一种适用于架空线柔性直流输电的增强型四电平子模块拓扑

架空线柔性直流输电技术在高压直流断路器尚未达到大规模商业化应用阶段,采用具有直流故障自清除能力的换流器拓扑具有重要的工程意义。基于改进型子模块的模块化多电平直流输电技术,提出了一种具有直流故障自清除能力的增强型四电平子模块(enhanced four level sub-module,EFLSM),可以独立控制每个电容的投切状态,任意输出3电平到0电平之间的4种电平,与现有的全桥子模块以及箝位双子模块相比,子模块在保证直流故障自清除能力的基础上,每个电容所平摊的半导体器件数有所下降,换流器损耗已接近传统的半桥子模块型模块化多电平换流器的水平。最后,应用电力系统计算机辅助设计和电磁暂态模拟程序软件(power system computer aided design and electric magnetic transient in DC system,PSCAD/EMTDC)搭建时域仿真模型进行仿真计算,验证所提拓扑的有效性。     

考虑阀塔对地寄生参数的模块化多电平换流器子模块均压特性研究

针对柔性直流输电工程模块化多电平换流器在软启动过程中,采用自然均压策略时出现的桥臂子模块不均压现象进行了分析。在考虑阀塔对地寄生参数的基础上,推导得出子模块电容电压存在差异的理论依据。结合子模块损耗特性,分析子模块等效输入阻抗与自然均压状态下子模块电容电压的数学关系,推导得出其数学表达式。并通过该式进一步得出自然均压状态下,子模块电容电压收敛范围及其表达式。最后搭建考虑阀塔对地寄生参数的柔性直流输电系统换流器等效仿真模型,通过仿真验证了其有效性和准确性。所得出的模块化多电平换流器在自然均压状态下,其子模块电容电压收敛范围及其表达式对实际工程设计具有一定指导意义。     

一种柔性直流输电阀控测试系统设计与实现

设计了一种模块化多电平柔性直流输电阀控测试系统,包括极控模拟装置、换流站主电路信号发生装置、换流阀子模块模拟装置和监控后台等。该测试系统可以在不使用极控系统和换流阀本体的条件下,完成对模块化多电平柔性直流输电阀控系统的基本功能测试,包括子模块电容电压的读取和状态监视、均压控制、阀控对子模块故障处理逻辑、阀控自身故障处理逻辑、系统电压电流的采集等。仅需调整子模块模拟装置的接口数量,即可满足不同容量和电压等级的柔性直流输电阀控系统测试需要。对MVCE 300型柔性直流输电阀控系统进行了实际测试,测试结果表明,该测试系统可以满足柔性直流输电阀控设备厂内调试的需要。     

柔性直流输电工程用电容参数研究

柔性直流输电工程用电容器是柔直工程的关键组成部分,为柔直系统提供直流电压支撑,决定了直流侧的电压波动范围。本文介绍了模块化多电平换流器中子模块电容和两电平换流器中直流侧电容的电容参数设计方法及影响因素,对比分析发现两者电容值的选取存在等效关系。     

利用电容主动放电脉冲的直流配电网故障选线方法

为提高柔性直流配电网的供电可靠性,且在直流线路发生单极接地故障时配电网能够带故障持续运行一段时间,分析了小电流接地方式下电压源型多电平换流器与模块化多电平换流器的单极短路故障通路,计算验证了暂态故障电流的变化特征,由此提出利用两电平换流器直流集中电容在单极故障时控制其暂态放电脉冲的主动式故障选线方法,该方法无需增加外部信号注入设备,即可实现主动式故障选线,尤其适合于结构复杂、分支线路多且线路长度短的柔性直流配电网。最后,在PSCAD/EMTDC中建立典型柔性直流配电网仿真模型,仿真结果表明,所提方法能够准确实现对柔性直流配电网的单极短路故障选线。     

模块化多电平变流器HVDC系统的模型预测控制

随着电压源变换器型高压直流(Voltage-Sourced Converter-Based High-Voltage Direct Current,VSC-HVDC)输电需求的持续增加,模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)成为柔性直流输电的研究热点。环流的抑制和子模块电容电压的平衡是MMC控制的研究重点之一。推导了模块化多电平变换器高压直流(Modular Multilevel Converter based HVDC,MMC-HVDC)输电系统的离散数学模型,在此基础上针对五电平MMC的控制目标提出一种改进的具有工程应用价值的模型预测控制策略(Model Predictive Control,MPC)。通过引入误差因子减小了子模块电压波动范围,同时通过MPC与电压排序算法相结合减小了传统MPC的计算量,并实现了HVDC系统传输功率的控制、MMC环流的抑制和MMC子模块中电容电压的平衡。仿真结果验证了所提出的控制策略的有效性。     

柔性直流换流器拓扑方案研究

对于柔性直流工程,分别采用两电平换流器、三电平换流器、MMC换流器方案等进行了初步设计。对不同方案的功率器件最小级联数进行计算,并对各方案的主要性能,比如:交流谐波、直流谐波、损耗特性、冗余特性、器件数量、技术风险等方面进行分析比较,推荐优先采用MMC换流器方案。     

±10kV直流配电系统过电压与绝缘配合

过电压与绝缘配合是直流配电的关键技术之一,其研究结果对于直流配电系统关键设备的选型具有重要的指导作用。本文针对基于模块化多电平换流器(MMC)的深圳±10kV直流配电网示范工程,在借鉴传统直流工程和柔性直流输电工程研究成果基础上,结合直流配电系统自身特点,提出了两种适用于该系统的绝缘配合方案:一种为不配置避雷器,在过电压统计结果上乘以一个较大的绝缘裕度来确定设备绝缘水平;另一种为配置少量避雷器,通过避雷器的保护水平确定设备绝缘水平。基于PSCAD/EMTDC建立系统的内部过电压仿真模型,仿真计算了不同方案下典型故障时关键位置的过电压,并最终确定了两种方案下系统关键设备的绝缘水平,为工程设计提供了参考。     

基于源网配合的MMC直流电网自适应故障清除方案

随着模块化多电平换流器(modularmultilevel converters,MMC)在架空线直流输电和柔性直流电网中的广泛应用,直流线路故障清除问题越来越突出,如何实现直流线路故障的快速清除成为制约MMC柔性直流电网发展的关键问题之一。作为直接有效的解决方案,混合高压直流断路器(direct current circuit breaker,DCCB)还不够成熟,高速大开断容量DCCB的研制仍有困难。文中通过挖掘和利用MMC控制的灵活性,提出一种适用于架空线半桥型MMC柔性直流电网的源网配合自适应故障清除方案。在直流故障期间,该方案利用MMC调压控制策略减少源侧子模块投入数量,降低换流器桥臂单元输出电压,并与网侧断路器预充电电容电压自适应配合,使MMC桥臂单元输出电压小于预充电电容电压,利用电压差使故障电流迅速下降至零,达到切断故障电流并清除故障的目的。首先介绍所提故障清除方案中源侧MMC调压控制原理和网侧断路器拓扑结构,然后分析该方案的工作原理,并推导该方案下半桥型MMC的直流故障电流计算方程,给出调压控制器控制系数和网侧断路器元件参数设计方法,最后在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台上搭建基于半桥型MMC的四端柔性直流电网模型,对所提故障清除方案的有效性进行仿真验证。     

柔性直流输电系统启动回路中启动电阻的研究

模块化多电平变流器(MMC)在柔性高压直流输系统在启动时由交流系统通过换流器中的二极管向直流侧电容进行充电可能会产生较大的冲击电流及冲击电压。因此,在柔性直流输电系统的启动回路的旁路隔离开关上并联一个启动电阻,这个电阻可以降低电容的充电电流,减小柔性直流系统上电时对交流系统造成的扰动和对换流器阀上二极管的应力。通过对鲁西背靠背换流站的工程及仿真计算与影响因素分析,确定启动电阻选型。     

偏置电容法电网电容电流测量分析

中压电网的系统电容电流是一个非常重要的参数,消弧线圈的安装、铁磁谐振的研究以及分析电压互感器高压侧保险熔断原因等都需要这个参数.文章介绍了中压电网电容电流间接测量方法(偏置电容法)的原理;详细分析了偏置电容法产生测量误差的原因,并给出了测量结果相对误差值与三相电压不平衡度以及偏置电容取值关系的定量表达式,同时指出了现场应用时为减小误差需注意的方面;误差分析表明,偏置电容法在三相电压不平衡度较小时可以满足测量精度的要求.     

基于比率法的微电容测量仪

针对传统微电容测量方法的缺点提出了微电容比率测量法.采用带限流电阻的正弦波激励确保激励源和前置放大器正常工作以提高消除杂散电容的能力;检测被测电容两端的电压和流过被测电容的电流计算得到被测电容的电容值;采用锁相检测技术消除噪声和直流失调.给出了微电容测量系统的方案.实验结果表明电容测量分辨率达到了0.01pF,证明了所...     

混合型多电平变流器桥臂电容电压平衡的原理与控制

混合式多电平变流器(HMC)能够实现有功无功独立控制,在直流侧发生故障时,交流侧电流仍然可控,这对于构成直流电网有重要意义。文中研究了HMC的电压合成方法以及在静止同步补偿器(STATCOM)模式下和高压直流(HVDC)模式下的能量平衡原理。基于能量平衡的原理,提出了STATCOM模式下和HVDC模式下桥臂电容稳压控制方法,并提出了HVDC模式下桥臂电容稳压的具体实现方法。为了验证所提出的能量平衡原理及控制策略,根据仿真算例所提供的参数,搭建了端对端直流输电的PSCAD仿真模型,对HMC的启动充电、解锁、有功渐变和直流故障过程进行了仿真。仿真结果显示,HMC能够实现有功无功独立控制,能够隔离直流侧故障,所提出的能量平衡原理与控制方法能够实现桥臂电容的稳压控制。     

基于桥臂二倍频电流分量重构的MMC降容控制方法

模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）已显示出很好的工程应用前景。降低MMC子模块电容电压波动对实现换流器的轻型化具有非常大的工程意义。通过对国内外降低MMC子模块电容电压波动的各种控制方法进行归纳总结,可知各种通过控制方案降容的方法的实质为在桥臂上注入谐波电压和电流。在此基础上,提出一种桥臂二倍频电流量重构的方法,并在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建程序进行验证,仿真结果表明所提方法可有效降低子模块电容电压纹波幅值。进一步进行了低电容容值仿真验证,其在保持子模块电容电压纹波幅值不变的情况下,可有效降低子模块电容容值30%以上。另外,进行了MMC换流阀损耗分析,结果表明低电容容值工况下的换流阀损耗不大于对照工况下换流阀损耗。     

基于CVT电容电流的谐波电压测量方法

准确有效地进行谐波电压测量是掌握电网谐波状况、开展谐波治理、提升电能质量水平的重要前提和依据。为解决目前大量在运CVT无法准确测量谐波的问题,提出基于CVT电容电流的谐波电压测量方法。该方法测量流过高压电容和中压电容支路的电流并进行谐波分析,根据电容参数即可方便准确地计算得到高压侧谐波电压。该方法只需对CVT二次回路进行简单改造,在不影响设备运行安全的前提下,实现谐波电压测量。首先给出该方法的基本原理,然后结合仿真计算分析电流测量精度和电容值变化对谐波测量误差的影响,对实际CVT完成了物理试验验证。试验表明：该方法的2~50次谐波电压测量误差均小于2%,满足谐波国家标准的相关要求。     

基于模糊自适应控制的接触器过零投切系统研究

以负载变化不剧烈条件下高压动态无功补偿为研究背景,发挥接触器在高压领域的优势,针对接触器投切电容器造成的投切瞬间会产生浪涌电流及过电压的问题,提出接触器过零投切的同步关合控制方式。通过对接触器的动态特性分析,对真空接触器控制系统设计,并对接触器响应时间进行实验测试,基于接触器响应时间与操作电压以及环境温度的变化规律进行归纳,提出采用模糊自适应控制对不同环境温度以及操作电压下的接触器响应时间的预估方法,做到投切电容器的时间控制在电压电流零点附近的1ms内,并进行相应的仿真与实验验证,取得了良好的效果。所作研究可有效控制电容器在投切瞬间产生的浪涌电流和电压闪变的不利影响,确保在满足系统无功补偿的条件下实现电网的安全稳定运行。     

直流滤波器电容器塔的在线监测方案初步探讨

近年电力系统迅速扩大,同时随着高压直流输电技术上取得的突破和交流输电缺陷的进一步凸显,为高压直流输电的广泛应用铺平了道路。直流滤波器电容器塔作为直流输电系统的重要组成部分发挥着重要作用,他可以滤除直流侧的谐波,减少不利影响。在电容器塔的实际运行过程中常发生保护误动的情况,而停电检测又检测不到问题,如此往复影响输电线路的正常运行。基于上述问题,本文提出了对电容器塔进行在线监测的方案,通过监测电容器的端电压和流过的电流,计算电容器的电容值,实时监测电容器的运行状态。根据电容器的运行状态可以提前分析电容器的运行走势,及时开展预防工作,避免不必要的损失。     

一种MMC子模块电容电压波动最小化容值优化方法

模块化多电平变换器MMC(modular multilevel converter)广泛应用于直流配电系统.MMC由多个子模块组成,减小子模块电容可以降低子模块成本,提高变换器功率密度.分析了共模电压、环流和调制比对电容电压波动的影响,利用电容电压波动的解析表达式,通过注入合适幅值和相位的三次共模电压和二、四次环流,选...     

高频信号注入法测量配电网电容电流及滤波的研究

为解决信号注入法测量配电网电容电流方法的频率选取和工频干扰等问题,分析了高频信号注入法的原理并对高频法进行改进。首先通过注入5 000 Hz高频信号求得电感值,然后通过扫频确定电网谐振频率,根据公式可计算出配电网对地电容值,并在扫频时通过串联电容的方法降低大对地电容系统的电容值,实现大对地电容系统电容电流的测量。同时运用数字信号处理器TMS320F28335,采用有限冲击响应滤波器(FIR)算法实现滤波功能,滤除扫频时注入信号中的工频干扰。通过理论分析和实验验证,该方法能够增加测量对地电容的范围,简化计算,滤除工频信号,使测量时的相对误差均不超过5%。     

低频低压条件下抑制MMC电容电压波动的非对称控制

模块化多电平换流器(MMC)应用于电机低频驱动时会工作于低频低输出电压状态,采用传统的对称控制方式时,因受直流侧高压影响会产生较大的电容电压波动。为此,提出一种非对称控制方式,使一桥臂不产生输出电流,另一桥臂承担几乎所有的输出电流。该方法中MMC不需要任何其他的功率交换技术,例如在低频/低压情况下通常采用的高频注入方法,以抑制电容电压的波动。详细讨论了非对称控制方法的实现过程、桥臂间的功率控制以及该方法的优缺点,仿真及实验结果表明,所提控制方法适用于电机20 Hz以下的驱动状态。