伪双极LCC-VSC型混合高压直流输电系统 向无源网络供电的研究

电网换相换流器高压直流输电系统(Line Commutated Converter based High Voltage Direct Current,LCC-HVDC)在功率传输特性、线路故障时的自防护能力、过负荷能力等方面均优于交流输电,但却无法向弱交流系统和无源网络供电。电压源换流器高压直流输电系统(Voltage Source Converter based HVDC,VSC-HVDC)可实现向无源网络供电的目的,但由于电力电子技术的局限性,VSC-HVDC系统投资成本过高。结合两者的优势,提出了一种新型混合高压直流输电系统(Hybrid High Voltage Direct Current,H-HVDC)。该系统的整流侧为两个6脉动LCC接一交流网络,逆变侧为三相二电平VSC接无源网络。在此基础上,对该H-HVDC的稳态数学模型、启动特性、稳态特性与暂态特性、单极闭锁进行了研究。仿真结果表明,该H-HVDC系统能实现向无源网络供电,且具有较高的稳定性,为混合直流的进一步发展提供了理论基础。     

混合直流输电系统综述

混合直流输电系统是通过结合各种电流源型换流器(CSC)和电压源型换流器(VSC)的技术特点,互相取长补短而形成的新型直流输电拓扑结构。在简要介绍CSC和VSC基本结构和技术特点的基础上,分别阐述了混合两端、混合多端、混合多馈入、混合双极直流输电系统和混杂换流器各自的技术特点、控制方式、应用场景和研究进展,最后总结了混合直流输电系统的优势和不足,展望了未来混合直流技术的研究和发展方向。通过对混合直流输电技术的研究成果的总结和工程应用的介绍,表明混合直流输电是一种独具特色,拥有广泛应用前景的新型高压直流输电技术。     

基于PWM-CSC的混合直流输电系统电网故障穿越策略

研究了一种整流侧采用传统电网换相换流器(LCC)、逆变侧采用脉宽调制型电流源换流器(PWM-CSC)的混合直流输电系统。为了降低开关频率和提高系统故障响应性能,提出了电网正常运行时采用特定谐波消除法(SHE)调制和电网故障时切换为正弦脉宽调制(SPWM)的调制策略。分析了电网故障情况下逆变侧PWM-CSC在αβ两相静止坐标系下的数学模型,提出了一种基于比例谐振控制器的控制策略并对控制器参数进行了设计,实现了负序电网电流的抑制和单位功率因数运行。此外,给出了电网故障情况下系统传输的最大有功功率的计算方法。在PSCAD/EMTDC中搭建了400 kV/1 250 MW的单极混合直流输电系统仿真模型。仿真结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

向无源网络供电的VSC-HVDC系统的控制器设计

建立了在同步旋转坐标系下新型直流输电系统的暂态数学模型,对向无源交流网络供电的直流输电系统的控制器进行了设计。整流侧控制器由基于输入输出反馈线性化的解耦控制器和电网电压矢量定向策略构成,实现电流的解耦控制和有功功率与无功功率的独立调节。逆变侧控制器则基于换流器稳态数学模型设计了定交流电压控制器,对无源交流网络的母线电压实现控制。基于PSCAD/EMTDC的数字仿真对不同功率因数的负荷和各被控量设定值的不同阶跃变化等各种工况进行了仿真验证。研究表明,所设计的控制器结构简单,具有良好的控制性能,并便于工程应用。     

MMC型柔性直流输电系统无源网络供电的直接电压控制

介绍了向无源网络供电的模块化多电平换流器(MMC)型电压源换流器型高压直流输电(VSC-HVDC)的系统结构和工作原理,引入了MMC的数学模型。提出了MMC无源逆变的直接电压控制策略,其中电压幅值控制由参考信号的直馈和负反馈PI补偿来实现,频率控制通过给定调制信号频率来实现,保证了良好的供电质量。在PSCAD/EMTDC中搭建了向无源网络供电的MMC型VSC-HVDC仿真系统,对有功和无功负荷变化以及交流电压降低等工况进行了仿真研究。仿真结果表明所设计的无源逆变控制器可以向无源网络提供高质量的电能。     

基于电压源换流器的高压直流输电系统混合调制方式

提出了一种适用于基于电压源换流器的直流输电系统的混合调制方式,可满足输电系统的暂态响应和稳态特性的需求。控制系统配置正弦脉宽调制(SPWM)和最小开关损耗2种调制方式:系统受到扰动或处于暂态时,采用响应速度快的SPWM,提高系统的暂态控制能力,改善暂态响应特性;系统处于稳态运行时,则采用最小开关损耗控制,提高系统运行的稳态特性和经济性。使用状态监测器监视系统状态,据此动态地选择合适的调制方式。描述了混合调制方式的基本原理,并基于PSCAD/EMTDC数字仿真软件,对该调制方式的控制效果进行了仿真验证。结果表明,所提出的混合调制方式具有良好的控制性能和稳态损耗特性,适于工程应用。     

基于CSC和VSC的混合多端直流输电系统及其仿真

研究了一种新型混合多端直流输电系统,其换流器可以分男由电压源换流器(VSC)和电流源换流器(CSC)构成,各个换流器之间以并联方式连接.为验证该直流输电模式的有效性和可行性,建立了一个混合三端直流输电系统仿真模型,包含1个电流源整流器、1个电流源逆变器和1个电压源双向换流器,并分别设计了2种控制策略.当采用第1种控制策略,即电流源整流器采用定电流控制,电流源逆变器采用定电流控制,电压源双向换流器采用定直流电压控制和定交流电压控制时,混合多端直流输电系统在启动、稳态运行、直流和交流故障等情况下具有良好的运行特性,不失为一种有效的直流输电模式,能够综合利用常规直流输电和轻型直流输电各自的优点,有效扩展常规直流输电系统的适用范围.     

双端柔性直流输电系统运行特性仿真研究

通过分析柔性直流输电系统的功率、电压和电流关系,获知幅相控制和直接电流解耦控制是一致的,均通过改变电压源换流器(VSC)交流侧电压的大小和相位,进而改变交流侧电流的大小和相位,实现VSC的四象限运行。运用PSCAD建立了双端柔性直流输电系统模型,对其稳态运行和短路故障进行了仿真计算,分析了交直流参数间的数量关系,结果证明该模型准确反映了系统正常运行和短路故障,可用于进一步分析系统的保护和控制。     

混合直流输电控制策略研究

为充分利用传统高压直流输电(LCC-HVDC)与柔性直流输电(VSC-HVDC)各自的优点,建立了整流侧采用LCC换流站,逆变侧采用VSC换流站的混合直流(hybrid HVDC)输电系统。对直流系统两侧换流站主控制器进行了设计,并针对该系统设计出双侧功率/频率调制的辅助控制器。最后对混合直流输电系统与交流输电线路并行输电和单独的混合直流输电系统进行了仿真与分析,通过仿真验证了当系统受到扰动时所加辅助控制器能提高系统的稳定性。     

混合直流输电系统的参数优化方法

混合直流输电系统结合了传统电网换相换流器(LCC)和电压源换流器(VSC)的优点,具有广泛的应用前景。文中针对整流侧为LCC换流站、逆变侧为VSC换流站的混合直流输电系统,介绍了单极型、伪双极型、双极型3种不同混合直流结构的特点及应用场合。考虑到混合直流输电系统的主电路参数和控制系统参数对系统的运行特性都有直接的影响,提出了一种可以同步优化主电路和控制系统参数的方法。首先,重点阐述了系统参数中直流平波电抗器L和直流电容器C的参数设计原则,然后基于Simplex算法对LC参数以及两侧控制器比例-积分的参数进行了优化。在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC下搭建了混合直流输电系统的模型,仿真结果表明,使用Simplex算法对系统参数进行优化后,其运行特性将得到改善,从而验证了所提出的参数设计优化方法的有效性。     

适用于混合多端直流输电系统的非线性下垂控制策略

针对混合多端直流输电系统功率协调控制问题,提出了一种非线性下垂控制策略。该策略考虑了各换流站的电流裕度,由多个换流站共同维持直流电压的稳定,使电流裕度大的换流站承担较大的功率变化量,电流裕度小的换流站承担较小的功率变化量,避免出现部分换流站满载而失去对功率变化响应能力的情况。该控制策略可以协调分配各换流站有功功率,有效降低各换流站直流电压的静态偏差,且提高了系统的响应速度。用根轨迹法对所提控制策略进行了稳定性分析。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

混合双极高压直流输电系统的特性研究

为了充分发挥电网换相换流器高压直流输电系统(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)和电压源换流器高压直流输电系统(voltagesource converter based HVDC,VSC-HVDC)的优势,针对一种新型的混合双极高压直流输电系统(hybrid bipolar basedhigh voltage direct current,HB-HVDC)进行了研究,该系统的正极是传统的12脉动LCC-HVDC系统,而负极是VSC-HVDC系统。建立了由LCC正极和VSC负极组成的混合双极高压直流输电系统的模型,推导了其在稳态时的数学模型,并设计了正负极之间的协调控制策略。在PSCAD/EMTDC环境下对HB-HVDC系统的稳态和暂态运行特性进行了研究分析。最后对HB-HVDC系统和闭锁负极VSC-HVDC后LCC-HVDC系统的运行特性进行了对比研究。结果表明:HB-HVDC系统可以更好地调节交流母线电压,减少LCC极换相失败的可能性,并且具有快速的故障恢复能力;同时也证明所设计的协调控制策略可以有效地改善HB-HVDC系统的稳态和动态特性。     

基于状态空间平均法的新型高压直流输电系统稳态建模分析

运用状态空间平均法对新型高压直流输电系统进行分析,建立了新型高压直流输电系统的模型。并在开关函数的基础上进行傅立叶变换,通过忽略高次部分,在建模过程中,用开关函数来表示阀的开关状态,其状态组合可以表示整个电压源型换流器的状态,从而可以考虑换流器的自换相过程。结果表明,新型高压直流输电技术具有良好的性能。     

混合双馈入高压直流系统最大传输功率控制方法

常规高压直流(LCC-HVDC)与柔性高压直流(VSC-HVDC)落点之间存在电气通路时就构成了混合双馈入高压直流系统。VSC-HVDC系统具有有功、无功功率独立可调的特点,通过调节VSC-HVDC系统输出的有功、无功功率,可以提高在同等受端电网强度下LCC-HVDC系统的功率输送能力。在建立混合双馈入高压直流系统的数学模型和仿真模型的基础上,通过给出求解混合双馈入高压直流系统临界稳定状态的数值解法,分析了混合双馈入高压直流系统在不同受端电网强度下的功率输送能力,总结出调节VSC-HVDC系统输出的有功、无功功率对LCC-HVDC系统功率输送能力的作用规律,并在此基础上根据系统状态参数随受端电网强度的变化规律提出了混合双馈入高压直流系统基于定虚拟点电压控制的最大传输功率控制方法,该控制模式能针对受端电网强度的变化自动调节系统的功率参考值,使得混合双馈入高压直流系统能始终运行在输送最大有功功率的工作状态。     

混合法在高压直流输电系统可靠性评估中的应用

在高压直流输电系统可靠性评估中,根据设备功能对高压直流输电系统的设备进行划分的方法虽然简单,但分类过于粗糙,对设备的失效模式进行了过多的简化。根据直流系统设备的功能和失效模式对直流系统子系统进行重新划分,在此基础上,提出了以系统状态转移抽样模拟法为基础并结合解析法,对高压直流输电系统进行可靠性评估的混合法。该方法先用解析法将含有备用相关性的设备简化为等效子系统,然后再对简化后的整个直流系统可靠性模型利用模拟法得到系统的可靠性指标。仿真计算了伊尔河直流系统的可靠性指标,验证了该算法的正确性和有效性。     

基于混合式MMC的混合高压直流输电系统启动策略

针对与有源系统相联的混合直流输电系统,以全桥子模块和半桥子模块混合的模块化多电平换流器(MMC)为例,详细分析了其预充电启动过程,给出了每个阶段直流电压的一般数学表达式,从数学上证明了其与半桥子模块或全桥子模块构成的MMC的内在联系。分析了基于全桥子模块和半桥子模块混合的MMC在不同混合比例下其预充电过程中可能存在的过压或欠压问题,提出了5种解决措施。同时就混合直流输电系统运用于向无源系统供电和作为"黑启动"电源的应用场合,分析了其预充电启动过程,并提出了具体实现方法。最后通过PSCAD/EMTDC对相关分析进行了仿真验证。     

混合级联直流输电系统主动谐波补偿控制

为提升混合级联直流输电系统接入点的电能质量,减少工程占地与造价,提出了一种基于模块化多电平换流器的主动谐波补偿方法.首先,介绍了混合级联直流输电系统的拓扑结构和谐波特征,其中高压阀组采用电网换相换流器,低压阀组则采用模块化多电平换流器.然后,介绍了系统的谐波等值电路与主动谐波补偿控制策略,通过模块化多电平换流器对电网换相换流器的谐波进行补偿,并分析了主动谐波补偿对模块化多电平换流器稳态运行的影响.最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建了混合级联直流输电系统的仿真模型,验证了主动谐波补偿控制策略在系统稳态运行、功率变化和计及延时工况下的有效性.     

基于MATLAB的轻型直流输电系统的仿真

轻型直流输电(HVDC Light)是一种新型的输电技术,以电压源换流器(VSC)为核心,控制上采用脉宽调制技术(PWM)以达到高可控性直流输电的目的。文章首先分析了轻型直流输电系统的基本结构和原理,然后利用MATLAB仿真软件建立一个三电平轻型直流输电系统的仿真模型,最后对仿真结果进行分析,仿真结果表明建立的轻型直流输电系统具有较好的稳定精度和响应速度。文章为将来研究轻型直流输电系统的物理模型奠定了一定的理论基础。