高压直流输电系统接入下的交流系统不对称故障下序网等值及短路电流算法

随着高压直流输电技术的日益发展,交直流混联系统的相互影响已成为高压直流输电领域的研究重点。针对含高压直流输电系统接入的交流系统,本文研究了其在不对称故障下的故障分析方法,提出了LCC-HVDC在交流侧的复合序网等值模型以及短路电流计算方法。首先搭建了基于不对称工况下的LCC-HVDC开关函数模型,随后根据开关函数模型建立了相应的LCC相量模型,并推导了LCC交流侧复合序网的计算方法。最后将LCC复合序网模型与交流系统不对称故障的边界条件结合,提出了适用于求解含高压直流输电系统接入的交流系统不对称故障短路电压电流的迭代算法并进行了仿真验证。仿真结果表明,本文提出的故障电流算法均可以满足工程计算要求。     

基于直流断路器的柔性直流电网架空线路故障隔离策略研究

柔性直流输电技术未来将向大规模柔性直流电网发展,从经济性和通用性来看使用架空线路的柔性直流电网最具发展前景,然而架空线路故障率较高,如何实现直流线路故障的快速隔离和系统恢复成为制约柔性直流电网发展的关键因素。针对该问题,文中基于张北柔性直流电网示范工程,以半桥结构的模块化多电平换流器进行了研究,提出了适用于工程应用的直流架空线路故障隔离措施和线路故障恢复策略,并基于RT-LAB实时仿真平台搭建了张北工程四端直流电网系统,对相应的隔离方法及故障恢复策略进行了仿真验证,结果表明,可降低直流线路故障对交流系统的影响,降低直流限流切除对系统稳定性和安全性的影响,为柔直电网工程的实际应用提供了依据。     

受端交流电网故障时多端柔性直流系统的功率再分配

对多端柔性直流输电系统中受端交流侧发生故障时的功率再分配进行了研究。通过改变受端非故障侧电压下降控制特性的有功定值,可实现各受端在不过载的情况下的功率再分配。运用PSCAD软件建立了三端柔性直流输电系统模型并进行了仿真,仿真结果表明,提出的控制策略在交流电网故障时可实现功率再分配目标,并能很好地保证系统直流电压的稳定和功率的平衡。     

柔性直流电网故障限流技术分析与探讨

故障限流技术是实现柔性直流电网保护和故障隔离的重要过渡手段。基于柔性直流电网的故障特征,结合国内外研究成果,从交流侧限流、换流器限流以及直流侧限流3个方面分析了柔性直流电网各类限流技术和方法的原理及性能,对相关限流技术和方法进行了仿真测试和比较。基于对比分析结果,提出了一种改进的电感型限流电路拓扑。所提出的限流电路能够有效抑制故障电流,在配合直流断路器开断故障的情况下,可加速故障电流衰减。最后探讨了未来直流电网故障限流技术可能的研究方向。     

基于负序电压前馈的改进型柔性直流输电系统有功功率控制策略

柔性直流输电技术凭借其独特的性能优势被广泛应用于直流输电工程.本文针对在故障期间两端柔性直流输电系统交流侧出现的负序电压分量,提出一种基于负序电压前馈的改进型柔性直流输电系统有功功率控制策略,用于抑制系统在故障期间出现的直流电压波动并滤除流过平波电抗器的负序电流分量,以增强系统的稳定性.仿真结果表明,所提出的改进型控制策略可以在故障时稳定直流电压并减轻故障对交流电网的影响.     

永磁直驱风机通过MMC-HVDC并网的故障穿越策略

当受端交流电网发生严重短路故障,经柔性直流并网的风电场必须降低出力,使直流输电系统的直流电压保持在安全范围内。针对永磁直驱风机经MMC-HVDC并网系统,提出一种提升其故障穿越能力的控制策略。该策略结合降低风电场交流电压和降低风机输出有功电流2种方式,可以实现风电场侧有功功率的快速降低。同时,为了在故障时限制永磁直驱风机直流链电压的增长,在风机中引入直流电压偏差控制。仿真结果表明:主网发生对称和不对称故障时,MMC直流电压和永磁同步风机直流链电压均可维持稳定,系统可以实现故障穿越。     

混合式直流断路器在柔性直流电网中应用初探

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流电网技术是未来电力系统输电技术的发展方向之一,但面临快速清除直流侧故障的巨大挑战。分析比较3种隔离直流侧故障的方法,选择混合式直流断路器作为隔离直流侧故障的方案。结合基于差动电流的直流故障检测技术,提出考虑线路分布电容的柔性直流电网保护方案,包括线路保护和母线保护,并论述保护参数的选取原则。在PSCAD/EMTDC仿真平台上建立一个4端柔性直流电网模型,验证所提基于混合式直流断路器的差动保护方案的有效性和可行性。结果表明,所提的差动保护方案满足了保护的选择性和速动性要求,运用混合式直流断路器可在数ms内清除柔性直流电网的直流侧故障。     

柔性直流输电系统运行机理分析及主回路相关参数设计

分别从交流侧和直流侧分析柔性直流输电系统中电压源换流器的运行特性,并从稳态和瞬态角度分析直流电流和直流电压的数学表达。在此基础上,从3个方面对柔性直流输电系统主回路中的换流电抗器参数进行设计;考虑到交流系统三相不平衡时的直流电压波动,设计了直流侧电容器的参数。最后基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC按所设计的参数对柔性直流输电系统进行了仿真分析,仿真结果表明该设计方法是合理可行的。     

欧洲柔性直流电网的规划及其仿真研究

建立全球能源互联网是实现新能源大规模开发、高比例接入电网的重要发展方向。文章对柔性直流电网跨接在欧洲交流主网上的可行性及影响进行了深入的分析。首先,梳理了欧洲资源负荷的分布情况,设计了直流换流站的位置、容量和直流网架的结构;其次,基于机电暂态仿真软件PSS/E,在欧洲交流网架上建立了51端柔性直流电网;然后,针对柔性直流电网接入后交流电网的频率、电压稳定性,柔性直流电网对于交流网侧输入功率不稳定情况下的响应策略以及紧急功率支援能力等方面进行了仿真研究。仿真结果表明,规划的柔性直流电网能够提供功率支撑并降低换流站注入功率波动的影响,提高欧洲电网的稳定性。     

柔直系统直流电压测量值偏高影响分析及对策研究北大核心CSCD

为提升柔性直流输电系统稳定性,一般在柔直单元逆变侧设置辅助直压环,当正、负极间直流电压跌落到一定阈值时,直流电压由逆变侧控制,整流侧输送固定有功功率,并为交流系统电压提供无功功率支撑。然而受环境或自身质量影响,高压直流分压器有可能产生故障,进而引发直流电压波动。当整流侧测量异常偏高时,引起逆变侧辅助直压环起动作,导致此时系统的整流侧和逆变测两端均控直流电压,直流系统输送功率失控,甚至发生反转。针对这一风险,文中基于RTDS的异步联网仿真平台,通过对测量值乘一个异常系数k来模拟直流电压电流测量异常,对直流电压测量偏高导致柔性直流电网功率反转机理进行了分析,并提出相应的防范措施。     

双极MMC-HVDC系统站内接地故障特性及保护策略

针对双极柔性直流输电系统模块化多电平换流器(MMC)交直流出口接地故障,研究了换流器闭锁后的电压电流暂态特性,并推导了故障分量的数学解析式。研究结果表明,交流出口发生单相接地故障时,换流器闭锁后非故障相上、下桥臂分别出现了过电压和过电流现象,并且交流侧电流出现直流偏置导致故障相短路电流不存在过零点。直流出口发生单极接地故障,换流器闭锁后桥臂短路电流主要由交流系统注入的稳态电流和上下桥臂电抗间衰减的环流构成。针对交流出口发生单相接地故障这一特殊的故障特性,提出了一种选相跳闸保护策略,解决了故障电流不存在过零点时交流断路器无法正常断开的难题。最后搭建了张北四端环网结构柔性直流电网仿真模型,仿真结果验证了换流器出口故障特性分析的准确性以及所提选相跳闸保护策略的有效性和可行性。     

考虑交直流侧协调的模块化多电平换流站直流线路保护方案

在换流站保护中,交直流保护之间往往缺乏配合,且存在直流保护的速动性难以满足要求、故障区域难以确定等难点。为此,根据模块化多电平换流器(MMC)闭锁前后直流二次谐波电流与交流负序电流特征,提出了换流站交直流故障辨识方法,可有效区分交、直流故障,确定故障区域。在此基础上,提出了交、直流侧协调配合的换流站直流保护方案。最后,结合光伏直流汇集接入系统的PSCAD/EMTDC模型,验证了交直流故障辨识方法的可行性以及交、直流侧协调配合的直流保护方案的可靠性。结果表明,所提方法能有效识别交、直流故障,且受过渡电阻的影响较小。     

考虑故障阀臂封锁条件下的VSC-HVDC换流器故障诊断算法

针对两电平柔性直流输电(VSC-HVDC)系统换流器内部常见的IGBT阀器件短路失效、桥臂直通、交流侧单相接地、交流侧两相短路、直流单极接地这5类贯穿故障,研究了换流器故障保护与诊断的协调配合方案,分析了保护闭锁条件下系统直流电压及交流电流的变化规律,据此提出了利用闭锁时刻的直流电压及闭锁后2个周期的三相交流电流作为特征信号进行换流器故障分类与定位的诊断方法,并确定了用于区分故障类型的电压、电流诊断阈值。对换流器严重贯穿故障进行仿真,利用PSCAD/EMTDC模型对所提出的诊断方法进行了验证,结果表明该方法不仅能可靠识别故障类型,还能准确定位故障位置,可用于故障阀臂闭锁条件下VSC-HVDC换流器的故障诊断。     

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。     

基于VSC的柔性互联电网潮流解耦算法研究

基于交替迭代的交直流潮流计算是柔性互联电网研究的基础,其能灵活适应电压源换流器(voltage source converter, VSC)的各种控制方式,且对成熟的交流潮流计算方法具有良好的继承性。但此算法由于交、直流系统间存在耦合关系,需要交替进行多次迭代。对此,本文首先分析换流器稳态模型及其常用控制方式、直流电网潮流稳态模型,随后推导出柔性互联系统交替迭代法及交替迭代法需要进行多次交替迭代的原因,提出了一种基于VSC的柔性互联电网潮流解耦算法。在不重新划分交、直流系统界限的基础上,通过对VSC有功控制参量的两次处理,继承了交替迭代法优点的同时,可避免进行多次交替迭代,使得潮流计算更加简洁且更贴近实际模型,从而使柔性互联电网潮流计算量大为减小。最后,通过IEEE9节点和IEEE30节点交流测试系统形成的两个柔性互联系统算例,验证本文所提算法的有效性和准确性。     

直流断线故障下海上风电经柔性直流送出系统的暂态特性

断线故障为常见的直流故障类型之一,研究该场景下海上风电经柔性直流送出系统的暂态响应特性对于系统的保护方案设计有着重要参考价值.首先,分析了直流母线正极断线故障下短路电流产生机理,推导了非故障极短路电流表达式,并分析了接地阻抗参数对该短路电流特性的影响.其次,研究了故障期间风电场侧与电网侧换流站交直流侧暂态电压演变特性....     

MMC柔性直流输电系统换流阀开关频率优化方法

柔性直流输电系统一般采用模块化多电平MMC（modular multi-level converter）换流阀,换流阀开关频率的大小与系统损耗及交流侧谐波含量密切相关。推导了MMC开关频率与系统损耗及开关频率与柔性直流输电系统交流侧谐波含量的数学表达式;分析了MMC开关频率对系统损耗及交流侧谐波的影响规律。在此基础上,为了兼顾柔性直流输电系统的损耗和电能质量,采用遗传算法对开关频率进行了优化设计,根据工程经验对不同的优化目标赋予权值,根据国标要求设置了谐波和损耗的约束条件。仿真算例分析表明,采用优化的开关频率进行MMC变流控制时,柔性直流输电系统具有更佳的性能。     

基于虚拟阻尼指标的柔性直流电网小信号稳定性分析

近年来柔性直流电网得到了广泛关注和快速发展,柔性直流电网的稳定是保证交直流混联电力系统正常运行的重要前提。文中针对柔性直流电网,首先建立了不同控制方法下电压源型换流站和柔性直流电网的线性化模型,构建了以柔性直流电网中直流电压振荡模式为分析目标的柔性直流电网线性化互联模型。基于此,提出了一种物理意义更加明确的虚拟阻尼分析法,并对其概念和原理进行了介绍。然后,提出了能够评估电压源型换流站控制对柔性直流电网稳定性影响大小的虚拟阻尼指标,定量刻画了不同控制方法下电压源型换流站对柔性直流电网中直流电压振荡模式的影响。进一步,基于该虚拟阻尼指标,提出了适用于柔性直流电网中换流站控制参数的协调优化方法,提升了直流电网的小信号稳定性。最后,以一个三端柔性直流电网为例,详细展示了电压源型换流站虚拟阻尼的计算方法,并在包含下垂控制的复杂十端柔性直流电网中验证了多换流站参数优化方法的有效性及其相比于传统参数优化方法的优势。     

基于谐波注入信息传递的海上风电柔直并网故障穿越方法

海上风电柔直送出系统在交流电网发生故障时应该具备故障穿越能力.然而,风电场和柔直系统中的多类型换流设备在没有高速通信的情况下,很难协同控制实现系统低电压穿越过程中的直流电压稳定.因此,提出基于谐波注入信息传递的海上风电柔直送出系统故障穿越协调控制方法.在故障期间,风电场侧换流器检测到直流电压超过阈值后降低风电场交流电压幅值,并向系统注入谐波,使得风电机组换流器根据不同谐波阈值协同限制注入电网的功率,实现无通信条件下系统多换流设备协同的故障穿越.通过与常规的只由风电场侧换流器单独降功率的方法进行比较,在电网的各种故障类型下,所提方法可以更快速地将柔直直流电压限定在允许范围之内,系统可实现安全、可靠的故障穿越.     

海上风电经VSC-HVDC系统受端电网不对称故障抑制策略

海上风电经柔性直流输电技术（即基于电压源换流器的高压直流输电系统,VSC-HVDC）送出系统中受端电网故障不仅影响受端换流站交直流侧系统的运行状态,严重情况下也会阻碍送端换流站和海上风电机组的正常运行。针对这一实际问题,分析了海上风电经VSC-HVDC送出系统中受端电网发生不对称故障的传播机理,提出了一种基于Lyapunov函数方法的负序分量抑制策略。首先,建立了海上风电机组经VSC-HVDC送出系统的拓扑结构,并分析了受端电网发生不对称故障的传播机理。其次,根据受端换流站的数学模型推导出满足Lyapunov函数全局稳定性的负序开关函数,并求解出开关函数的系数,进一步设计出相应的Lyapunov函数控制器。最后,基于MATLAB/Simulink软件仿真将所提策略与传统PI控制进行对比,验证了所提策略的正确性和有效性。