非隔离双向四端口直流变换器及其控制策略研究

针对多端直流输电系统中的潮流汇集、分配以及电压变换需求,提出了一种基于双向buck+boost变换器的非隔离双向四端口直流变换器。所提出的直流变换器只需经过DC-DC单级升降压变换,提高了变换器的效率和功率密度;相对于传统多端口变换器通过公共交流母线或公共直流母线连接的方案,该变换器无需采用母线电容和交流变压器,降低了变换器体积和成本,提高了系统可靠性;该变换器中任意一个输入到输出端口之间均构成一个双向buck+boost变换器单元,各个单元在功率回路不存在相互耦合,控制更易实现。在PSCAD/EMTDC平台中搭建了四端双极柔性直流输电系统仿真模型,对直流变换器潮流分配和电压变换功能进行了仿真分析,并研制了双极四端口直流变换器原理样机,进行了相应的动模实验验证。仿真和动模实验结果表明,该直流变换器能够有效实现直流潮流分配和电压变换功能。     

电感共用式线间直流潮流控制器及其控制

在多端柔性直流输电中,存在换流站不能完全控制各线路潮流的问题。为了实现潮流的灵活控制,提出一种电感共用式线间直流潮流控制器。该潮流控制器通过在两条输电线路中各串入一个电容,利用共用电感进行功率交换,实现潮流控制,其拓扑结构和控制都较为简单,可模块化,适用于多端直流电网。首先分析了该潮流控制器的工作原理及控制策略,然后在PLECS仿真软件中搭建三端直流输电系统进行验证。仿真结果表明,电感共用式线间直流潮流控制器在正常供电、换流站功率缺失等多种工况下,对直流输电系统潮流进行了灵活和准确的控制。     

复合型直流潮流控制器构建与实现

在多端直流输电系统中引入直流潮流控制器可有效增加直流潮流的控制维度,提高主动潮流分配与协调控制能力。该文构建了一种适用于多端直流输电系统的复合型直流潮流控制器框架结构,并给出一种复合型直流潮流控制器的具体拓扑实现方案,可主动控制2条输电线路的潮流。围绕工作原理和控制策略,本文对该拓扑进行详细理论分析,并同时开展仿真与实验验证,仿真和实验结果均证明该潮流控制器可实现多种工况下对2条线路主动潮流控制,具有良好的应用前景。     

一种改进型线间直流潮流控制器的仿真与实验

将直流潮流控制器引入高压直流电网中能有效提高其输电线路直流潮流控制能力。在充分研究现有直流潮流控制器的基础上,提出一种改进的线间直流潮流控制器,具有结构、控制简单以及可实现线路潮流反转等优点。详细分析该线间直流潮流控制器的工作原理及运行工况。在PLECS仿真软件中搭建三端直流输电系统仿真模型,通过4种仿真工况验证该潮流控制器的有效性及稳定性。在实验室中搭建一套三端环网式直流输电系统和该潮流控制器的原理样机进行实验验证。实验结果表明,该潮流控制器能实现多种工况下的潮流控制,具有良好的稳定性和应用前景。     

适用于柔性直流电网的多端口直流潮流控制器

现有的直流潮流控制器大多为双端且仅能辅助控制一条线路上的潮流。为全面控制直流电网潮流分布,文中提出了一种适用于柔性直流电网的多端口直流潮流控制器,它可以同时控制多条线路上的潮流且易于拓展。首先,在充分研究已有直流潮流控制器的基础上,提出了多端口直流潮流控制器的拓扑结构并详细阐述了工作原理;其次,研究了多端口直流潮流控制器的等效电路,进而设计了能够使其稳定运行的控制策略;最终,在RT-LAB仿真平台中搭建了舟山五端柔性直流输电系统并安装了三端口直流潮流控制器,对所提拓扑结构和控制策略进行了仿真验证。     

一种应用于多端柔性直流系统的新型潮流控制器

针对多端柔性直流系统中潮流难以灵活控制的缺点,提出了一种新型潮流控制器,该控制器能够在不与交流侧进行能量交互的前提下实现直流潮流控制。首先,以三端柔性直流系统为例,对多端柔性直流系统的潮流进行分析,提出了该直流潮流控制器的拓扑结构及与系统连接方式;其次,通过对直流潮流控制器工作原理的分析,得出了针对潮流控制器2种不同工作模式下的控制策略;最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了一个装有直流潮流控制器的三端柔性直流系统模型,通过对3种运行工况的仿真实验,验证了该潮流控制器在具有较好的潮流控制能力的同时,又能实现自身的功率平衡。     

适用于多端柔性直流输电系统的直流潮流控制器

重点关注适用于多端柔性直流输电系统的直流潮流控制技术,在分析已有直流潮流控制技术基础上,文中提出了一种适用于多端柔性直流输电系统的线间直流潮流控制器,其具有结构简单、所需元器件少以及无需外部电源等优点。对一个包含该线间直流潮流控制器的三端环网式直流输电系统进行研究,分析了该控制器的工作原理及运行特性。在PSCAD/EMTDC中搭建了该系统的仿真模型,对其进行稳态、动态以及故障情况下的仿真验证。仿真结果表明,该线间直流潮流控制器在多种工况下都可以有效地实现直流潮流控制,并保持良好的稳定性。     

含直流潮流控制器的真双极多端柔性直流电网潮流计算研究

为优化直流电网的潮流分布,需增加潮流控制器的辅助来增加线路的自由度。基于模块化多电平换流器的真双极多端直流输电系统具有低损耗、控制和运行方式灵活等优点,已经成为未来直流输电系统的主流方式。不同于伪双极输电系统,该系统在接入潮流控制器后,系统的潮流变化更加复杂,用于计算伪双极潮流分布的方法将不再适用该系统。针对以上问题,以电压型直流潮流控制器为例,在考虑站级控制的情况下推导了含潮流控制器的真正双极性直流电网潮流计算方法,通过引入等效电阻模型,避免了大量计算节点的引入。最后,将算法结果与PSCAD/EMTDC平台中搭建的张北柔性直流输电工程的仿真算例结果进行对比,验证了该算法的可行性与准确性,同时也验证了潮流控制器在真双极系统中的潮流控制能力。     

内嵌于MMC换流器的多端口直流潮流控制器

在柔性直流输配电系统中,由于直流系统易于通过多点馈入、多端成网以解决控制灵活及供电可靠的问题,环状及网状多端柔性直流输配电技术正获得越来越多的关注与研究。为解决柔性直流网络中潮流控制自由度不足问题,需要增加直流潮流控制器以实现潮流优化控制,达到输电走廊堵塞缓解及线损减少的目的。针对基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的多端柔性直流网络,提出一种内嵌于MMC的多端口直流潮流控制器(embedded DC power flow controller,e-DCPFC),可实现同一电压等级环状或网状柔性直流电网的潮流控制。其通过对MMC拓扑的衍生实现,具有结构简单及易于多端口扩展的优势,且线路潮流双向可调。该文描述内嵌式直流潮流控制器的拓扑结构及工作原理,提出其与MMC的协同控制策略,在Matlab中搭建仿真模型,通过3种运行工况验证e-DCPFC的可行性及有效性。最后搭建e-DCPFC的原理样机进行实验验证,实验结果证明该直流潮流控制器在各种工况下直流网络潮流控制有效。     

适用于MMC多端高压直流系统的精确电压裕度控制

当多端高压直流输电系统用于远距离输电时,直流线路的电压降落以及线路功率损耗会对电压裕度控制的精度带来较大影响,使直流电压不能稳定控制于一点,为此提出一种适用于多端柔性直流输电系统的精确电压裕度控制方法。推导了多端柔性直流输电系统的dq坐标数学模型,基于直流系统潮流计算的思想,充分考虑线路压降和损耗对控制参考值的影响,对电压裕度的取值进行计算,并在控制器中实现裕度修正。在PSCAD/EMTDC环境中建立了基于模块化多电平换流器的三端直流系统仿真模型,仿真结果验证了所提出的控制方法的正确性和有效性,该方法能够有效避免因电压裕度取值不当造成的控制特性偏移,并在系统受到较大功率扰动时可以有效、迅速地转换控制方式,提升系统稳定性。     

适用于MMC多端高压直流系统的精确电压裕度控制

当多端高压直流输电系统用于远距离输电时,直流线路的电压降落以及线路功率损耗会对电压裕度控制的精度带来较大影响,使直流电压不能稳定控制于一点,为此提出一种适用于多端柔性直流输电系统的精确电压裕度控制方法。推导了多端柔性直流输电系统的dq坐标数学模型,基于直流系统潮流计算的思想,充分考虑线路压降和损耗对控制参考值的影响,对电压裕度的取值进行计算,并在控制器中实现裕度修正。在PSCAD/EMTDC环境中建立了基于模块化多电平换流器的三端直流系统仿真模型,仿真结果验证了所提出的控制方法的正确性和有效性,该方法能够有效避免因电压裕度取值不当造成的控制特性偏移,并在系统受到较大功率扰动时可以有效、迅速地转换控制方式,提升系统稳定性。     

新型多端口直流潮流控制器及其控制策略研究

直流潮流控制器作为柔性直流输电系统的关键设备之一,实现其多端口输出能有效提高装置的潮流控制范围与能力。针对现有直流潮流控制器应用的局限性,该文基于电容线间能量交换的思想提出一种新型多端口直流潮流控制器。其拓扑结构简单,且避免了传统多端口直流潮流控制器对输电系统定直流电压站直流输出电压调节的依赖,增强了系统可靠性。同时,其采用模块化设计,易于实现后期的端口拓展与系统冗余。首先通过对现有方案的对比分析提出控制器拓扑结构并阐述其工作原理;然后,基于脉宽调制设计包含不同控制模式的通用控制策略,并详细分析不同控制模式下系统各状态变量之间的关系;最后,在基于RT-lab的实时模型在环仿真测试系统中搭建五端柔性直流输电系统模型,对所提控制器的性能与控制策略进行多种工况下的验证。     

一种适用于交流线路改造成直流的扩展式双极直流输电结构

为提升现有交流输电线路的输送能力,提出了一种将交流线路改造成直流的拓扑结构,即扩展式双极直流输电结构。详细介绍了扩展式双极直流的运行原理以及相关辅助设备在过渡阶段的动作时序。同时,对电流调节控制器的运行范围进行了研究,并指出由全桥子模块级联构成的全桥模块化多电平换流器能够用作电流调节控制器。为使得系统能够稳定运行,给出了12脉动晶闸管换流器和全桥模块化多电平换流器的控制策略,尤其对直流电流调节和电容电压平衡控制进行了分析和设计。通过PSCAD/EMTDC时域仿真,验证了所提出的扩展式双极直流输电系统及其控制策略的可行性和有效性,表明了系统能够在过渡阶段跟随指令变化,同时还具有较好的暂态响应能力。     

具备潮流控制功能的组合式高压直流断路器

针对直流电网目前面临的2个关键性问题:直流潮流控制自由度不够和直流线路故障,文中提出了一种适用于直流电网的具备潮流控制功能的组合式高压直流断路器。首先,介绍了模块化多电平潮流控制器和混合式高压直流断路器的基本结构和工作原理。然后,提出了一种组合式高压直流断路器,介绍了它的基本结构、配置原则、控制方式和工作原理;基于单换流器直流侧故障分析模型,分析了组合式高压直流断路器处理直流线路故障的可行性。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了四端柔性直流输电系统,分别对组合式高压直流断路器的直流潮流控制能力和直流故障处理能力进行了仿真。仿真结果表明:组合式高压直流断路器能够很好地控制直流潮流,并具有处理直流线路故障的能力。     

新型线间直流潮流控制器

在含有网孔的多端直流输电系统或直流电网中,仅靠控制换流站难以实现对特定线路的潮流进行控制,因此需要引入直流潮流控制器来改善潮流分布。首先对现有的4类直流潮流控制器进行了原理介绍和优缺点分析,然后提出了一种新型线间直流潮流控制器。新拓扑具有以下优点:需要的开关器件和驱动更少;拓扑结构更简单;控制更简单。最后,在PLECS中搭建了一个三端直流输电系统,通过仿真验证了新拓扑的有效性。     

适用于直流电网的新型直流潮流控制器

直流潮流控制技术是直流电网中的关键技术之一,对于直流电网的发展具有重要意义。提出了一种新型线间直流潮流控制器拓扑,该电路拓扑结构和控制较简单,可实现线路潮流反转。分析了该潮流控制器的工作原理和运行特性,并搭建了潮流控制器和五端直流输电系统仿真模型,对该潮流控制器进行了稳态、动态以及故障情况下的仿真验证。仿真结果表明,该潮流控制器可实现潮流的有效控制和调节,具有良好的稳定性。     

一种基于MMC的新型直流潮流控制器

直流电网已经成为柔性直流输电领域的研究热点之一。针对直流电网潮流控制自由度不足的问题,提出了一种基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的新型直流潮流控制器(modular multilevel converterdirect current power flow controller,MMC-DCPFC),其具有额定容量小、不需与外部电源连接和便于扩展等优点。首先,针对已有的直流潮流控制器的不足,提出了基于MMC的新型直流潮流控制器的拓扑结构及在直流系统中的安装方式;其次,通过对MMC-DCPFC的工作原理的分析,提出了满足系统要求的控制策略;最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建含有直流潮流控制器的三端直流输电系统,通过对3种工作方式的仿真实验,验证了该直流潮流控制器在控制直流系统潮流方面具有良好的可控性和有效性。     

柔性直流输电系统控制策略及动模试验

柔性直流输电作为新一代直流输电技术,其控制策略理论方面的研究已取得了不少成果,但是对于控制策略的工程实现及应用的相关研究却相对较少。因此在分析柔性直流输电系统模型的基础上,提出了工程控制策略的实现方案,在通用控制平台HCM3000/F上进行了实现,并将其与已有的阀控系统、一次系统组成完整的柔性直流输电动模系统进行控制系统功能和性能验证。动模试验结果表明,该控制系统能够完成柔性直流输电系统的各种控制功能,在暂稳态过程中具备优良的调节性能,满足工程需求。     

直流电网潮流控制与短路控制复合装置

随着高压直流输电的发展和直流电网结构的日益复杂,直流系统的潮流调节和短路故障问题日益突出。基于多端柔性直流输电系统的潮流控制和短路故障抑制技术,文中提出了一种用于直流电网的兼具直流潮流控制和短路故障切除的多功能复用装置。该装置不仅能实现潮流在线路之间的灵活控制,而且能够实现对故障电流上升速率的限制和对短路故障的切除。对一个加装了该复合装置的三端直流环网进行研究,分析该复合装置的工作原理、控制策略及运行特性。最后,在PLECS软件中搭建了仿真模型,验证了该装置及其控制策略的可行性和有效性。     

直流–直流自耦变压器互联LCC-HVDC的研究

结合我国高压直流输电现状和直流电网技术的发展,提出了利用直流–直流自耦变压器互联不同电压等级LCCHVDC输电系统的方案,并研究了其潮流控制策略。由分析可知,常规LCC整流站和逆变站的控制器无法保证互联系统的稳定运行。为了解决这一问题,提出了一种本地式潮流控制器和一种集中式潮流控制器,在PSCAD/EMTDC中搭建了利用?500k V/?800k V 1000MW的直流–直流自耦变压器互联两条?500k V 3000MW和?800k V 7200MW的LCC-HVDC线路的仿真模型。仿真结果验证了控制器的有效性。仿真结果表明,所提控制器能够在对原有LCC控制改动很小的基础上,实现互联系统的稳定控制。