风电经双极混合型MMC-HVDC并网的直流故障穿越协调控制策略

架空线MMC-HVDC是大规模风电友好型并网和可靠送出的有效手段。针对架空线故障率高的问题,采用对称双极接线方式和具备故障阻断能力的混合型MMC是其主要解决方案之一。基于此方案提出了风电经双极混合型MMC-HVDC并网的直流故障穿越协调控制策略。通过混合型MMC零直流电压控制实现了故障电流的有效阻断,并维持了故障极MMC对交流电压的支撑能力。基于对称双极接线方案运行方式灵活的特点,根据故障极功率能否被非故障极完全吸收,分别提出了自吸收和非自吸收工况下非故障极MMC的控制策略及其参数调整原则。并基于风电场频率响应能力设计了无需通信的精确减载控制策略,以实现非故障极MMC满载运行,在维持系统安全稳定运行的同时降低对受端交流系统的影响。最后,基于Matlab/Simulink搭建并网系统模型,验证了所提直流故障穿越协调控制策略的有效性。     

接入新能源孤岛系统的双极柔性直流系统盈余功率耗散策略

大容量新能源电能采用孤岛方式通过双极柔性直流系统送出具有广阔的应用前景。文中对存在的非故障极过负荷和直流过电压情况下的功率盈余特性进行了分析,提出了分组交流耗能电阻方案,分别设计了送端换流器故障和直流过压下的功率盈余控制策略,通过分组交流耗能电阻的精确投切避免功率盈余引起双极柔性直流系统停运。通过四端柔性直流电网实时数字仿真器(RTDS)和EMTDC仿真系统,对提出的2种功率盈余控制策略进行验证。仿真结果表明,所提策略能够实现功率盈余工况下的故障穿越,避免故障范围扩大。     

具有直流故障阻断能力的电流主动转移型MMC

具有直流故障阻断能力的模块化多电平换流器(MMC)是柔性直流输配电技术的重要支撑设备.针对传统半桥型MMC无法阻断直流短路故障的问题,通过结合现有的故障阻断方案,提出了具有直流故障阻断能力的电流主动转移型MMC.该拓扑增加了断流支路、桥臂阻断支路以及能量吸收支路.直流故障发生后,通过断开断流支路,一方面主动转移故障电流...     

风电接入真双极MMC-MTDC系统直流故障穿越协调控制策略

由于柔性直流输电系统通常采用架空线进行直流输电,其故障发生率较高。当系统发生单极短路接地故障后,通过真双极接线方式可将故障极不平衡功率转带给非故障极。根据换流站的功率裕度将不平衡功率分为自消纳和协同消纳情况,针对自消纳情况,通过送端双极换流站间的功率转带即可实现故障穿越;针对协同消纳情况,设计换流站及耗能电阻间的协调控制策略,考虑到耗能电阻投入时长有限,采用后续风机切机的方式减少直流系统内不平衡功率。最后,通过PSCAD验证了所提控制策略的有效性。仿真结果表明,该策略能有效避免故障范围的扩大,确保系统的安全运行。     

风电接入真双极MMC-MTDC系统直流故障穿越协调控制策略

由于柔性直流输电系统通常采用架空线进行直流输电,其故障发生率较高。当系统发生单极短路接地故障后,通过真双极接线方式可将故障极不平衡功率转带给非故障极。根据换流站的功率裕度将不平衡功率分为自消纳和协同消纳情况,针对自消纳情况,通过送端双极换流站间的功率转带即可实现故障穿越;针对协同消纳情况,设计换流站及耗能电阻间的协调控制策略,考虑到耗能电阻投入时长有限,采用后续风机切机的方式减少直流系统内不平衡功率。最后,通过PSCAD验证了所提控制策略的有效性。仿真结果表明,该策略能有效避免故障范围的扩大,确保系统的安全运行。     

半/全桥混合型DC Chopper拓扑及其控制策略

DC Chopper能在海上风电柔性直流输电系统主网侧发生短路故障时耗散系统的盈余功率,并实现故障穿越.针对全桥型集中式模块化DC Chopper使用IGBT和二极管数目多的问题,提出了一种半桥/全桥混合型集中式模块化DC Chopper拓扑.该拓扑采用半桥子模块替换桥臂中一部分仅起到电压支撑作用的全桥子模块,并根据桥臂电流单向性的特点,省略掉子模块中部分IGBT,仅保留其反并联二极管,大幅降低了设备的成本.在此基础上,针对现有的集中式模块化拓扑控制策略精确度低的问题,进而提出了一种利用方波正半波幅值调节耗散功率、利用占空比平衡桥臂能量的控制策略,实现了对耗散功率和桥臂能量的精确控制.在Matlab/Simulink中开展了海上风电柔性直流输电系统故障穿越的仿真研究,验证了所提出的DC Chopper拓扑及控制方案具有良好的故障穿越效果.     

风电经架空线双极MMC-HVDC并网的直流故障穿越协调控制策略

采用架空线柔性直流输电技术进行远距离输电是大规模风电场友好型并网的有效手段。针对架空线路易发生故障的问题,采用对称双极主接线并配置直流断路器是其主要解决方案之一。该文基于双极接线方案运行方式灵活及直流断路器的故障清除能力,提出风电经架空线基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(modularmultilevelconverterbased high voltage direct current,MMC-HVDC)并网的直流故障穿越协调控制策略。根据非故障极的功率转带能力,将故障清除后的不平衡功率分配划分为自消纳情景和非自消纳情景。针对自消纳情景,通过合理切换双极MMC的控制模式,可在提高非故障极功率转带能力的同时自主消纳不平衡功率,进而有效降低转移功率的影响范围;针对非自消纳情景,设计考虑风机转速约束的风电场超速减载协调控制策略,优化分配各风电机组承担的减载功率,充分利用其转子动能和捕获风功率的变化实现精确减载;同时通过控制模式切换使非故障极MMC自主运行于满载状态,减小单极退出运行对受端交流系统的影响。最后,基于Matlab/Simulink仿真模型验证所提直流故障穿越协调控制策略的有效性。     

基于半桥子模块的直流卸荷装置

海上风电柔性直流(柔直)送出系统所接入的陆上交流电网发生故障后,风电场持续输出的盈余功率会造成直流过电压。解决盈余功率最有效的手段是采用卸荷装置对盈余功率进行泄放。文中针对功率器件直接串联的集中式直流卸荷装置投退功率冲击大、器件同时开断难以及分布式直流卸荷装置成本高的问题,提出基于半桥子模块的集中式直流卸荷装置方案,并研究所提拓扑的参数设计方法与控制策略。该方案可以克服大规模功率器件直接串联的技术困难和风险,还可以通过子模块逐步投切降低电阻电压变化率,从而降低功率泄放对直流系统的冲击以及卸荷电阻的制造难度。与分布式直流卸荷装置相比,文中方案仅采用集中式电阻而省去了子模块中的泄放支路,大幅降低设备成本。在PSCAD平台进行海上风电柔直送出系统故障穿越仿真,结果表明所提集中式直流卸荷装置拓扑及控制方案具有良好的性能。     

半桥型MMC直流侧故障恢复过程过流机理及抑制方法

直流侧发生短路故障后,半桥型模块化多电平换流器（MMC）易闭锁,故障恢复期间不当解锁导致桥臂过流,MMC存在连续闭锁风险,引发系统性安全问题。针对该问题,文中理论分析了故障恢复期间绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的解锁过流机理,并提出了一种新的故障恢复控制。首先,指出欠阻尼状态的故障回路必然导致IGBT闭锁。其次,揭示了故障恢复期间IGBT解锁过流的根源是直流侧和交流侧的压差。进一步,提出了故障恢复控制,在闭锁期间切除功率外环,抬高交流侧调制波以减少压差,抑制桥臂电流。计及闭锁期间子模块电容电压和重合闸时序,构建了自适应外环参考值曲线,解决功率盈余造成的过压问题。结果表明,和现有串联交流侧启动电阻方法相比,在不同工况下所提故障恢复控制最低可将桥臂电流峰值由1.57 p.u.降至0.79 p.u.,解锁后调控功率侧MMC直流电压为额定值,有助于加快故障恢复。     

具备直流故障清除能力的电流转移型模块化多电平换流器

针对典型的半桥型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)无法阻断直流故障电流的问题,提出具备直流故障清除能力的电流转移型MMC(currenttransferringMMC,CT-MMC)拓扑。CT-MMC是在半桥型MMC拓扑基础上,增加断流支路、能量吸收支路和桥臂转移支路3部分支路。在系统发生直流短路故障时,通过断流支路迅速断开换流器与故障线路的连接,再通过桥臂转移支路和能量吸收支路吸收故障电流,从而快速清除直流故障。该文建立CT-MMC拓扑,详细分析其故障清除过程,给出主要参数的选取方法,并对该拓扑的经济性进行分析,相对于半桥型MMC,CT-MMC仅增加少量开关器件和电阻及一个超快速机械开关,且通态损耗非常低。基于RT-LAB OP5600仿真平台搭建双端51电平MMC-HVDC系统模型,仿真结果表明,所提拓扑能够在故障发生几百μs内迅速隔离子模块,保护电力电子器件不受损坏,且整个故障清除过程在几十ms内快速完成,具有较好的经济性和实用性。     

MMC-HVDC孤岛供电系统直流故障穿越协调控制策略

针对基于架空线输电的MMC-HVDC孤岛供电系统直流线路故障率较高的问题,配置直流断路器隔离故障是有效的解决方案之一.综合考虑了双极换流站灵活的运行方式、直流断路器的故障清除能力和双馈风机的快速响应能力,提出一种适用于MMC-HVDC孤岛供电系统的直流故障穿越协调控制策略,实现了自平衡和非自平衡工况下的功率协调.自平衡...     

海上风电经柔性直流联网系统受端交流故障穿越协调控制策略

针对海上风电经柔性直流联网系统受端交流故障导致的直流过电压问题,提出了直流过电压协调抑制策略。针对单极直流过电压,通过合理切换双极MMC控制模式,可使故障极MMC主动维持直流电压稳定。并设计了风电场精确减载控制策略,以保证非故障极MMC满载运行,从而降低单极MMC退出对受端交流电网的影响。针对双极直流过电压,设计了一种基于本地直流电压测量信息的风电场减载控制策略,即根据直流电压变化率及偏差量主动降低风电场有功出力,以抑制直流电压上升率及幅值。并提出了附加桨距角控制及其参数选取原则,使风电场与各换流站内电容共同维持直流电压稳定,提高系统故障穿越能力。最后,基于RTLAB OP5600实时数字仿真平台搭建了系统仿真模型。不同受端交流故障情况下的仿真结果表明,所提直流过电压协调抑制策略可保证直流电压在安全运行范围,维持系统安全稳定运行。     

基于断路器动作时序的双极性直流微电网保护方案

含电压平衡器的双极性直流微电网能够实现多电压等级的负荷供电,应用前景广泛,但仍缺乏相应的直流馈线故障隔离与定位方案。为此,引入故障场景下的选极可靠系数,建立了直流馈线单极和极间短路故障灵敏检测判据,并通过电源出口断路器的快速跳闸和并网变流器出口断路器的延时跳闸相互配合,实现了故障元件准确隔离和故障区段精准定位。最后,改进了直流微电网多储能DC-DC变流器的电压控制策略,由此形成了应对直流馈线故障的完整保护方案。PSCAD仿真结果表明,所提方案能够实现不同直流馈线故障的可靠辨识与区段定位,结合相应控制策略可显著提高单极故障下非故障极的运行稳定性和供电连续性,且经济性较优。     

风电经混合型MMC-HVDC并网的交直流故障穿越策略

为实现内陆大规模风电的可靠并网,采用高压直流输电技术和架空线路进行远距离电能传输是有效的解决方案。由于架空线易发生线路故障,采用具有故障自清除能力的换流器拓扑是主要解决途径之一。采用混合型模块化多电平换流器来进行风电并网,设计了不依赖于换流站间通信的并网系统交直流故障无闭锁穿越策略。系统无闭锁故障穿越期间并网点交流电压可控,风机可维持正常运行。考虑到故障期间风机持续并网输出功率,设计了耗散电阻和与风机内部斩波电阻相配合的策略,以耗散多余的能量。最后,通过PSCAD/EMTDC的多组仿真,验证了并网系统无闭锁穿越交直流故障及快速恢复的有效性。     

抑制风电经柔直并网系统直流过电压的晶闸管型直流耗能拓扑

针对风电通过柔直并网系统中电网电压跌落带来的功率盈余问题,提出了一种基于晶闸管的改进型直流耗能装置拓扑。首先在介绍其工作原理的基础上设计了投切控制策略,然后说明了其关键参数选取原则。通过在耗能装置中增设开通抑制电路,减小了其投入时对直流电压的冲击;利用晶闸管关断时电容的放电缓解了其退出时对直流电压的冲击。最后在PSCAD/EMTDC中对耗能装置的有效性进行了仿真验证,仿真结果表明该直流耗能装置在故障期间投入可以将直流电压稳定在安全值内。且该拓扑具有一定的经济优势。