基于桥臂功率特征的全-半混合型柔性直流输电线路保护

全-半混合型柔性直流输电系统具有故障自清除能力,能在一定程度上解决因高压直流断路器技术滞后导致的柔性直流输电容量提升困难问题,是新能源发电大容量远距离输出的解决方案之一。但全-半混合型柔性直流输电对保护时间提出了更高要求,需要在更短时间内实现故障识别。该文基于能量观点分析了直流线路故障下桥臂功率特征,提出基于桥臂功率特征的全-半混合型柔性直流输电线路保护方法,能够在1 ms内识别直流线路故障,实现故障选极。最后,通过大量实时数字模拟（RTDS）实验验证了该方法的可靠性高、选择性好,且具有较强的耐过渡电阻能力和抗干扰能力。     

模块化多电平柔性直流输电数字-模拟混合实时仿真技术

针对基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(MMC-HVDC),提出了基于数字-模拟混合建模的实时仿真平台,介绍了其系统构成、等效原理、模拟比计算原则及其在我国首套工程开发中的应用。该平台包括相应的数字化系统模型、49电平MMC物理模拟装置、数字和模拟仿真平台接口,能够完成对实际工程中的换流阀阀基电子控制器(VBC)和换流站极控制保护(PCP)系统进行实时的全功能仿真验证。通过对上海南汇柔性直流输电示范工程进行故障态仿真,得出了相应的试验结果,并与电磁暂态仿真软件PSCAD的仿真结果进行了对比,证明了该系统为MMC-HVDC的动态特性和控制保护平台提供实时在线验证的有效性。     

柔性高压直流输电仿真技术研究方法综述

柔性直流输电工程应用前景广阔,采用各种高精度高效率仿真技术对柔性直流系统进行理论分析和运行特性研究是柔性直流技术发展的关键;实时数字仿真、物理动模仿真和数字物理混合仿真是常用的系统仿真研究方法。总结柔性直流输电系统结构及核心装备;分别介绍三种仿真方法,从基本理论与算法原理、实现方式和柔直装备建模方法等方面进行论述,并总结各种方法的适用性和优缺点。最后,对柔性高压直流输电仿真技术的发展趋势和关键问题进行了总结和展望,提出了几点可能的研究思路。     

柔性直流输电系统研究

柔性直流输电是一种新型的高压直流输电技术,如今在全世界已被广泛使用。本文首先针对柔性直流输电的历史和研究意义进行了分析,比较了柔性输电相较于交流输电的优势。接着介绍了它的基本工作原理,对换流器的发展进行了回顾。同时指出了现在国内外相关学者的研究以及目前开展的柔性直流输电工程,最后探讨了柔性直流输电今后可能研究的重点。可以看到,柔性直流输电对未来的电力输送有着至关重要的作用。     

基于混合型多电平换流器的柔性直流输电系统

针对一种混合型多电平换流器（Hybrid Multilevel Converters, HMC）在柔性直流输电系统（VSC-HVDC）中的应用进行了研究。阐述HMC的电路拓扑和工作原理,从功率角度分析子模块电容电压均衡条件,介绍了换流器的基本控制策略,提出了一种改进控制策略和HMC子模块串的均压控制策略。提出了基于HMC的前馈交叉解耦控制策略,包括有功无功解耦控制器,以及直流侧电压控制器。利用PSCAD/EMTDC建立了基于HMC双端三相35 kV,240子模块的VSC-HVDC详细仿真模型,验证了所提出的主电路拓扑和控制策略。     

柔性直流输电系统

<正>系统概述柔性直流输电是一种新型直流输电技术,采用了基于可关断电力电子器件IGBT的电压源型换流器及先进的控制策略,不仅能够实现高效的功率传输,而且能够对交流系统提供动态无功功率支持和向无源系统供电。由于其有功、无功快速独立控制的特性,特别适用于可再生能源并网,例如风电场、太阳能电站、潮汐电站并网,还在分布式发电、无源孤岛供电、海上平台供电、大型城市负荷中心供电等方面有较强的技术优势。柔性直流输电技术是智能电网关键技术之一。南瑞继保的柔性输电系统中换流阀采用了多电平技术配合先进的控制策略,开关频率低、运行损耗小、维护方便且易于扩展,满足高电压大容量的应用需求。控制保护系统采用了业界领先的UAPC平台,该平台性能优异、可靠性高,已广泛应用于超、特高压直流输电领域。     

柔性直流输电系统的桥臂功率解析

该文从能量传递角度对柔性直流输电系统故障进行解析,提出了基于换流阀桥臂功率的柔性直流输电系统故障解析方法与新思路,为柔性直流输电系统交流故障、直流线路故障分析及瞬时能量平衡控制提供了解析基础和实用工具。首先,建立了交流系统故障等效电路,利用对称分量法推导在交流单相故障、双相短路故障以及三相短路故障下桥臂功率解析表达式,分析了交流故障下桥臂功率的变化特征;继而,从能量传递角度出发,建立了直流故障等效电路,推导了直流线路故障下桥臂功率解析表达式,分析了直流故障下桥臂功率的变化特征;最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了柔性直流输电系统,把解析结果与仿真结果进行了对比,验证了该文所提解析方法的准确性。     

基于FPGA的柔性直流实时仿真技术及试验系统

未来柔性直流输电技术大容量、高电压、远距离的发展趋势,对现有的柔性直流仿真建模技术提出了更高的要求。为了建立更符合控制保护装置测试需求的大容量、高电压、远距离柔性直流实时仿真模型,提出了适用于各种子模块拓扑结构且能灵活定义模块级故障的模块化多电平换流器(MMC)等效建模方法,采用基于现场可编程门阵列(FPGA)技术实现灵活柔性直流换流器算法,通过双向高速通信板卡GTFPGA在实时数字仿真器(RTDS)中实现灵活自定义的柔性直流MMC仿真建模,为未来含新型子模块拓扑结构的大容量、高电压、远距离柔性直流工程的控制保护特性研究及其闭环试验,提供有效的实时仿真试验系统和重要的仿真技术支持。     

柔性直流输电系统实时仿真系统设计与试验

在介绍模块化多电平柔性直流输电系统基础上,采用仿真器基于Intel处理器和现场可编程门列阵(field-programmable gate array,FPGA)片上协同仿真的架构,对多端柔性直流系统模型进行优化设计,同时计算资源的合理分配,进行柔性直流输电系统实时仿真系统设计,利用实时电力电子仿真系统加上保护控制、阀控及测量IO设备,在此基础上提出一种柔性直流输电控制系统的实时闭环仿真系统方案,以应对全球能源互联网建设。     

半全桥子模块混合型柔性直流换流阀的充电策略研究与样机实验验证

介绍了基于半桥和全桥子模块构建的混合型柔性直流输电换流阀的拓扑结构特点和在不控充电阶段中的子模块电压分布;分析了半桥子模块存在充电电压较低导致的取能失败及充电不成功的问题;提出了一种用于混合型柔直换流阀的充电策略,并搭建了±10 kV/60 MW半全桥混合型模块化多电平换流阀样机对该策略进行验证。实验结果表明,该充电策略可以有效解决基于半桥和全桥子模块构建的混合型柔直换流阀充电过程中半桥子模块自取能失败问题。     

特高压直流输电控制保护系统实时仿真技术的研究及应用

采用模拟高压直流输电一次系统的RTDS平台与直流工程的实际控制装置相结合的方法,实现直流工程的仿真验证平台的搭建,存在占地面积大、接线复杂的问题。提出了一种直流输电控制保护系统实时仿真的技术。使用Matlab/Simulink图形化的方式一比一搭建直流控保程序,通过代码转换及多线程优化调度方案将图形化程序转变为CBuilder代码文件,构建高集成度的RTDS自定义元件,只需采用单个RTDS计算单元实现了整个直流工程换流站的控保程序计算。在RTDS仿真平台上对所提出的技术进行了验证,试验结果表明该技术有效、可行。该仿真技术使交直流混联大电网的实时仿真问题变得更加经济、高效。     

柔性直流输电系统简介

柔性直流输电（VSC-HVDC）系统的主要器件包括电压源换流器（VSC）、换流变压器、换相电抗器、直流电容器和交流滤波器等。典型双端柔性直流输电系统的结构如图1所示。     

多端柔性直流输电系统

<正>柔性直流输电是指基于电压源型换流器(VSC)的直流输电技术。多端柔性直流输电系统是由3个或3个以上柔性换流站及相互之间输电线路组成的输电系统。其运行灵活,可靠性高,经济性好,并可提高电能质量,改善系统稳定性,可应用于分布式发电接入、新能源发电接入、孤岛供电、城市供电等领域。张北柔性直流电网示范工程首次建设±500 kV四端柔性直流环形电网,预计2020年全面投运。工程建设张北、康保2个送端,丰宁调节端和北京受端共4座柔直换流站,为世界首个     

一种适用于直流配电网中半桥-全桥混合型MMC的全电平逼近调制策略

为改善半桥-全桥混合型子模块数量较少的模块化多电平换洗器(modular multilevel converter, MMC)运行性能,推进其在直流配电网等中低压领域的应用,提出了一种全电平逼近调制策略(full level modulation,FLM)。所提FLM利用全桥子模块(full bridge submodule,FBSM)的全电平输出能力,控制桥臂中某一FBSM运行于“脉宽调制(pulse width modulation, PWM)模式”,将所得全电平PWM波与原阶梯波叠加以进一步逼近正弦调制波。子模块工作模式由电容电压排序结果确定,相单元中任意时刻均有两个FBSM运行于“PWM模式”,输出互补的全电平PWM波。基于Matlab/Simulink的仿真结果和物理实验结果表明,在所提FLM调制策略下,交流侧电压电流质量远高于传统最近电平逼近调制策略,运行损耗、控制复杂度及循环电流均优于传统载波移相脉冲宽度调制,满足中低压领域的调制要求。     

柔性直流输电系统电磁环境分析

针对新兴的柔性直流输电,受国家电网公司委托,在国内率先开展其电磁环境研究,旨在为柔性直流输电工程的设计和实施提供有力的参考。分析了系统中采用的高频可关断器件的工作特点,辨析了柔性直流输电系统环境影响种类,初步验算了柔性直流输电系统产生的低频电场、低频磁场和各种高频电磁场。结果显示:柔性直流输电系统产生的低频电场和磁场远小于国际公认的容许值,换流装置产生的无线电干扰水平基本上小于相关国标现有限值规定,通过相关措施能基本滤除传导进入交、直流输电线的高频电流谐波,抑制它们产生的高频电磁干扰。总结出柔性直流输电系统电磁环境是友好的。     

我国直流输电系统全数字实时仿真系统研发成功

中国电力科学研究院组织专家对直流输电系统的电磁暂态实时仿真进行研究,提出交直流电力系统分割并行电磁暂态数字仿真方法,并开发出直流输电系统全数字实时仿真系统。     

柔性直流输电系统拓扑结构研究综述

柔性直流输电系统的拓扑结构是其关键技术之一,对整个工程的性能和成本影响巨大。首先介绍了国内外柔性直流输电工程的发展情况,并分析了各种电压源换流器、模块化多电平换流器的技术原理。然后着重阐述了柔性直流输电系统主接线拓扑结构的最新研究情况,并对其应用范围、优缺点等做了归纳和分析。在此基础上提出将柔性直流输电仿真技术等作为下一步研究工作的重点,为今后的柔性直流输电工程拓扑方案的研究提供了一定的理论借鉴。     

柔性直流输电系统桥臂过流保护定值配合方法

针对交流故障下柔性直流桥臂过流保护可能误动导致故障穿越失败,直流故障下桥臂过流保护拒动或慢动可能导致开关器件过流等问题,讨论了柔性直流换流阀桥臂过流保护功能在阀控和直流保护装置中的配置和定值配合关系。借鉴交流保护定值配合图的概念,提出了桥臂过流保护功能在阀控装置与直流保护装置中的优化配合方法。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真平台,结果表明所述桥臂过流保护配合关系和定值设置方法可在交流故障下成功实现故障穿越,并可在直流极间短路等严重故障下可靠闭锁换流器并触发旁路晶闸管,降低电力电子器件的过流风险。     

特高压直流输电系统实时数字仿真研究

基于RTDS仿真器和南瑞继保公司研制的±800 kV直流控制保护样机搭建了云广特高压直流输电系统"孤岛"运行方式实时闭环仿真模型。利用该仿真系统对云广直流单电气元件特性、云广直流输电系统稳态潮流和暂态故障进行了仿真,并与非实时电磁暂态软件EMTDC仿真结果进行了对比。结果显示,2种仿真工具模拟的电气元件特性、系统稳态潮流和暂态特征基本一致,表明了搭建的实时闭环云广直流输电系统的可信性。由于考虑了实际特高压直流控制保护设备的作用,所搭建的实时闭环仿真系统更能反映实际交直流系统的动态特性,具备更实际的参考价值。闭环云广直流输电仿真系统已成功应用于云广特高压直流输电工程相关的多项关键科研项目,为云广特高压直流输电系统的建设和运行提供了有力的技术支持。     

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。