加MMC输出的无功功率来支撑交流母线电压,达到抑制后续换相失败的目的。研究了无功功率调控方法控制参数的设计原则,在PSCAD/EMTDC中搭建了相应的仿真模型,对所提出的无功功率调控方法在三相故障和单相故障以及不同短路比及故障严重程度下的有效性进行了仿真验证,仿真结果表明无功功率调控方法不仅能够有效减小特高压混合级联直流系统发生后续换相失败的概率,而且可以改善故障过程中及故障恢复期间系统的暂态特性。     

混合级联型多落点直流输电系统交流系统故障协调控制策略

混合级联型多落点直流输电系统整流侧为换相换流器（LCC）,逆变侧为LCC和模块化多电平换流器（MMC）组串联的拓扑结构,可以有效抑制换相失败,具备大容量功率传输的优势。建立了单极混合级联型多落点直流输电系统,针对系统中LCC送受端交流故障引发的直流功率降低、逆变侧换相失败以及受端低端MMC子系统产生的功率反向问题进行了研究,提出了一种提升系统稳定性的协调控制策略。该策略通过改变逆变侧直流电压来维持交流系统故障后功率传输的稳定性,可防止受端MMC功率反送。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提协调控制策略的有效性。     

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。     

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。     

混合级联UHVDC系统换相失败抑制分析

换相失败是基于电网换相换流器的特高压直流输电系统中最常见的故障类型之一。近年来新投运的混合级联特高压直流输电系统的逆变侧仍包含电网换相换流器,因此换相失败无法避免。首先,在分析电网换相换流器触发调节过程的基础上,明确了换相失败控制的投入时刻是影响换相失败抑制效果的关键因素;进一步地,结合白鹤滩—江苏混合级联特高压直流输电受端的结构特点和接入交流系统方式,分析了混合级联拓扑下的换相失败抑制新思路;最后,提出可充分利用逆变侧电压观测点增加、模块化多电平变换器所连接母线的电压响应更为灵敏的特点,来加快换相失败控制的投入速度,提升系统的换相失败抑制性能。基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了该分析的正确性。     

适用于海上风场并网的混合多端直流输电技术研究

针对海上风电并网的需求,提出了采用VSC换流器连接海上风场和弱受端交流系统,LCC换流器连接较强交流系统的混合多端直流输电系统拓扑结构,并对一个混合5端直流输电系统进行了详细研究。分析了5个换流器的电压电流控制特性,设计了直流系统控制策略,研究了系统在风速波动、逆变侧VSC和LCC分别出现三相短路故障以及直流线路故障时系统的动态响应特性,仿真结果表明所提出的混合多端直流输电系统具有较好的运行特性,可以适应海上风电并网的需求。