串联混合型直流输电系统的小信号模型及其稳定性研究

针对高压端采用电网换相换流器(linecommutated converter,LCC)、低压端采用模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)串联构成的串联混合型直流输电系统,该文建立了其状态空间及小信号模型。推导LCC与MMC在交、直流侧的数学模型,换流站间及换流站与交直流系统间的接口模型,建立包含LCC、考虑详细内部动态特性的MMC、直流输电线路、交流系统的串联混合型直流输电系统状态空间模型及对应的小信号模型,并与电磁暂态仿真模型的动态响应特性进行对比,验证所提建模方法的准确性。研究了受端交流系统强度对串联混合型直流输电系统小信号稳定性的影响,结果表明高压端LCC和低压端MMC之间的耦合作用在一定程度上降低了弱交流系统下串联混合系统的稳定裕度。     

LCC-MMC串联混合型直流输电拓扑在大规模纯新能源发电基地送出中的应用研究

“十四五”期间我国需要大力开发清洁能源基地,需要通过特高压直流输电技术实现远距离大容量输电,电网换相换流器（line commutated converter,LCC）串联模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）的混合型直流输电拓扑是一种非常有潜力的解决方案。为了验证该拓扑...     

适应能源基地多点外送的三端混合直流输电系统组网方案探讨北大核心

受直流断路器研制和多端协调困难的限制,电网换相换流器(line commutated converter,LCC)型多端直流系统发展十分缓慢。全控型器件和新型电压源换流器拓扑结构的出现,尤其是模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的推广和应用,为多端直流的发展带来了新的机遇。本文针对能源基地的多落点电力外送问题,对三端直流的各种可行的组网方案进行了分析探讨,比较了它们的优劣。推荐使用结合LCC型和电压源换流器(voltage source converter,VSC)型的混合式多端直流输电方式,该方式既可规避受端换流站的换相失败风险,又可解决LCC型多端直流电流指令难以协调的难题,具有重大经济技术意义。     

三种MMC-HVDC直流故障处理方法下电力系统暂态稳定性分析

首先介绍在远距离大容量输电场合,3种基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)拓扑及其处理直流故障的方法:基于半桥子模块(half bridge sub-module,HBSM)的HMMC-HVDC跳换流站交流侧断路器,基于箝位双子模块(clamp double sub-module,CDSM)的CMMCHVDC通过换流器控制实现直流侧故障自清除,以及基于电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和MMC的混合拓扑在MMC直流出口处加装大功率二极管(LCC-D-MMC-HVDC)。然后,在由MMC-HVDC和交流线路构成的交直流并列简化系统中,基于等面积法则,对上述3种直流故障处理方法的暂态过程进行理论分析,并提出评价指标。最后通过仿真验证了分析结果。     

基于MMC拓扑的电力电子变压器研究综述

模块化多电平电力电子变压器将模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)与电力电子变压器(power electronic transformer,PET)相结合,在中高压大功率电能变换领域展现出广阔的应用前景。文中重点聚焦基于MMC拓扑的PET,首先回顾PET的发展历程,然后分别从系统级拓扑和MMC子模块拓扑两个方面对国内外最近研究进展进行归纳整理和分析对比。在此基础上,总结模块化多电平PET的控制架构、控制方法和故障隔离与容错策略。最后,探讨模块化多电平PET存在的关键问题和拓展研究方向。     

适应能源基地多点外送的三端混合直流输电系统组网方案探讨

受直流断路器研制和多端协调困难的限制,电网换相换流器(line commutated converter,LCC)型多端直流系统发展十分缓慢。全控型器件和新型电压源换流器拓扑结构的出现,尤其是模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的推广和应用,为多端直流的发展带来了新的机遇。本文针对能源基地的多落点电力外送问题,对三端直流的各种可行的组网方案进行了分析探讨,比较了它们的优劣。推荐使用结合LCC型和电压源换流器(voltage source converter,VSC)型的混合式多端直流输电方式,该方式既可规避受端换流站的换相失败风险,又可解决LCC型多端直流电流指令难以协调的难题,具有重大经济技术意义。     

±800kV多落点LCC-MMC直流系统控制器建模

结合线换相换流器和模块化多电平换流器直流输电各自的优点,在电力资源丰富的地区采用适用于高压大容量的LCC作为输送端电能汇集换流站,在受端的高负荷集中区域采用LCC换流站逆变成交流提供电能,对于负荷相对较小的其他区域采用多落点的MMC换流站进行逆变,以灵活分配电能。针对采用上述拓扑的±800kV白鹤滩水电直流输送工程,提出了一种适用于多落点LCC-MMC系统的协调控制策略,并在PSCAD上搭建了白鹤滩直流工程单极模型,实验证明混合系统可以平稳启动,传输功率时系统运行稳定,验证了所提出控制策略的有效性。     

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。     

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。     

LCC-MMC混合级联型直流输电系统受端接线和控制方式

基于某规划直流工程,分析了基于电网换相换流器（line commutated converter, LCC）和模块化多电平换流器（modular multileve converter, MMC）的混合级联型输电系统受端接线和控制方式。具体考虑因素包括接入受端交流系统的形式（集中接入或分散接入）,逆变侧并联MMC的控制方式（定直流电压或定有功功率）,以及多端接入条件下LCC和MMC换流站建设形式（合站建设或分站建设）。结果显示：分散接入有助于减小逆变侧交流故障下LCC和MMC在直流侧的交互影响;并联MMC均采用定直流电压控制有助于MMC交流侧故障后系统快速恢复稳定,且利用电流均衡控制策略能够消除潜在器件参数偏差导致的电流分配不对称现象;合站建设有助于减小直流故障风险,提高系统可靠性并降低投资成本。     

适应大规模新能源友好送出的直流输电技术与工程实践

随着能源转型需求增长及新能源快速发展,中国能源结构与电力系统结构正面临着巨大变革。为了适应大规模新能源送出需求,构建以新能源为主体的新型电力系统,迫切需要研发应用灵活可靠的输电技术,基于电力电子设备的直流输电技术重要性日益凸显。目前,中国正在应用的直流输电技术包括常规直流输电技术、柔性直流输电技术及混合直流输电技术。文中基于中国直流输电技术发展和工程实践,归纳分析了大规模新能源经直流送出技术在工程应用中的关键问题,探讨了若干技术方向,为新能源送出技术发展提供了参考。     

面向高压直流输电的电流源型主动换相换流器研究综述

采用自关断功率半导体器件的电流源型主动换相换流器(actively commutated converter,ACC)具有有功与无功功率可解耦、不存在换相失败、无需大量储能电容等特点,在高压直流输电领域具有较好的应用前景。该文针对适用于高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)的ACC功率半导体器件及其均压方法、电路拓扑、调制方法、功率特性、控制策略、故障及保护方法等进行调研和分析。结合具体实例,将ACC与现有HVDC的2种换流器,即电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)进行对比分析。同时,对ACC的潜在应用、存在的问题以及发展的方向进行总结和归纳。     

混合级联多端直流输电系统的功率协调控制策略

针对一种整流侧采用电网换相换流器（LCC）,逆变侧采用LCC与多个模块化多电平换流器（MMC）串联的混合级联多端直流输电系统进行了研究。为解决目前已有的控制策略无法对逆变侧各换流站输送功率进行独立控制的问题,为逆变侧换流器设计了附加功率的协调控制策略,实现了对有功功率的独立灵活控制和MMC之间的功率互相支援,并为系统设计了故障控制策略。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了该直流输电系统模型并对所提出的协调控制策略进行了仿真验证。结果表明,附加功率的协调控制策略能够实现对逆变侧各换流器输送有功功率的独立控制,并且在系统发生故障后具有良好的故障恢复特性。     

适用于±500kV/3000MW柔性直流输电换流器的电路拓扑损耗特性研究

电网异步互联和可再生能源装机容量增加的现实需求,推动柔性直流输电系统已经达到3000MW的级别。当前,受功率半导体器件发展水平所限,需要设计组合式模块化多电平换流器(MMC)拓扑实现柔性直流输电系统的扩容。但是,不同组合方式下系统参数设计以及所适用IGBT器件类型差异很大,这对多变量下的组合式换流器损耗特性研究提出了挑战。本文首先提出了一种单台MMC的损耗计算方法,然后推导了组合式MMC的损耗计算解析表达式。在此基础上,对比分析了采用4500V/1500A和4500V/3000A IGBT器件的情况下,四种适用于±500kV/3000MW柔性直流输电换流器的组合式MMC拓扑损耗特性。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,四种拓扑中并联式MMC拓扑的损耗最小,验证了损耗特性分析的正确性。     

特高压混合级联多端直流输电系统的协调控制策略研究

逆变侧采用电网换相换流器(LCC)和模块化多电平换流器(MMC)串联组成的特高压混合级联多端直流输电系统,为特高压直流输电提供了一种更为经济、灵活、快捷的输电方式。基于现有直流电网的协调控制策略,文中对受端MMC阀组之间的协调控制策略进行了深入的分析研究,并考虑了5种协调控制策略。然后,在PSCAD/EMTDC中,对上述5种策略遭受不同故障的响应特性分别进行仿真,故障包括送端交流故障、直流线路故障、受端LCC交流故障、受端MMC1交流故障及MMC1紧急闭锁退出。最后,基于仿真结果,对上述5种协调控制策略的适用性进行了对比分析。仿真结果表明:策略1和策略3遭受各种故障均能有效穿越;策略2、策略4和策略5在遭受直流线路故障时均发生不同程度的功率倒转,需要采取措施抑制。     

向无源网络供电的LCC-MMC混合直流输电系统控制策略

电网换相换流器和模块化多电平换流器(LCC-MMC)混合直流输电系统兼顾了两种换流器的技术优势和经济优势,具有较好的应用前景。无源网络装设容性滤波装置能够起到平滑交流电压波形、提供电压支撑等作用。首先通过理论推导,建立了含容性滤波装置的模块化多电平换流器数学模型,基于dq理论,提出了模块化多电平换流器的无源解耦控制策略。针对送端电网换相换流器侧交流故障可能导致的功率中断等问题,从电网换相换流器和模块化多电平换流器的控制机理出发,分析了故障阶段及故障后的系统响应特性,并进而提出了送端交流故障穿越附加控制策略。为验证上述控制策略的有效性,在PSCAD/EMTDC内建立了一个LCC-MMC混合直流输电模型。通过受端电压频率变化和送端交流故障仿真,验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

适用于电压源换流器型高压直流输电的模块化多电平换流器最新研究进展

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)为多电平换流器家族中的一员,其技术特点非常适用于电压源换流器型高压直流(voltage source converter high voltage direct current,VSC-HVDC)输电领域。为了分析MMC的最新研究进展,首先介绍了MMC的拓扑电路及其工作原理,分析了其技术特点和应用领域,比较了其相对于传统2电平和3电平VSC拓扑的优势所在。然后分别从MMC的数学模型、调制策略、子模块电容均压、预充电、内部环流、控制方面、换流阀试验以及其在VSC-HVDC系统中的工程应用等方面,回顾了MMC目前在国内外的最新研究进展和工程应用现状,并指出了MMC自身的缺点和今后亟待研究的关键问题。已有的研究表明,MMC在电力系统中有着广阔的应用前景,是未来高压直流输电技术的一个重要发展方向。     

弱电网下采用SVC与SVG补偿后新能源并网变换器的功率传输特性分析

在大规模新能源集中接入电网时,因弱电网线路的无功消耗会导致新能源并网点电压下降。为保证新能源的有效送出,在新能源并网点会集中接入SVC/SVG等无功补偿装置。然而,无功补偿对新能源并网变换器在弱电网条件下功率传输能力的提升力度及关键影响因素尚不明确。该文以新能源并网变换器为研究对象,首先分析它在不考虑无功补偿条件下并入弱电网时的功率传输特性,并重点探讨其极限输出功率的形成机理及其关键影响因素;其次,分析所接入的2种典型无功补偿装置(静止无功补偿器(static var compensator,SVC)和静止无功发生器(static var generator,SVG))的工作机理,研究考虑无功补偿后新能源并网变换器的功率传输特性,并分析其极限输出功率与短路比、无功补偿装置容量、无功补偿装置类型的约束关系;最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证论文理论分析的正确性。     

基于模块化多电平技术的广义有源电力滤波器

为克服传统广义有源电力滤波器(GAPF)的缺点,提出了一种采用模块化多电平技术的GAPF(GAPF/MMC),提高了装置的电压等级和波形质量。详述了GAPF/MMC的拓扑结构、工作原理、控制方法及调制策略,给出了子模块电容电压的平衡方法。试验结果表明,GAPF/MMC在实现综合补偿的基础上可有效降低输出电压的谐波含量和网侧滤波电抗的容量、功耗,适合在高压大功率领域中应用。