基于虚拟能量调节偏差的MMC-HVDC输电线路保护方案

柔性直流输电对继电保护的速动性及可靠性提出了更高的要求。为实现直流故障的快速可靠识别,文中分析了模块化多电平换流器(MMC)的控制参数在系统发生故障时的响应特性,并提出了一种MMC型高压直流输电线路保护新方案。根据MMC控制参数定义了虚拟能量调节偏差,利用虚拟能量调节偏差对系统故障时的响应特性识别直流线路故障,并结合虚拟能量调节偏差的比值进行故障类型的判别。该保护方案融合了交直流侧的故障信息,提高了保护的可靠性,保护判据利用了换流器控制参数信息,无须测量线路的电气量。仿真结果表明,所提保护方案可以快速准确动作且具有较强的耐过渡电阻能力。     

MMC-HVDC对交流线路电流相位差动保护的影响分析

基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)具有高度的可控性,其故障电流特性与传统的同步电源差别较大,可能影响电流相位差动保护的动作性能。推导了故障线路换流站侧和电网侧电流相量的表达式,对故障电流特性进行了深入分析;在此基础上,推导得了到单相接地故障和相间短路故障条件下故障线路两侧电流相角差的解析表达式;分析了故障类型、电压不平衡度、功率参考值等因素对故障线路电流相角差的影响,进而指出MMC-HVDC对电流相位差动保护动作性能的影响机理。在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

基于自定义差分电流的MMC-HVDC输电线路纵联保护

为可靠检测模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电线路故障并实现故障选极,提出一种纵联保护新原理。基于MMC-HVDC系统自身特点,综合使用两端换流站不同极线路电压量和电流量构造保护特征量——自定义差分电流。分析研究表明,直流侧故障时的自定义差分电流绝对值明显大于系统正常运行和交流侧故障时的自定义差分电流绝对值;直流侧正极接地故障、负极接地故障和双极短路故障时自定义差分电流正负性不同。根据此特征,构造纵联保护判据来识别直流侧故障并完成故障选极。仿真结果表明,该原理在一定故障条件下可快速可靠地识别直流线路故障并实现故障选极。     

MMC-HVDC输电系统直流故障隔离综述

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(MMC-HVDC)是一种新型的灵活输电方式。同交流输电技术相比,MMC-HVDC输电技术具有输送容量大、输电距离远且损耗小等优点。在当前各类MMC拓扑中,半桥型MMC具有所用器件少、运行效率高、经济性好等特点,但缺乏直流故障清除能力。本文简单介绍了半桥型MMC发生故障的原因,对目前MMC-HVDC输电系统直流故障隔离技术的国内外研究现状进行综述,并结合当前研究现状,展望了MMC-HVDC输电系统直流故障保护的新的研究方向。     

适用于交流保护整定的MMC-HVDC接入母线故障等效模型

模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电系统接入电网后将对交流系统短路电流产生影响,但目前交流保护整定计算通常忽略MMC-HVDC接入母线故障时模块化多电平换流器对短路电流的贡献。文中以交流保护整定计算为出发点,提出了MMC-HVDC系统简化分析原则。在分析MMC-HVDC系统控制特性的基础上,建立了适用于交流保护整定计算的MMC-HVDC等效模型,提出MMC-HVDC接入母线故障时可以将直流侧等效为一个正序电流源。研究了MMC-HVDC接入母线故障时不同故障点残压下MMC-HVDC直流侧响应特性,确定了等效电流源的幅值和相位,并进行了仿真验证。最后,提出了MMC-HVDC对交流保护整定计算影响的定量评估指标及其计算方法。     

双极MMC-HVDC系统直流故障特性研究

直流故障是模块化多电平换流器高压直流输电(MMC-HVDC)的主要故障类型,目前国内外对于MMC-HVDC直流侧故障的研究主要集中于伪双极系统,而对于真双极系统直流侧故障的研究还处于起步阶段。首先,介绍真双极MMC的拓扑结构和工作原理,并根据实际交直流系统电气参数、桥臂子模块电容及电抗的放电机制,建立真、伪双极两种拓扑MMC-HVDC系统直流故障状态下的对应等效电路。然后,对比分析两种拓扑不同阶段故障电流在MMC桥臂上的流通路径,重点研究了故障短路电流对换流站桥臂阀组影响程度的差异,并指出三种电气参数与故障短路电流变化之间的内在关系。最后,基于RT-LAB仿真平台,搭建51电平双极MMCHVDC双端直流输电模型,仿真结果证明了直流故障特性研究方法的正确性。     

MMC-HVDC通用启动控制策略研究

在基于模块化多电平换流器高压直流输电系统(MMC-HVDC)正常运行之前需对换流器桥臂子模块电容充电,为了减少预充电阶段产生的电压电流冲击,需对系统的预充电启动策略进行设计。以电容电压实时排序算法为基础,分析了换流器不可控充电阶段特性。在可控阶段,根据子模块闭锁和旁路的运行状态提出了子模块的开环预充电方案,该方案适用于不同类型子模块且无需PI参数整定。最后,在Matlab/Simulink中搭建换流站预充电模型对所提策略进行验证。     

MMC-HVDC系统主设备参数的非线性规划设计方法

模块化多电平换流器(MMC)已成为柔性直流输电系统的主流拓扑结构,其主设备参数的设计对系统的投资和运行性能具有决定性作用。基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMCHVDC)系统关键主设备参数包括联接变压器二次侧额定电压、变压器漏抗、桥臂电抗、子模块电容等,单个主设备参数的独立设计忽略了不同设备多个参数之间的耦合特性。文中构建了不同设备多个参数设计的约束方程组和目标函数,并提出了基于非线性规划法对MMC-HVDC系统主设备参数设计的整体算法,该整体算法综合考虑多个参数和不同设备设计原则之间的耦合特性,从而达到可靠的优化设计结果。最后针对某MMC-HVDC系统工程进行了参数优化设计,基于PSCAD/EMTDC的计算和仿真结果基本吻合,验证了所提算法的有效性。     

一种新型的高压直流输电技术——MMC-HVDC

介绍了模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)的基本结构、工作原理和技术特点,比较了MMC-HVDC相对于电压源换流器型高压直流输电(VSC-HVDC)的优势;对MMC-HVDC目前在国内外的研究进展和工程应用情况进行了回顾,分析了MMC-HVDC技术的不足之处和未来发展中可能的重点方向,包括主电路拓扑的相关问题研究、系统设计、故障保护、接地、谐波和损耗等,指出目前研究所采用的MMC-HVDC分析模型精度较低;因自身拓扑限制,目前成熟的VSC-HVDC控制方法无法直接用于MMC-HVDC;MMC-HVDC拥有较强的故障保护能力,当前研究着重于故障仿真分析,亟待探讨适合工程应用的保护策略;由于直流侧无需安装高压电容器组,MMC-HVDC接地实现困难;由于MMC-HVDC子模块数较多,采用较低的开关频率可得到较好的输出电压波形,使得系统损耗大幅降低;最后探讨了适合我国国情的MMC-HVDC工程实践。     

多端MMC-HVDC系统共用接地点的研究

在一个多端MMC-HVDC系统中,只要有部分换流站有接地装置,其他换流站的电压就可以通过直流线路来确定。为了减少多端MMC-HVDC系统接地装置的数目,进而降低对多端MMC-HVDC系统的规划、设计、运行以及成本的要求,对其共用接地点方案进行了的研究。基于PSCAD/EMTDC仿真平台,搭建了5端MMCHVDC系统平台,通过选取4大类最具代表性的共用接地点方案,对部分换流站内可能发生的最为严重的故障进行仿真计算。仿真发现,若不装设接地装置,换流站的过电压水平会有所上升,并且上升的幅度与换流站采用的控制策略密切相关。综合考虑最大过电压和接地点数目,在采用(后备)定电压控制策略的换流站安装接地极是最佳的共用接地点方案。     

电流差动保护在柔直接入的交流电网中适应性 分析及改进措施研究

为适应新能源规模化接入电网,柔性直流输电技术应用日益广泛,我国电网已初步成为交直流混联电网。交流系统发生故障时,柔直系统提供短路电流的特征与传统同步发电机相比发生显著变化。首先分析故障特征的变化,柔直侧由于故障电流幅值受限,且负序阻抗无穷大,导致故障电流的幅值和相角与交流侧不同。分析了输电线路电流差动保护由于区内故障时两侧电流夹角增大,导致电流差动保护的动作量减少、制动量增加,导致灵敏度下降甚至拒动。在此基础上,提出了差动保护判据的改进方案：分别利用零序电流、负序电流和正序电流突变量构成辅助判据,提高区内接地故障和相间短路时电流差动保护的灵敏度,从而提高了差动保护在含柔直接入交流电网中动作的可靠性。最后,通过仿真验证了所提方案的可行性。     

基于高压直流换流站站域信息的交流线路距离保护方法

为了解决发生换相失败时基于工频相量的交流线路距离保护将会受到影响而无法可靠判别故障的难题,提出了一种基于高压直流换流站站域信息的交流线路距离保护方法。因为未发生换相失败期间,距离保护可以准确地识别故障位置,所以可以考虑在换相失败期间闭锁距离保护,以避免其受到换相失败的影响。逆变器正常换相时,直流侧电流与交流侧电流基本相等,而换相失败时直流侧电流将远大于交流侧电流,利用此故障特征可对换相失败进行检测。基于换流站站内换相失败信息的检测与共享,可对传统距离保护的性能进行改善。在PSCAD/EMTDC仿真环境下建立高压直流输电系统模型,对所提出保护方法的性能进行验证。仿真结果表明,新提出的距离保护可以避免换相失败对其的影响,在交流线路区内、外发生不同类型的故障时均能准确、可靠地判别故障位置。     

模块化多电平变流器HVDC系统的模型预测控制

随着电压源变换器型高压直流(Voltage-Sourced Converter-Based High-Voltage Direct Current,VSC-HVDC)输电需求的持续增加,模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)成为柔性直流输电的研究热点。环流的抑制和子模块电容电压的平衡是MMC控制的研究重点之一。推导了模块化多电平变换器高压直流(Modular Multilevel Converter based HVDC,MMC-HVDC)输电系统的离散数学模型,在此基础上针对五电平MMC的控制目标提出一种改进的具有工程应用价值的模型预测控制策略(Model Predictive Control,MPC)。通过引入误差因子减小了子模块电压波动范围,同时通过MPC与电压排序算法相结合减小了传统MPC的计算量,并实现了HVDC系统传输功率的控制、MMC环流的抑制和MMC子模块中电容电压的平衡。仿真结果验证了所提出的控制策略的有效性。     

龙泉换流站直流控制保护系统运行分析

由于运行时间较长以及性能存在一些缺陷,龙泉换流站直流控制保护系统近年来多次发生故障,对电网的运行带来了不利影响。对龙泉换流站直流控制保护系统近几年来的故障情况进行统计,对故障原因进行分析,并指出当前龙泉换流站直流控制保护系统运行维护工作存在的难题。根据分析结果,提出相应的技术改造方案。该技术改造方案不仅可以有效解决龙泉换流站直流控制保护系统存在的缺陷及问题,而且对其他高压直流输电工程的建设和运行维护工作也有较好的参考作用。     

Adaptive distance protection setting in presence of mid-point STATCOM using synchronized measurement

EHV and HV transmission lines are used widely to transfer power from power generating area to large load centers. Nowadays compensating devices which uses modern power electronic devices are mostly used to improve the power transfer capability of transmission lines. Use of FACTS devices in transmission lines affect protection system very drastically. In this paper, the issues related with distance protection of transmission lines with STATCOM connected at mid-point are addressed. To mitigate the problems associated with distance protection, a novel algorithm based on synchronized measurement for adaptive relay setting is proposed. The power system is modeled in EMTDC/PSCAD software with frequency dependent model of transmission line. The results obtained for the new adaptive setting scheme are accurate, robust and superior in comparison with those obtained from existing distance protection schemes for transmission line with STATCOM.     

模块化多电平换流器型直流输电电平数选择研究

为分析模块化多电平换流器型直流输电拓扑的输出电压电平数选取原则,在采用基波频率调制方式的基础上,分析了影响换流器输出电压电平数的三个关键因素,即控制器触发频率、子模块个数和电压调制比.推导了影响电平数的两个控制器触发频率临界值,并得出了换流器输出电压总谐波畸变率与上述三个影响因素的关系曲线,为选择MMC-HVDC系统的电平数提供了理论依据.通过PSCAD/EMTDC搭建了MMC-HVDC仿真模型,仿真结果验证了该模型的合理性及上述电平数选择原则的正确性.     

基于模块化多电平变换器的储能系统综述

储能系统是当前和未来新能源电力系统中的关键组成部分,储能系统的引入促进了电网结构的优化,实现了新能源的友好接入和协调控制。模块化多电平换流器(Modular multilevel converter,MMC)作为多电平换流器家族中的一员,在中高压大功率场合有着广泛的应用。对基于模块化多电平变换器的储能系统的研究情况进行归纳和总结。首先简要介绍了MMC的拓扑结构和技术特点,其次对各种储能技术的概况进行总结。然后着重讨论了储能单元接入MMC的方式和带有储能装置的MMC的调制策略、子模块电容电压均衡、主电路参数设计、控制方面等关键技术的研究进展情况。最后对基于模块化多电平变换器的储能系统研究的重点问题提出了建议。     

高压直流工程换流站交流开关场最后开关/ 线路保护运行分析

结合贵广直流输电工程500kV交流开关场的3/2接线方式,介绍了高压直流输电系统中所特有的交流开关场最后开关/线路保护逻辑。并同时结合实际工程竣工验收过程中出现的500kV母差保护动作异常情况,对最后开关逻辑进行了深入的分析。     

基于广域保护系统的距离后备保护整定方案

电网中发生潮流转移现象后,受影响的输电线路会承受大量的转移负荷,进入过负荷运行状态。距离保护后备段的整定要求躲开线路正常运行时的最小负荷阻抗,因此潮流转移带来的线路过负荷将会对距离保护后备段带来显著影响。针对这一情况,提出了一种能够应对潮流转移情况的距离后备保护整定方案。该方案基于广域保护系统,利用WAMS可测幅值与相角的特点快速计算线路的视在阻抗值。然后根据线路视在阻抗的变化幅度确定线路所承受的转移负荷比例,针对线路不同的过负荷状态进行与之对应的后备保护整定值调整,既防止过负荷线路上的后备保护发生误动,又使后备保护保有正确识别短路故障的能力。最后将整定信息与负荷波动情况上传至调度中心,为调度中心进行负荷控制提供辅助决策,并依据调度中心的决策进一步调整后备保护的整定值,直至线路恢复正常的负荷输送状态。以新英格兰10机39节点系统为样例,采用BPA仿真验证了该方案的有效性。     

Energy storable VSC-HVDC system based on modular multilevel converter

A new High Voltage DC (HVDC) transmission system is proposed in this paper. This new HVDC topology is composed of a diode rectifier, a Modular Multilevel Converter (MMC) with short-term energy storage capability, and dc power cable or transmission line. Compared with conventional MMC HVDC, the proposed topology has the advantages of lower cost due to having only one MMC converter, and short-term energy storage capability. A novel control strategy is proposed by making full use of redundant submodules of MMC and making the dc terminal voltage variable. Energy management control is also proposed to manage input and output power and to limit the stored energy in a certain range. Simulation results verify the viability and effectiveness of this energy storable VSC-HVDC system. The basic principle of the system is further reinforced by experimental results.