柔性直流架空线路故障自清除技术

正柔性直流架空线路故障自清除技术,采用具有直流侧故障清除能力的混合型模块化多电平换流器(MMC)拓扑及故障电流清除策略,实现直流架空线路不同类型故障的快速清除和高速再启动,无需配置直流断路器等外部设备。该技术首次应用于昆柳龙直流工程。工程送端云南昆北站采用常规电网换相换流器(LCC)特高压换流阀;受端广西柳州站和广东龙门站均采用全桥、半桥功率模块混合型MMC特高压换流阀,     

混合多端直流输电系统柔直换流阀电气应力抑制策略研究

混合多端直流输电系统中逆变站采用子模块混合型模块化多电平电压源换流器(MMC)并联,因此对子模块混合型MMC换流阀电气应力及抑制策略进行研究对于系统安全性和可靠性分析具有重要的意义。首先分析了混合多端直流输电系统运行原理;然后进一步分析了MMC换流阀电气应力产生机理,并在此基础上提出了MMC换流阀电气应力抑制策略;最后在PSCAD/EMTDC软件中建立3端LCC+MMC+MMC型混合直流输电系统,并对MMC换流阀电气应力抑制策略进行了仿真验证。通过本文研究可知,故障发生过程中非故障换流站持续注入能量是MMC换流阀电气应力增大的主要原因,采用泄能装置后可以有效抑制MMC换流阀的电气应力。     

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。     

常规直流输电系统改造用的混合直流输电技术

基于电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的混合直流输电技术结合了LCC的经济优势和VSC的技术优势。该文针对常规直流工程改造,首先给出了受端LCC改造成真双极和伪双极VSC两种主回路拓扑结构,并对两者的工程改造范围和工程改造量进行了对比分析,指出了真双极和伪双极结构作为改造拓扑的优缺点。然后,通过对国内外模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)拓扑及其变结构拓扑的调研,详细研究了5类MMC优化拓扑结构在直流故障清除、送端交流故障功率不间断、低电压运行、潮流反转等方面的技术特性以及在改造成本、运行损耗等经济方面的优劣性,并直观地对比总结了5类MMC优化拓扑的综合特性,为未来MMC技术在常规直流输电系统受端换流阀改造中的应用提供了技术参考。     

一种适用于大容量功率馈入和异步电网互联的级联换流阀

随着特高压直流输电技术的广泛应用,多回直流集中馈入带来的问题日益严重。为从换流器和电网结构两个层面有效解决多馈入直流系统的问题,该文提出一种同时具备特高压直流馈入和受端电网异步互联的级联换流阀拓扑。首先,详细介绍级联换流阀的拓扑结构及其运行特点;分析特高压级联换流阀接入对受端系统运行特性的影响。针对常规控制下级联换流阀可能出现的电压不稳定问题,提出均压附加控制策略。研究换流阀多种工作模式及工作模式间的在线切换策略,以提升系统的运行灵活性。仿真验证基于级联换流阀的直流输电系统控制策略的有效性,研究结果表明,换流阀具备直流故障清除能力和多工作模式在线切换能力;级联换流阀在多直流落点的受端电网具有较好的应用前景。     

基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统设计

换流阀是柔性高压直流输电工程中完成电能变换的核心模块,其运行可靠性直接关系到整个直流输电系统的稳定性,因此需对换流器阀进行严格的型式试验.运行试验是型式试验的重要一环,主要检测换流阀对电流、电压和温度应力的耐受情况.依据模块化多电平换流器(MMC)型电压源换流阀实际工程运行工况,采用等效试验的方法,设计了一种基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统,可对换流阀的稳态工况和暂态工况进行模拟,进而实现对换流器阀的导通、关断和有关电流特性的检验.详细介绍了基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统的主回路和控制系统设计,并以实际工程换流阀组件为试验对象,验证了所设计的基于MMC柔性直流输电换流阀试验系统的正确性和实用性.     

特高压混合直流工程LCC换流阀短路保护优化研究

首先基于昆柳龙直流工程与云广直流工程控制保护系统RTDS仿真实验数据,通过对比分析阀区故障时的故障特征及换流阀短路保护的动作特性,发现传统LCC换流阀短路保护判据在特高压混合直流系统中存在误动的风险。根据特高压混合直流系统与常规直流输电系统在系统结构和运行特性上的不同,分析出传统LCC换流阀短路保护判据直接应用于特高压混合直流系统时存在的缺陷。针对这一缺陷,改进了LCC换流阀短路保护判据,并通过仿真分析验证了新判据的有效性,为特高压混合直流输电工程的送端常直阀短路保护提高了有效的解决方案。     

一种混合子模块柔直换流阀启动方法

目前,国内已建和在建的模块化多电平柔性直流输电(HVDC)工程均采用半桥型子模块(HBSM)换流阀技术路线。HBSM换流阀不具备直流故障穿越能力,极大地限制了HVDC技术的应用。国内外学者又相继提出了诸多新型换流器,其中HBSM和全桥子模块(FBSM)混合型模块化多电平换流器(MMC)在具备直流故障穿越能力的同时降低了开关器件的数量,成为目前HVDC发展的主要方向。FBSM具备与HBSM不同的充放电特性,因此混合子模块之间的电压均衡控制是传统的排序均压算法无法胜任的。在此提出一种半桥和全桥混合子模块均压控制启动策略,解决了半桥和全桥混合子模块换流阀不同模块之间均压和直流电压突变的问题。     

基于混合型MMC和直流开关的柔性直流电网直流故障保护研究

提出了采用混合型模块化多电平换流器(hybrid modular multilevel converter,hybrid MMC)和直流开关构建柔性直流电网进行架空线远距离电能传输的方案。针对由全桥型子模块和半桥型子模块组成的混合型MMC,分析了其拓扑结构、基本运行原理和直流电压运行区间,提出了混合型MMC的三自由度控制架构,并详细分析了直流故障穿越控制策略,进而设计了混合型MMC构成的柔性直流电网的故障清除策略和多次重启动时序。故障期间,混合型MMC无须闭锁IGBT,可控制故障电流至0,从而保持不间断运行、持续向交流系统提供无功支撑。3次重启动失败后,架空柔性直流电网配置的直流开关在零故障电流下开断以隔离故障电流通道,直流电网重启,线路潮流发生转移。最后在PSCAD/EM TDC仿真平台验证了所提出的故障清除策略及重启动时序的可行性。     

大容量特高压多端混合直流实际运行关键特性分析

大容量特高压多端混合直流涉及多端、混合、双阀组等多种技术特点,设计难度大,运行特性复杂.结合南方电网系统特性及安稳策略,首先提出了适用于昆柳龙特高压多端直流工程的交直流故障穿越策略,并明确了穿越及恢复特性要求.接着分析了工程实际运行情况,重点对直流线路故障穿越特性、交流故障穿越特性和第三站在线退站特性等关键运行控制性能...     

级联多端特高压直流控制保护系统配置及策略

该文针对金上直流工程主回路拓扑结构与运行方式的特点,设计了送端分址级联多端特高压直流控制保护系统的配置方案;提出送端分站的高、低压换流器的电压平衡控制方案,根据送端两站间通信条件,切换采用附加电压平衡控制的触发角协调控制和串联两换流器一个定电压、另一个定电流的控制策略;基于送端分站级联拓扑,研究了其直流保护功能配置方案,并提出针对送端站1内的极区/换流器区故障或者送端两站之间直流线路永久故障的快速清除方法。基于控制保护工程样机的RTDS闭环仿真结果表明,该级联多端特高压直流控制保护系统可以满足实际工程应用的要求。     

LCC-MMC型三端混合直流输电系统控制策略研究

整流侧采用电网换相型换流器(line commutated converter,LCC),逆变侧采用模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的混合型直流输电系统,结合LCC和MMC的优点,尤其适用于特高压直流输电应用场合。为了确保正常状态和故障状态下的稳定运行,文中针对混合型直流输电系统的控制策略进行研究。文中首先针对一个LCC整流站,两个MMC逆变站构成的三端混合直流系统,介绍了数学模型和整个直流系统的基本控制策略。然后针对基本控制策略下,逆变站中串联MMC存在的电压不均问题、整流侧交流系统故障时整流侧功率中断问题和逆变侧交流系统故障时的直流过电压问题,研究了用于改善系统响应特性的附加控制策略。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了对应的三端混合直流系统。通过比较采用附加控制策略前后混合直流系统的响应特性,验证了附加控制策略的有效性。     

±800kV单12脉动特高压直流输电工程避雷器布置与换流阀过电压研究

研究±800 kV双12脉动特高压直流输电工程避雷器布置方案,基于巴西美丽山工程提出±800 kV单12脉动特高压直流输电工程的避雷器布置方案。进一步研究整流站换流阀过电压、阀避雷器承受的能量和电流,选取交流相间操作冲击、6脉动换流器闭锁和Y/Y换流变阀侧绕组单相接地3种典型故障仿真计算,给出了整流站换流阀最大过电压,阀避雷器的最大能量和最大电流。研究结果为±800 kV单12脉动特高压直流输电工程相关设备的设计、生产和试验提供参考。     

特高压多端混合直流输电实时数字仿真系统

介绍了以电网换相换流器(LCC)与模块化多电平换流器(MMC)组成的特高压(UHV)多端混合直流输电系统,并搭建了基于实时数字仿真(RTDS)与物理控制保护装置的闭环试验系统。仿真系统为三端混合直流输电系统,其中送端为常规直流站,其他两端为柔性直流站,三站均为双极四阀组,每个极由双阀组串联组成。柔直阀组仿真采用RTDS的GTFPGA UNIT,子模块为全桥拓扑结构。应用该闭环测试系统进行了多端直流输电系统的解闭锁以及阀组投退的试验,为实际工程的开展提供了十分重要的数据支持。     

特高压多端混合直流输电系统线路故障重启功能及策略分析

分析以晶闸管为换流元件的常规LCC整流站和以功率模块为换流元件的VSC逆变站所组成的混合三端特高压直流系统发生线路故障时的重启功能及策略,并通过RTDS系统进行模拟仿真,验证直流线路故障后自清除策略的有效性,对其他多端混合直流输电系统线路故障后的策略选择具有较好的参考意义。     

混合型MMC系统直流故障穿越性能研究

针对半桥子模块(HBSM)、全桥子模块(FBSM)及箝位双子模块(CDSM)这3种子模块混合级联模块化多电平换流器(MMC),首先研究了混合型MMC的直流故障机理,此处提出了混合型MMC具备直流故障穿越的约束条件。然后,基于直流电压为±1 200 V、额定容量为20 kVA的21电平混合型MMC系统试验样机,对混合型MMC系统直流故障穿越特性进行研究。试验结果表明,直流故障发生后,混合型MMC系统通过闭锁换流器以阻断短路故障电流,在直流短路故障期间,交流断路器无跳间,且直流短路故障清除后,换流器在10 ms内重新解锁并恢复至稳定运行。     

半桥–全桥子模块混合型MMC的换流阀损耗分析方法

随着架空线路在直流输电工程中的应用和多端直流电网的逐步建设,半桥–全桥子模块混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converters,MMC)具有广阔的应用前景,其损耗计算也具有重要的工程意义。针对控制环节中加入二次环流抑制和三倍频电压注入的半桥–全桥子模块混合型MMC,对其工作原理和调制策略进行了阐述,对换流阀的损耗进行了分类并给出了计算方法:根据桥臂电流方向对通态损耗进行分段计算;根据桥臂电流方向和桥臂电压变化情况对开关损耗进行分段计算。在PSCAD/EMTDC中进行仿真,验证了采用的半桥–全桥子模块混合型MMC损耗分析方法的正确性。计算和仿真结果表明,半桥–全桥子模块混合型MMC的阀损耗和全桥子模块比例正相关,且受到功率因数角和调制比的影响,在允许范围内功率因数角越接近零损耗越低,调制比越高损耗越低。     

基于直流高速开关的换流站在线投退策略

特高压多端直流工程中,采用直流高速开关(HSS)配合全/半桥混合模块换流阀的方式来实现直流故障清除和换流站在线投退是现有技术水平下的较佳选择,但HSS极弱的直流电流分断能力对控制保护设备提出了苛刻要求,且该方式下的换流站在线投退策略尚未见报道。基于HSS的电气特性和混合模块换流阀的能力,分析了多端直流系统中HSS的配置原则并设计了HSS典型电路;研究了基于HSS的换流站在线投退策略和多电压源换流器(VSC)换流站协同充电方案;为了保障系统和设备安全,提出了HSS的详细保护策略和动作结果。所提策略均已在昆柳龙混合直流工程中进行了应用,研究结果可为多端直流工程的单站投退方案提供借鉴和参考。     

基于VSC与LCC混合的多点传输直流输电系统拓扑结构研究与特性分析

该文提出一种充分利用相换相换流器(line commutation converter,LCC)和电压源换流器(voltage source converter,VSC)特点以及特高压输电线路和直流电缆优点的混合型直流输电系统。在资源丰富地区,采用LCC技术将汇集于当地交流电网的清洁电力转化为特高压直流电力,利用特高压直流架空线路造价经济、可靠、损耗低的特点,将电力输送到用能地区的边缘;采用LCC技术将部分电力转换为交流电力,注入当地电网;剩余电力通过直流电缆或架空线方式分散输送到受能地区的中心负荷区,以VSC方式注入当地交流电网。该文阐述该输电系统的拓扑结构,分析系统的应用场景,提出系统的控制策略。借助仿真手段,重点分析系统在启动、阶跃、LCC换相失败、VSC受端交流系统故障和直流架空线路故障等典型电磁暂态工况下的响应特性。研究表明,在各种暂态工况下,系统运行稳定,动态性能优越。     

LCC-FHMMC混合直流输电系统阀侧故障特性及保护策略

送端采用电网换相换流器(LCC)、受端采用半桥与全桥混合型模块化多电平换流器(FHMMC)的LCC-FHMMC混合直流输电系统,在受端发生阀侧单相接地故障时,具有与半桥或全桥型MMC不同的故障特性.分别从交流电源贡献、直流电源贡献以及高低端阀组差异3个角度对阀侧单相接地故障下子模块过电压机理进行了分析.随后,针对FHMMC混合直流输电系统直流侧无直流断路器的特点,提出了一种基于选相型单向晶闸管旁路支路的故障隔离策略,以及适用于LCC-FHMMC混合直流输电系统阀侧单相接地故障的保护策略.最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了相关模型,通过仿真验证了理论分析的正确性以及所提保护策略的有效性.