长距离直流电缆对柔性直流系统故障影响分析

远距离海上风电越来越多地选择柔性直流经海缆送出的方式。采用电缆的柔性直流(voltage source con ver ter based high voltage direct current, VSC-HVDC)输电系统,其故障特性比传统架空线直流输电系统更加复杂。文中基于对称单极拓扑的双端VSC-HVDC海上风电送出工程,简化了电缆和VSC-HVDC输电系统的数学模型,分析换流变阀侧交流系统单相接地和直流电缆线路单极接地等典型故障下的故障特性,运用叠加原理对故障机理进行解释;根据不同故障类型的故障源等效出不同的故障回路,得到了长距离电缆显著的电容效应对VSC-HVDC系统故障特征的复杂影响;利用实时数字仿真平台,搭建远海风电送出系统硬件在环仿真模型,验证了故障机理解析分析的正确性。     

基于储能装置的柔性直流输电技术提高大规模风电系统稳定运行能力的研究

大规模风电集中接入电网对直流输电技术提出了更高的要求。为此,提出了基于储能装置的柔性直流输电并网传输系统拓扑结构。根据dq同步旋转坐标系下VSC-HVDC(Voltage Source Converter HVDC)系统的数学模型,设计了相应的换流器直接电流控制策略。其中送端换流站解耦控制器实现了风电场输出有功功率和无功功率的独立控制,受端换流站采用将储能装置充放电功率偏差值作为直流电压控制器附加信号的控制策略。最后,以配备双馈风电机组的风电场经柔性直流输电系统接入电网进行仿真分析,针对风电场在噪声风引起的输电功率波动、受端换流站侧交流系统短路故障等情况进行仿真验证,结果表明该控制方案有效可行。     

基于超级电容的海上风电柔直送出系统协调惯量支撑策略

大型海上风电场经柔性直流输电系统(offshorewind farms+voltagesourceconverterbasedHVDC,OWF+VSCHVDC)接入陆上电网,在传统控制模式下无法直接向陆上电网提供惯量响应。因此,提出了一种面向OWF+VSCHVDC系统的海上风电机组基于超级电容的协调惯量支撑(supercapacitor-based coordinated inertia support,SCIS)策略。在SCIS策略下,风电机组直流侧附加超级电容,通过改变超级电容电压进行充放电以模拟同步机惯量;VSC-HVDC的陆上电网侧换流站采用直流电压/频率(udc/f)下垂控制,将陆上电网频率通过直流电压变化传达给风场侧换流站,再通过风场侧换流站调节海上电网频率,使其与陆上电网频率耦合。此外,通过小信号稳定性分析对该策略的关键参数进行了优化。最后,在MATLAB/Simulink环境中搭建了OWF+VSC-HVDC系统的仿真模型,分别在负荷变化、风速变化、陆上电网故障3种工况下对SCIS策略进行了验证和评估。结果表明,SCIS可利用风电机组的超级电容进行惯量模拟,并通过VSC-...     

基于变下垂系数的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略

风电场经直流汇集-直流送出的风电全直流输电系统中,直流系统的存在会解耦风电场和受端电网的频率耦合,在传统控制策略下对受端电网频率支撑能力弱。为此,提出一种针对风电全直流输电系统的一次调频变下垂协调控制策略。首先,提出基于Logistic函数的电压-频率变下垂频率传递策略,以直流系统电压为媒介,建立起电网频率与风电场功率的耦合关系。基于该频率传递策略,构建了由受端换流站的变下垂虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制、直流升压站的改进双闭环控制及风力发电机的变下垂减载控制组成的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略,实现系统无通信传递频率并参与电网一次调频。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建风电全直流输电系统仿真模型,在不同工况下进行仿真验证。仿真结果表明,所提控制策略能使风电场在不依赖远端通信的情况下实现对电网的一次调频,同时,有效减小了调频过程中直流电压的波动幅度。     

风电场经VSC-HVDC并网故障穿越协调控制策略

近年来基于电压源换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电技术发展迅速,为保证电网安全运行,经VSCHVDC并网的风电场必须具备故障穿越能力。文中研究风电场经VSC-HVDC并网时的故障穿越能力,针对并网点故障换流站传输有功降低使得交流系统和直流系统功率不平衡,造成直流电压迅速升高影响系统运行的问题,设计了一种基于传统耗能电阻电路而改进的耗能电阻拓扑结构。当电网侧发生故障时,通过投入耗能电阻吸收功率差额并且结合风电机组进行协调控制,使得VSC-HVDC风电并网系统能够顺利平稳地穿越故障。最后,在PSCAD/EMTDC搭建基于VSC-HVDC的风电场并网模型,验证了所提方法的有效性。     

基于单向电流型AAMC的海上风电直流送出方案

经济高效的海上风电输电系统是推进海上风电开发的关键因素。据此,提出一种海上换流站采用单向电流型桥臂交替导通多电平换流器(UC-AAMC)的海上风电直流送出方案。首先,对UC-AAMC的拓扑结构和运行原理进行说明。然后,提出了适用于海上换流站UC-AAMC的无源网络控制策略。与常规柔性直流输电方案相比,所提方案能够减少海上换流站的投资成本,提升工程经济性。与基于二极管不控整流单元的直流输电方案相比,所提方案无须改变风电机组控制策略,并且可以实现由陆上电网向海上风电场的功率反送。最后,通过PSCAD/EMTDC中的仿真验证了所提方案的有效性。     

具有频率实时镜像和自主电网同步能力的风场–柔直系统控制方法

大型海上风电采用柔性直流(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)并网是未来的发展趋势。VSC-HVDC采用基于锁相环(phase-locked loop,PLL)同步并网的电流矢量控制方式,体现为无惯量的电流源。对此,该文提出一种新型柔直换流站惯性同步控制方法,在受端换流站利用直流母线电容固有动态特性实现无锁相环自主电网同步控制,使得VSC-HVDC的直流母线电压与大电网频率具有实时联动特性,通过送端换流站的频率镜像控制可将电网频率实时镜像到风场侧,便于风场进行惯量响应。在该控制方式下,VSC-HVDC受端站体现为具有风场与直流系统惯量的同步机,大幅提高风电场对电网的适应性和支撑作用。基于PSCAD/EMTDC仿真软件建立大型海上风电场经柔直并网的仿真分析系统,对新型控制方法下风电场柔直并网系统的惯量响应和并弱网稳定性进行分析,验证所提控制方法的有效性。     

混合直流系统中直流侧故障暂态电流的解析表达与故障特性的研究

由基于线性换流器高压直流输电系统(LCC-HVDC)和基于电压源换流器高压直流输电系统(VSC-HVDC)共同构成的混合直流输电系统,其故障特性与传统直流输电系统不同。针对此问题,对混合直流输电系统中直流侧故障暂态电流特性进行了研究。首先建立了送端电网采用LCC型换流站、受端电网采用VSC型换流站的两端混合直流输电系统,利用拉普拉斯变换定理推导了直流侧故障时的等效电路,解析了LCC侧和VSC侧直流故障电流简易表达式。其次,在简易表达式的基础上,充分考虑送端LCC侧换流站的触发角动态变化过程和受端VSC侧换流站交流电流的馈入,进一步解析了两侧精确的故障电流表达式。然后,从故障电流幅值、谐波等方面对比分析了三种高压直流系统中直流侧故障电流的变化特征。最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提故障电流解析表达式的正确性。     

DFIG型海上风电混合直流送出的控制策略

为了减少海上风电经采用电压源换流器的直流输电系统送出的系统的造价,提出的基于双馈风机的海上风电经混合直流输电送出的拓扑结构是:风电场侧换流器为电压源换流器,逆变侧换流器为电网换相换流器(LCC)。为保证系统在正常状态下稳定运行并能够对风速变化进行功率追踪,风电场侧换流站采取定交流电压和给定频率的控制,逆变侧采取定直流电压控制。同时,针对电网为弱系统时易发生连续换相失败故障,提出在LCC的控制系统中加入定关断角控制作为故障备用控制,并在定关断角控制启动时在风电场侧整流站加入定直流电压控制来抑制换相失败。在PSCAD仿真软件中模拟海上风电利用混合直流送出电能,仿真结果验证了混合直流输电系统能够跟踪风电场输出的功率变化,在交流侧故障时协调控制策略的转换能够减少换相失败的次数,保证系统恢复正常运行。     

海上风电场VSC-HVDC并网不对称故障负序电流控制

基于大型海上风电场通过柔性直流输电并网系统,分析研究了柔性直流输电系统的数学模型和控制策略。针对交流电网侧发生不对称故障时产生负序电流,采用延时法进行正负序分解,进而对正负序电流单独控制,提出了负序电流控制策略,抑制不对称故障时产生的负序分量。基于PSCAD平台搭建了仿真模型,仿真验证了所提策略可以很好地抑制负序电流。     

风电经柔性直流并网的暂态稳定性分析

风电经柔性直流并网获得业界的关注和认同,而处于电网末端的风电场通过柔性直流并网,改变了系统接线方式和运行特性,必然会影响系统暂态电压稳定性和频率稳定性。为此,在研究多端柔性直流模型及其控制策略的基础上,以南澳多端柔性直流输电系统为研究对象,电磁暂态仿真分析了换流站与风电场之间的相互影响和换流站故障对近区电网的影响。结果表明:(1)风电经柔性直流并网有助于改善系统稳定性;(2)多端柔性直流系统具有更高的运行灵活性,适合分布式发电多点接入。     

柔性直流接入对弱受端电网恢复特性的影响及优化措施

随着柔性直流输电系统电压等级和输电容量不断提升,采用电压源型换流器的柔性直流输电技术在我国得到了大量应用,同时其对电网的影响也进一步增强。文中基于PSD-BPA机电暂态仿真软件中新开发的计及故障穿越策略的柔性直流控制系统,比较了不同直流接入方案下弱受端电网受扰恢复特性的差异。在此基础上,分析了柔性直流控制方式、直流传输功率大小以及故障穿越控制策略等因素对换流站动态有功和无功功率特性的影响。最后针对西藏弱受端电网电压稳定问题提出了优化方案,仿真结果表明优化柔性直流故障穿越控制关键参数可以改善弱受端电网故障后的恢复性能。     

多端柔性直流输电系统在风电场中的应用

基于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的多端直流输电系统(VSC-MTDC)是理想的风力发电与电网联接的输电方式。分析基于双馈感应发电机的风电场输出特性以及VSC-MTDC的基本原理与控制方法,提出适用于风电场的VSC-MTDC系统的多点直流电压控制策略。利用PSCAD/EMTDC对该控制方法进行仿真,结果表明,该控制方法能实现定功率与定直流电压控制模式间的自动转换,确保定直流电压控制的换流站故障退出以及其他故障后直流电压的稳定控制与风电场的可靠输出。     

基于二极管不控整流单元的远海风电低频交流送出方案

远海风电场凭借其丰富稳定的风能资源成为未来风电发展的主要趋势。目前已投运的远海风电送出工程大多采用柔性直流输电技术,其投资成本较高。为此,提出一种基于二极管不控整流单元（diode rectifier unit, DRU）的远海风电低频交流送出方案。该方案取消了海上换流器平台,采用DRU代替常规交-直-交变频器中的低频侧换流器,能够有效降低工程的投资成本和运行损耗。由于DRU不具备主动控制能力,提出适用于远海风电低频交流送出系统的风电机组控制策略,其中机侧换流器采用定直流电压控制,网侧换流器则在全局统一参考坐标系下同时实现最大功率跟踪控制和交流侧电压控制。最后,通过PSCAD/EMTDC进行算例仿真,对风电功率波动、陆上交流电网三相短路故障和海上交流电网三相短路故障等典型工况下的系统响应特性进行研究,验证所提方案的可行性。     

基于VSC-HVDC的风电分散并网下垂控制策略

海上风电的大规模开发使得柔性直流(VSC-HVDC)输电技术得到了越来越广泛的关注与应用。文中通过引入交流电压下垂控制,提出了基于VSC-HVDC的适应送端交流分散模式下的风电场多端并网的协调控制策略。在柔性直流输电传统控制策略的基础上,保留配电网侧逆变器的定直流电压控制,以保证系统功率平衡;而使风电场侧整流器采用交流电压下垂控制,以代替原有的恒功率控制,从而引入下垂控制的无需通信联系和合理动态分配等优势。仿真分析表明所提控制策略不仅能保证有功出力灵活自动跟踪系统额定值,而且还具有一定的负荷波动容忍度和交直流故障隔离功能,且在风电场采用送端交流分散模式同时向多端配电网供电时,能在风电机组切出系统的情况下快速实现潮流反转,以保证系统供电可靠性,并能自动按照额定比例在各配电网间合理分配动态功率,为风电分散并网的协调运行提供了有效的解决途径。     

LCC与VSC型直流馈入对弱受端电网特性的影响

随着柔性直流输电（voltage source converter based high voltage direct current, VSC-HVDC）直流电压等级提升和传输容量增大,其在大容量远距离资源优化配置中将发挥更加重要的作用。以往的研究中,大多利用电磁暂态仿真软件,针对虚拟构建的小电网,仿真分析VSC-HVDC的技术性能。针对实际交流电网的VSC-HVDC动态性能验证等研究,则少有报道。本文首先针对PSD-BPA中新近开发的对应实际电网换相换流器高压直流（line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC）工程的DA卡仿真模型以及VSC-HVDC仿真模型,分析两者的技术特点。在此基础上,面向西藏藏中弱交流受端电网,仿真对比2种直流供电方案下,受端电网大扰动冲击后的暂态恢复特性。仿真研究结果为应用VSC-HVDC改善弱受端电网受扰特性和提升电网稳定水平提供了技术支撑。     

Study on FRT compliance of VSC-HVDC connected offshore wind plants during AC faults including requirements for the negative sequence current control

In this paper three new control modules are introduced for offshore wind power plants with VSC-HVDC transmission. The goal is to enhance the Fault Ride Thought (FRT) capability of the HVDC system and the connected offshore wind power plant during balanced and unbalanced AC faults. Firstly, a positive-sequence-voltage-dependent (PSVD) active current reduction control loop is introduced to the offshore wind turbines. The method enhances the performance of the offshore AC voltage drop FRT compliance strategy. Secondly, an adaptive current limiting control strategy which operates simultaneously on the positive and the negative sequence current is discussed. It enables negative sequence current injection, while at the same time respecting the maximum fault current capacity of the HVDC converter station. Finally, a state machine is proposed for the VSC-HVDC system and for the offshore wind turbines respectively. It coordinates the fault and the post-fault response during balanced as well as unbalanced faults, ensuring a smooth shift from the normal operating point towards the fault and the post-fault period. The test system consists of a two level VSC-HVDC link, rated at ±250 kV, connecting an offshore wind power plant with 700 MW generation capacity. Simulation results with a detailed EMT type model in PSCAD/EMTDC environment are presented.     

VSC-HVDC输电系统模式切换控制策略

分析了基于电压源换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电系统在定直流电压控制端交流电网故障下的模式切换控制策略,提出了基于滞环和本地直流电压检测的模式切换控制,并给出了该控制的实现方法。推导了正常运行时VSC-HVDC输电系统直流功率与两侧换流器直流电压的关系式,给出了定有功功率控制端的直流电压正常工作范围的计算方法,提出了模式切换控制策略中直流电压阈值和故障穿越期间直流电压参考值的确定方法。最后,PSCAD/EMTDC仿真验证了在不同故障类型和不同运行方式下VSC-HVDC输电系统模式切换控制策略的有效性;仿真结果表明,该直流电压阈值和参考值的确定方法能够为模式切换控制策略的指令值整定与配合提供可靠参考。     

电压源型直流输电变流器的直接功率控制研究

针对风电场并网电压源直流输电系统,在αβ坐标系下VSC-HVDC系统离散化数学模型基础上,结合瞬时功率理论和空间矢量脉冲宽度调制,提出了一种适用于VSC-HVDC系统的新开关表的直接功率控制。其中,风电场侧采用定有功功率和无功功率,电网侧采用定直流电压和无功功率,利用MATLAB/Simulink搭建相应的仿真模型,通过对有功、无功阶跃突变工况的仿真分析,验证了该方案的有效性和可行性,为风电场并网电压源高压直流输电系统提供了一种可行的控制方案。     

用于海上风电场并网的多模块变压器耦合型VSC-HVDC技术

给出了海上风电场并网系统结构,提出了一种新型的多模块变压器耦合型VSC-HVDC系统,各模块交流输入端通过多绕组变压器进行相互隔离,直流输出端由多个功率模块串联构成,通过灵活地增减模块数目,以获得不同的直流电压,各功率模块可以独立控制;建立了VSC-HVDC在两相同步旋转坐标系下的数学模型;研究了VSC-HVDC的基本...