不同控制策略下混合多端直流输电的交流故障响应对比

混合多端直流输电综合利用常规直流和柔性直流输电的优点,是一种新型直流输电解决方案。基于PSCAD/EMTDC平台建立了并联型混合三端直流系统详细的电磁暂态模型,实现了混合三端直流输电。然后提出了两种混合多端直流控制策略,分别是逆变站定电压和整流站定电压,研究了两种控制策略下系统运行点的变化。最后基于混合三端直流系统模型仿真验证了两种策略的有效性,对比分析了多端直流输电系统的交流故障响应特性。     

3种混合直流输电系统的交流故障特性对比

综合电网换相换流器(LCC)和模块化多电平换流器(MMC)的优点,并针对我国西电东送的实际场景,对如下3种目前比较有应用价值的混合直流输电系统方案进行研究：方案1的送端采用LCC,受端采用半桥子模块型MMC串联二极管阀;方案2的送端采用LCC,受端采用全桥子模块与半桥子模块构成的子模块混合型MMC;方案3的送端采用LCC,受端采用LCC和半桥子模块型MMC构成的串联混合型换流器。首先,分别介绍了3种混合直流输电系统的拓扑结构、数学模型及控制方式;然后,在PSCAD/EMTDC中搭建了3种混合直流输电系统,对3种混合直流系统在送端交流系统故障和受端交流系统故障情景下的响应特性进行对比分析;最后,基于仿真结果总结了每种拓扑结构的优劣势。仿真结果表明,在送端交流系统故障的情景下,方案1可能会出现功率中断;在受端交流系统故障的情景下,方案1的故障响应特性要优于其他2种方案。     

多端柔性直流输电系统交流故障穿越仿真研究

针对多端柔性直流输电系统交流侧发生故障,直流系统与电网公共连接点电压也随之跌落的问题,文中提出了一种交流故障穿越技术来维持公共连接点电压稳定。根据公共连接点电压跌落程度增发相应的无功功率从而维持公共连接点的电压稳定,保证系统的有功功率传输。当公共连接点电压跌落程度较大时,增发的无功功率导致交流系统过电流,提出通过降低故障端的有功功率参考值,从而减小交流侧电流幅值,避免过电流的产生。同时,针对有功功率的减小将使系统的不平衡功率进一步增大导致直流电压发生较大波动的现象,通过定直流电压换流站根据直流电压的变化来消纳系统的不平衡功率,从而达到维持多端柔性直流输电系统直流电压稳定的目的。     

柔性直流配电网换流站交流母线故障响应特性

基于电压源型换流器的柔性直流换流站内部交流母线故障会严重影响系统运行稳定性,需要对其故障响应进行分析。针对接地及相间两类故障,在换流站闭锁及闭锁失败的情况下,研究换流站及直流线路的故障响应机理、响应电路及响应特性,结合PSCAD仿真结果梳理故障响应过程,验证所提出的故障响应机理。研究表明,系统的能量交互是故障响应的重要组成部分,换流站闭锁时,故障响应主要为交直流系统能量交互及直流系统内部能量交互交替发生;闭锁失败时,除能量交互外,换流站控制主导了桥臂导通状态,故障回路及故障响应特性。     

多端直流系统直流故障保护研究综述

对国内外多端直流系统的故障保护问题进行了综述。首先分析了基于电压源型换流器的多端直流系统故障的过程,研究了故障电流的特征和解析表达式。其次讨论了针对多端直流系统的继电保护原理,对电压/电流保护、纵联保护和行波暂态量保护进行的分析。然后针对多端直流系统的故障隔离问题,从选择性和恢复速度的角度对现有的策略进行了分析。最后,建议应当从加强有针对性的继电保护方案研究、重视故障快速恢复过程中换流器的性能以及关注测量环节对故障保护的影响3个方面展开研究工作,解决多端直流输电系统的故障保护问题。     

多端柔性直流输电系统交流侧故障穿越功率协调控制

在多端柔性直流输电(voltage source converter based multi-terminal DC transmission,VSC-MTDC)系统交流侧发生故障导致电网电压暂降时,为了维持该侧公共连接点(point of common coupling,PCC)电压水平,设计了故障期间各换流器的有功功率和无功功率协调控制策略。在电网故障期间,故障侧换流器由有功电流控制优先切换到无功电流控制优先,根据电网跌落深度发出相应的无功功率,当增发的无功功率未导致交流侧过流时,剩余的电流容量用于维持故障前的有功传输水平。而当增发的无功功率导致交流侧过流时,提出了通过改变交流系统故障对应的换流器的有功功率来避免交流侧过流。同时提出将基于下垂控制的功率控制策略转换为以输出电压为指令的控制策略,当交流系统故障对应的换流器有功功率改变时,有功功率失去平衡,直流电压因电容充电/放电而升高/跌落,此时其余侧换流器在不需要站间通讯的情况下自动随着直流电压的变化而调整自身的有功功率指令,达到自适应调节、自动分配功率的目的,实现自律分散控制。最后在PSCAD/EMTDC上搭建了多端柔性直流输电仿真模型,验证了该文所设计控制策略的有效性。     

多端柔性直流系统直流故障保护方案

多端柔性直流系统直流故障保护是直流系统发展的关键技术之一,主要技术难点包括直流故障的可靠识别和快速隔离。该文从故障快速隔离和提高供电可靠性的角度出发,设计基于直流断路器和不基于直流断路器的直流故障保护方案。设计的直流故障保护方案无需通信,能可靠实现故障识别。同时与传统基于交流断路器的保护方案相比,所设计的方案在动作速度和供电可靠性方面均有显著改善。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台上分别搭建基于直流断路器和不基于直流断路器的四端柔性直流系统,通过仿真测试验证所设计的保护方案的可行性以及与已有保护方案相比所具有的优越性。     

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...     

并联型多端混合高压直流线路故障区域判别方法

对于并联型多端混合高压直流输电系统,直流线路故障区域的判别对于最小限度地隔离故障从而提高直流系统的可用度具有重要意义。为此,针对并联型多端混合高压直流输电系统中换流站并联接入这一特有结构,分析了其对故障暂态行波的影响。研究表明,并联接入的换流器对中低频段的故障行波有大幅削减。因此,利用小波变换对暂态电流进行分析,提出了基于T区两侧暂态电流能量差的故障方向判别原理,进而利用各换流站故障方向信息确定故障区域。最后,建立了四端混合高压直流输电系统的PSCAD/EMTDC仿真模型,验证了所提方法的正确性和有效性。     

混合级联多端直流系统的分阶段协调故障穿越策略

混合级联多端直流系统整流器的反下垂特性削减了系统吸收功率盈余补偿的能力,进而导致故障穿越能力受限。提出了一种利用设备自身过流裕度抵御交流故障的保护方案,通过分阶段的协调控制策略实现不同程度的故障穿越。直流受端多个换流器按照预先制定的运行模式协调配合,疏散模块化多电平换流器(MMC)组送出功率能力受阻产生的系统盈余功率。仿真结果表明,该协调故障穿越策略无需在直流侧配置泄能装置,就可实现在不同故障深度下快速稳定过渡到预先设定的稳定运行点,提高了混合级联多端直流系统的故障穿越能力。     

基于特性参数矩阵的混合多端直流系统可靠性分析

随着输电走廊资源的日趋紧张,特高压混合多端直流输电系统将有望成为直流输电系统发展的主流趋势,对其进行可靠性评估成为电力系统规划、设计和运行的一个十分重要环节.首先建立了特高压混合多端直流输电系统的可靠性评估模型,随后提出了基于特性参数矩阵的可靠性评估算法,实现对特高压混合多端直流输电系统的可靠性评估.最后基于相关算例,...     

多端VSC-HVDC直流线路故障限流及限流特性分析

基于电压源型换流器(voltage source converters,VSC)的多端柔性直流系统中直流线路的故障电流上升速度快、电流峰值大。然而具有大容量、快切断能力的高压直流断路器正在研制中。结合目前直流断路器开断容量水平,该文提出通过在直流线路两端串入限流电路的方法来限制故障电流的峰值和电流的上升速度率,并给出相关参数的理论计算方法。对该电路的限流特性进行分析与对比,结果表明,该限流电路能有效抑制故障电流,降低了对直流断路器开断容量和开断速度的要求。在该限流电路的基础上,提出一种多端VSC-HVDC直流线路故障处理方案。仿真分析表明,该故障处理方案能够有效抑制直流线路故障电流以及IGBT并联二极管电流,故障切除后非故障系统能保持正常运行,可以有效地增强多端VSC-HVDC系统对直流线路故障的处理能力。     

特高压多端混合直流闭环实时仿真研究

特高压多端混合直流输电技术在满足更远距离、更大容量可再生能源输送方面提供了一种更灵活的输电方式。本文以送端采用常规特高压直流(ultra-high voltage direct current,UHVDC)、受端采用双阀组混合换流阀串联结构所构成的特高压混合三端直流输电系统为例,搭建了双极特高压混合三端直流输电系统的RT-LAB实时仿真模型,实现了与直流控制保护装置的闭环接入,测试结果验证了闭环实时仿真模型与控制保护策略的有效性。该平台可方便地实现特高压混合三端直流输电控制保护系统功能和动态性能的验证,为特高压多端混合直流输电系统的应用提供技术支撑。     

计及换流站控制响应的多端混合直流线路后备保护设计

多端混合直流系统故障暂态过程受直流控制响应的影响较大,针对其线路故障特征的分析和保护原理的研究,应当充分计及直流控制特性的影响。为此,根据多端混合直流系统的特点,计及故障后不同换流站的控制响应过程,对其直流线路故障暂态电流的变化趋势关系进行研究分析。并基于此提出了基于滑窗均值电流的多端混合直流线路区内、区外故障识别判据,给出了具体的保护方案。通过PSCAD/EMTDC对所提保护方案的可行性进行了仿真验证。仿真结果表明,所提方案能够可靠识别包含T接汇流母线在内的各种直流线路故障,天然具有故障选极能力,耐受故障过渡电阻能力和抗噪声干扰能力强,且无需数据同步,可作为多端混合直流线路的快速后备保护。     

多端柔性直流输电系统直流故障保护策略

直流故障保护是多端柔性直流输电系统的一个关键性问题。本文在全桥型模块化多电平换流器的基础上,提出适用于多端直流输电系统的换流器级和系统级直流故障保护策略。根据全桥型模块拓扑特性,换流阀闭锁实现故障电流快速清除;然后换流器等效为双星型级联H桥STATCOM并联运行,为故障清除和隔离开关动作隔离故障点提供条件;最后转换换流器运行模式完成多端柔性直流输电系统的快速恢复。在PSCAD/EMTDC中搭建了三端柔性直流输电系统仿真模型,分析了直流故障和系统重新启动的运行特性,仿真结果证明了控制策略的有效性。     

分极接入模式的多端直流特点与故障响应比较

大容量直流输电受端采用多端直流接入模式,有利于解决其大容量直流馈入电网特别是多回直流集中馈入电网带来的稳定性问题。介绍了分极接入、并联多端接入两种主要多端直流受端接入模式的设计特点,对交直流故障进行了电磁暂态仿真分析,对比了两种直流受端接入模式的故障响应特性、对控制保护的影响以及对受端电网影响的区别,指出分极接入模式下任何一极接入弱交流系统,均会影响整个直流系统的稳定运行能力,直流线路瞬时故障期间另一极接入的逆变站受影响小。研究结果可以为电力系统应对大容量直流接入优化设计提供参考。     

特高压多端混合直流输电系统阀组故障退出控制方法

采用双阀组串联结构的特高压直流输电系统,阀组故障将会对系统产生极大的影响,单一阀组故障后希望将故障影响控制在最小、保证系统的可持续运行、提升整体运行时间,控制系统必须快速反应,切除故障阀组,避免影响正常运行阀组.特高压常规直流工程中的阀组故障退出策略已经在各工程中广泛应用,但特高压柔性直流输电系统及特高压混合直流输电系...     

混合多端直流输电系统故障线路识别方法

针对混合多端直流系统不同线路之间直接相连、无法依靠直流线路边界特性进行故障识别的问题,以乌东德三端混合直流示范工程为背景,研究了三端星型直流输电系统中汇流区的结构特点;并根据彼得逊法则和叠加定理得到了故障后汇流区两侧暂态电流行波的变化特征,发现电流行波经过汇流区后中低频段有大幅的衰减。因此,利用小波变换提取汇流区两侧故障电流行波的中低频段能量,并根据两侧小波能量的标准差构造故障识别判据,进而快速、可靠地识别故障线路。最后,基于仿真结果,验证了故障识别方法的正确性。     

特高压多端混合直流输电工程柔直变压器的振动特性研究

文中针对柔直变压器的结构特点,开展负载和空载条件下柔直变压器的振动测试,分析绕组和铁心的振动特性,获取振动传感器位置、负载电流、油温、励磁电压等不同影响因素下的振动加速度特性,为基于振动分析技术的柔直变压器故障检测方法提供一定的研究数据.     

特高压多端混合直流输电系统的控制策略研究

以乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程为背景,针对混合多端直流运行方式复杂、可靠性要求高的特点,研究了特高压混合多端直流输电系统的控制策略,提出了适用于特高压混合多端直流输电系统的控制模式以及启动/停运方案,实现了混合直流的外特性匹配、两端/三端启动/停运,以及第三端在线投入/退出;同时,提出了各端稳态控制策略和多端协调控制策略,可适应混合多端直流输电系统复杂的运行方式。最后,基于PSCAD/EMTDC的数字仿真结果验证了所述控制策略的有效性,可以保证特高压混合多端直流输电系统可靠稳定运行。