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。     

LCC-MMC型混合直流输电系统小干扰动态模型

该文建立了整流侧为电网换相换流器(line commutated converter,LCC)、逆变侧为模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的LCC-MMC型混合直流输电系统的小干扰动态模型,该模型包含LCC换流站、MMC换流站、交流系统、直流系统和详细控制系统等多个子系统,设计并开发了用于连接各子系统的接口模型;通过对比小干扰动态模型计算结果与PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真结果,验证了所建立模型的准确性。然后采用特征根分析法和参与因子法,研究了交流系统强度对混合直流输电系统小干扰稳定性的影响,所提出模型可以为LCC-MMC型混合直流输电的系统设计和参数选择提供有价值的理论指导。     

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。     

带有LC正弦波滤波器的内置式永磁同步电机电流控制器谐振抑制参数设计

带有LC正弦波滤波器的内置式永磁同步电机系统形成了一个LCL电路，矢量控制系统的稳定性会受到LCL电路固有谐振现象的影响。通过在电流控制器中引入有源阻尼可从理论上实现谐振抑制，为了获得满意的谐振抑制效果，必须对电流控制器的参数进行合理设计。该文研究带有LC正弦波滤波器的内置式永磁同步电机电流控制器谐振抑制参数设计方法，分析了带有电容电流反馈有源阻尼（CCFAD）的电流控制器的频率特性，通过频域稳定判据分析了电流比例积分调节器参数、有源阻尼系数、LC正弦波滤波器参数与电机参数对系统谐振现象的影响机理，给出了电流控制器谐振抑制参数设计方法。通过实验验证了所提方法的有效性。     

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。     

串联混合型直流输电系统的小信号模型及其稳定性研究

针对高压端采用电网换相换流器(linecommutated converter,LCC)、低压端采用模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)串联构成的串联混合型直流输电系统,该文建立了其状态空间及小信号模型。推导LCC与MMC在交、直流侧的数学模型,换流站间及换流站与交直流系统间的接口模型,建立包含LCC、考虑详细内部动态特性的MMC、直流输电线路、交流系统的串联混合型直流输电系统状态空间模型及对应的小信号模型,并与电磁暂态仿真模型的动态响应特性进行对比,验证所提建模方法的准确性。研究了受端交流系统强度对串联混合型直流输电系统小信号稳定性的影响,结果表明高压端LCC和低压端MMC之间的耦合作用在一定程度上降低了弱交流系统下串联混合系统的稳定裕度。     

柔性直流输电稳定性分析及控制参数整定

针对柔性直流输电的特点,将其稳定性分析分为两部分,即柔直系统直流侧稳定性分析和交直流互联的稳定性分析。对于直流侧的稳定性分析,首先建立柔直系统的简化复频域电路,然后得到等效环路增益,采用Middlebrook判据进行稳定性判断;对于柔直系统与交流互联网络,首先探讨其稳定性机理,然后通过dq旋转坐标系下的电流环控制结构框图构建换流站的等效电路,并推导出换流站的等效导纳表达式,最后通过注入非特征谐波电流法进行交流侧阻抗检测,利用交直流阻抗比的频域特性进行稳定性判断,找出稳定的控制参数域。利用PSCAD/EMTDC软件对实际工程中不同等效场景下交流侧阻抗对稳定性的影响进行仿真,证明了采用所提方法进行稳定性判断及控制参数整定的有效性。     

基于开关函数的LCC-HVDC换流站动态模型及小干扰稳定性

研究了电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)的控制系统参数对其小干扰稳定性的影响。基于LCC-HVDC换流站的开关函数模型,建立了LCC系统换流站、交流系统以及控制系统的小干扰动态模型,并将其与PSCAD/EMTDC中的电磁暂态仿真结果进行对比,验证了小干扰模型的正确性。然后,采用特征值分析方法,研究了锁相环(phase-locked loop,PLL)增益系数和定关断角控制参数对LCC系统振荡模态、阻尼特性、参与因子和可行稳定运行区域的影响,该研究结果可以为LCC-HVDC换流站相关控制参数的选取提供依据。     

LCC-MMC型混合直流输电系统小干扰稳定性研究

该文建立LCC-MMC型混合直流输电系统的小干扰动态模型,其中整流侧为电网换相换流器(linecommutatedconverter,LCC),逆变侧为模块化多电平换流器(modularmultilevel converter,MMC),通过对比小干扰动态模型计算结果与PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真结果,验证所建立模型的准确性。采用特征根分析法,研究了控制系统参数、MMC换流站子模块电容和桥臂电感对混合直流输电系统小干扰稳定性的影响。结果表明,控制系统参数对混合直流输电系统的小干扰稳定性有较大影响;MMC换流站子模块电容和桥臂电感的增加会降低混合直流输电系统的稳定性,甚至引起系统小干扰不稳定。     

电流型潮流控制器对多端直流系统中直流电压振荡模式提供的虚拟阻尼分析

基于虚拟阻尼分析法,研究电流型潮流控制器(current flow control,CFC)接入对多端柔性直流系统(voltage source converter based multi-terminal direct current,VSC-MTDC)中直流电压振荡模式的影响。首先,针对含CFC的多端柔性直流系统,分别描述CFC控制系统和多端柔性直流系统的动态过程,以直流系统中的直流电压振荡环节为前馈环节,建立剩余直流系统和CFC控制系统作为反馈环节的Phillips-Heffron线性化模型。然后,将传统的阻尼转矩分析法进行推广,介绍虚拟阻尼分析法的概念及其原理,分析CFC接入对不同控制下多端柔性直流系统中直流电压振荡模式的影响,提出能够评估CFC接入对多端柔性直流系统中直流电压振荡模式影响的虚拟阻尼判据。最后,以一个含CFC的三端柔性直流系统为例,得出在不同直流系统控制模式下电流型潮流控制器接入对直流电压振荡模式阻尼的影响规律,采用模式分析法和时域仿真法分别验证了虚拟阻尼分析法的正确性和虚拟阻尼判据的有效性。     

混合直流输电系统功率同步控制研究

针对一端采用传统电网换相换流阀(line commutated converter,LCC)另一端为电压源换流阀(voltage sourced converter,VSC)的混合直流输电系统因其直流侧电抗较大,造成传统双闭环矢量控制策略中电流内环的快速性与稳定性相互矛盾、暂态扰动易造成系统功率振荡等问题,提出VSC侧换流站采用功率同步控制的方法,同时,通过增加桥臂电容储能控制环,保持三相桥臂电容电压之和基本不变,抑制系统功率和直流电压波动,减小了有功功率控制环存在欠阻尼特性的影响。最后,结合模块化多电平变流器(modular multi-level converter,MMC)应用,利用仿真软件搭建双端混合直流输电系统模型,通过仿真验证了所采用方法的正确性、有效性。     

基于LCC-MMC的混合直流输电系统优化控制方法

混合直流输电系统常会出现不同类型的故障,传统控制方法的故障处理时间过长,对此,研究基于换相换流器（LCC）和模块化多电平换流器（MMC）的混合直流输电系统优化控制方法。根据系统结构特征绘制拓扑结构图,建立LCC数学模型和MMC数学模型;利用三角星型接法和星型接法控制整流侧直流电压,实现整流侧LCC的优化控制;利用电压源逆变器（VSC）双闭环控制器对逆变侧MMC进行优化控制;通过从系统直流侧直接充电,减少中间电流转接过程,利用MMC数学模型计算电压调制波,实现均衡电压,控制系统稳定运行。仿真结果表明,应用所提方法可以在5 s内控制整流站交流故障,面对直流线路单极故障问题,所提方法在5 s内快速反应,将LCC和MMC的电流控制在稳定的区间内,同时对三组电流的控制均有较好的效果,能够实现混合直流输电系统优化控制,快速解决输电系统故障。     

一种适用于LCC-LCC+FBMMC串联混合型直流输电系统的启动策略

文章中的串联混合型直流输电系统的整流侧采用电网换相换流器(line commutated converter,LCC),逆变侧采用LCC与全桥型模块化多电平换流器(full bridge submodule based modular multilevel converter,FBMMC)。首先,建立了该混合型直流输电系统的数学模型,为了保证系统的安全稳定启动,设计了相应的协同控制策略,并提出了一种适用于整流侧采用LCC与逆变侧采用LCC与FBMMC(line commutated converter-full bridge submodule based modular multilevel converter,LCC-LCC+FBM M C)的串联混合型直流输电系统的3阶段启动策略:第1阶段,先将整流和逆变侧的LCC闭锁,逆变侧的FBMMC带限流电阻进行不控充电以建立部分直流电压;第2阶段,将限流电阻旁路,并解锁逆变侧FBMMC,在定直流电压控制器作用下使FBMMC直流电压充电至额定值;第3阶段,解锁两侧的LCC,在整流侧定直流电流和逆变侧定直流电压控制器作用下,系统直流电流和直流电压逐渐上升至额定值,至此启动过程完成。最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下建立LCC-LCC+FBMMC串联型混合直流输电系统的仿真模型,验证了所设计的混合直流输电系统启动策略的有效性。     

直流配电系统有源阻尼控制的阻抗释义与谐振点灵敏度参数调节方法

直流配电系统有源阻尼控制一般通过在换流站配置补偿环节调节输入或输出阻抗来实现。为进一步阐述有源阻尼补偿环节对系统阻抗的影响机理,并指导其参数调节和设计,首先在建立定电压控制换流站阻抗降阶模型的基础上,分别以串、并联虚拟阻尼支路对直流电压反馈、直流电流前馈两类补偿环节进行溯源。其次,分析补偿环节对定电压站输出特性的影响,并在阻抗-频率曲线维度重构Nyquist稳定性判据,确定对有源阻尼补偿环节的基本约束。结合阻抗灵敏度,推导建立阻抗-频率曲线的谐振点灵敏度,提出采用阻抗/谐振点灵敏度的有源阻尼补偿环节参数调节方法。最后,以双端与四端直流配电系统为例,通过对比扫频结果展示了定电压站降阶阻抗模型的准确性,并分别在定电压站与定功率站配置补偿环节,以Nyquist曲线、MATLAB/Simulink时域仿真为参照,验证重构稳定性判据和所提阻抗/谐振点灵敏度参数调节方法的有效性。     

柔性直流输电系统的谐振问题及主动抑制方法

电网不对称故障会产生电压负序和零序分量,并激发换流变压器注入更大的低次谐波,增大功率器件承受的电气应力,且基于电压源换流器高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统的交流阻抗在变压器特征谐波频段大部分呈容性,使系统在该频段易发生谐振,导致换流站热过载和波形质量问题凸显。因此,讨论换流站交、直流侧谐波相互作用的机理,建立从交流侧看入换流站的正负序交流低频阻抗模型,提出等效增大换流站输出阻抗支路谐波电阻的方法,全面扼制换流站输出阻抗支路谐波电流,且不影响系统基波电阻。利用电力系统仿真软件EMTDC建立了VSC-HVDC模型,对柔性直流输电系统中的谐振问题以及主动抑制方法进行仿真研究。仿真结果表明,所提出控制策略能有效抑制谐振过电压,因此,提高了柔性直流输电系统不对称故障下运行的安全性。     

基于阻抗法的光储逆变器交直流建模及耦合分析

在共母线式光储逆变器中,交直流单元通过直流母线电容连接。传统的逆变器建模方法将母线电容视为无穷大,认为交直流侧运行相互解耦。然而,当直流母线电容较小时,光储逆变器的交直流侧将产生交互影响,引起电流谐振。该文以单个单元稳定运行为前提,推导出直流共母线系统稳定性的合阻抗比（CIR）判据。该判据的数学形式便于利用Bode图对并联系统的谐振源进行分析与定位。首先,对光储逆变器交直流各单元进行阻抗建模,利用合阻抗比判据分析直流侧储能单元相对于光伏单元更易与网侧发生谐振。然后,通过在电流环路加入陷波器改善储能单元的阻抗特性。最后,仿真及实验结果证实了所提合阻抗比稳定性判据的正确性。     

含风电的混合直流输电并网系统暂态特性分析

为了提高直流输电并网系统的暂态稳定运行特性,文中基于送端采用双馈风电机组(DFIG),建立LCC-二极管-MMC混合直流输电并网系统,研究该系统的并网暂态运行特性,其整流侧采用电网换相换流器(line commutated converter,LCC),逆变侧采用模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)。为解决MMC无法清除直流故障的问题,在逆变侧的直流出口处加装大功率二极管以阻断故障电流通路。在MATLAB/Simulink平台搭建LCC-二极管-MMC风电并网仿真模型,通过设置直流及并网点接地故障,仿真分析LCC及MMC的各种优越性。研究结果表明:该系统不存在逆变侧换相失败的问题且发生直流故障时系统中大功率二极管能够阻断故障电流通路,在故障期间逆变侧直流电压也无突增现象且有功功率波动极小,从而增强了系统的暂态稳定特性。     

基于电压回升比的混合直流线路主保护新原理

由于混合直流输电系统电网换相换流器——模块化多电平换流器（line commuted converter - modular multilevel converter,LCC-MMC） 存在弱边界特性,电网换相换流器（line commuted converter,LCC）侧耐受过渡电阻能力较弱,导致现有的高压直流线路行波保护原理适应性不足。在定量分析直流线路边界特性和故障特征的基础上,针对LCC侧线模电压首行波波头的“尖峰-回落”特征,构建了基于线模首行波电压回升比的主保护新原理。通过计算保护时窗内电压跌落值和回升值之比判别故障区域,并提出了消除保护死区和识别雷击干扰的辅助判据。仿真结果表明,所提方案能在100 μs内实现故障选区,且对采样率、对侧电抗器数值、过渡电阻和雷击干扰等具有较好的鲁棒性,较现有行波保护原理具有明显的性能提升。     

电压源换流器高压直流输电不平衡控制策略研究

针对常规控制下电压源换流器(voltage source converter, VSC)对交流系统电压不平衡敏感特性,避免电网不平衡引起的直流侧电压二次脉动通过直流线路传播到相邻换流站,该文对VSC进行功率分析并研究其不平衡控制策略。在对换流站进行功率特性分析的基础上,采用了网侧与VSC侧复合功率控制策略,推导了不平衡条件下功率外环指令电流模型,设计了ab静止坐标下离散滑模内环控制器。基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了VSC-HVDC模型及其离散化内环滑模控制器,两侧换流站分别发生电网不平衡故障,仿真结论验证了该控制策略的有效性。     

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。