多端混合直流系统的转换开关配置计算分析

结合特高压多端混合直流输电系统"多端"和"混合"的特点,对直流转换开关的配置和工程计算进行了分析。针对因"多端"特点带来的复杂分流关系问题,采用随机数原理与仿真建模结合的方式,提出了大地回线转换开关和金属回线转换开关转换电流计算的新方法,避免了复杂的数学计算,所得近似转换电流最大值能够应用于工程转换开关震荡回路和避雷器参数配置;针对"混合"特点,提出在柔性直流站可考虑不安装中性母线开关,其原保护范围可由柔直换流器直接闭锁和中性母线差动保护进一步扩大来代替的建议,并通过仿真建模进行了验证。     

无源型直流转换开关在金属回线柔直电网中的应用分析

直流转换开关是常规高压直流输电系统中重要设备之一,在采用金属回线的柔性直流电网中,无源型直流转换开关同样可以得到应用。由于柔性直流电网运行方式较常规端对端直流输电系统更为复杂,需要对直流转换开关的具体工况进行分析研究。文中对直流转换开关在金属回线柔性直流电网中的配置方案和运行工况进行了分析研究,通过建立转换/开断回路的数学模型,分析得出了直流转换开关关键工况的筛选依据;通过PSCAD/EMTDC仿真软件搭建仿真模型,验证了该筛选依据的正确性,为柔直电网用直流转换开关的设计提供依据。     

特高压直流输电系统中直流转换开关的电流转换分析与仿真

以±800kV 200MW锦屏一苏南特高压直流输电工程为背景,对直流转换开关系统中不同转换开关的工况进行分析和仿真计算。阐释了金属回线转换开关和大地回线转换开关在特高压直流输电系统运行方式转换中发挥的作用;分析了中性母线开关和中性母线接地开关在特高压直流输电系统应对故障时发挥的作用。以金属回线转换开关为例,着重分析了直流转换开关电流转换的过程,以及恢复电压水平对转换过程的影响。采用PSCAD／EMTDC仿真计算软件,对各直流转换开关承受的电气参数进行了仿真计算研究,给出了分断电流、恢复电压水平、能量吸收值等相关参数作为特高压直流转换开关系统的设计依据。     

多端直流大地回线和金属回线转换过程分析及策略研究

针对多端并联直流系统,以乌东德多端直流为例,分析了大地回线和金属回线相互转换的过程,并对转换过程中各端换流站的直流电流返回回路及流经转换开关电流的变化进行解析。通过PSCAD仿真,比较不同操作顺序下大地回线和金属回线相互转换时转换开关电流的情况,针对转换电流可能超过转换开关开断电流能力的问题,提出优化转换操作顺序的建议。分析结果可为多端直流输电工程的设计、运维提供有益参考。     

葛南直流大地-金属回线转换实例分析

高压直流输电系统中,直流转换开关的运行状况直接影响到单极大地—金属回线转换操作的顺利进行。通过对葛洲坝—南桥直流输电系统中发生的一起大地—金属回线异常转换过程的深入分析,得出由于金属返回线路上过高的感应电压造成直流转换开关振荡回路中相关元件损坏,导致该转换开关保护动作和转换操作失败。根据分析结果,提出了针对本次失败转换过程的改进措施和运行建议,可为新建工程设计和运行维护提供参考。     

常规三端直流输电系统直流线路保护策略简析

常规三端直流输电系统可提供更大的输送容量、更灵活多样化的运行方式,并能实现不同送端送电资源的合理调配.其中直流线路保护是常规三端直流与两端直流保护系统中差异化最大的部分,需适应三端直流输电系统灵活多样的运行方式、故障线路选线等关键问题.探讨禄高肇直流工程直流线路保护整体方案、保护配置及对三端直流输电系统关键问题的适应性分析等内容,最后根据工程情况提出运维建议.     

交直流输电系统潮流计算中换流器运行方式的转换策略

分析了多端直流输电系统和多馈入直流输电系统控制运行方式,提出了采用计算机进行控制方式转换的方法。在考虑各种控制方式的控制作用和转换条件的基础上计算交直流系统潮流。该方法用加入2条直流输电线路的IEEE 300节点算例系统和加入三端直流输电系统的IEEE 118节点算例系统进行测试,计算效果较好,能够处理运行条件改变导致的运行方式发生的转换。     

并联型多端直流输电系统运行方式研究

LCC通过反转电压极性实现整流和逆变的转换,可能导致并联型多端直流输电系统功率短时中断。为此,提出一种基于LCC的并联型三端直流输电系统接线方案,分析可能存在的运行方式及转换方法,提出极性转换、电压控制站投退的控制顺序和故障极紧急停运策略。基于PSCAD/EMTDC平台建立三端直流输电系统仿真模型,仿真极性转换、电压控制站投退和故障极紧急退出实验。仿真结果表明该多端系统换流站功率反转不影响其余换流站功率稳定运行,并且能够安全隔离故障设备,快速恢复健全系统稳定运行。     

不同控制策略下混合多端直流输电的交流故障响应对比

混合多端直流输电综合利用常规直流和柔性直流输电的优点,是一种新型直流输电解决方案。基于PSCAD/EMTDC平台建立了并联型混合三端直流系统详细的电磁暂态模型,实现了混合三端直流输电。然后提出了两种混合多端直流控制策略,分别是逆变站定电压和整流站定电压,研究了两种控制策略下系统运行点的变化。最后基于混合三端直流系统模型仿真验证了两种策略的有效性,对比分析了多端直流输电系统的交流故障响应特性。     

特高压多端混合直流闭环实时仿真研究

特高压多端混合直流输电技术在满足更远距离、更大容量可再生能源输送方面提供了一种更灵活的输电方式。本文以送端采用常规特高压直流(ultra-high voltage direct current,UHVDC)、受端采用双阀组混合换流阀串联结构所构成的特高压混合三端直流输电系统为例,搭建了双极特高压混合三端直流输电系统的RT-LAB实时仿真模型,实现了与直流控制保护装置的闭环接入,测试结果验证了闭环实时仿真模型与控制保护策略的有效性。该平台可方便地实现特高压混合三端直流输电控制保护系统功能和动态性能的验证,为特高压多端混合直流输电系统的应用提供技术支撑。     

宁东直流大地回线转金属回线转换失败原因分析与改进建议

在我国高压直流输电投入实际运行以来,在大地回线转金属回线过程中,多次发生由于金属回线转换开关(MRTB)并联的吸能避雷器损坏而导致转换失败的事件,迫切需要精确反应开关动作机理的研究手段。通过对宁东直流输电系统现场大地回线转金属回线转换成功的与失败的录波波形对比分析,得出转换失败前后的系统电气特征。采用宁东直流实际的主回路设备参数和控制保护功能,建立起以直流电磁暂态程序(EMTDC)为基础的详细模型,再现了开关转换和故障过程的暂态现象。不仅验证避雷器由于四柱并联,长期运行操作使每个柱特性变化不一致,较小阻抗单柱承受较大的能量而损坏,而且,通过对转换失败之后逆变站金属回线接地保护动作闭锁直流系统事件进行分析,得出由于逆变站金属回线接地保护软件策略缺陷,导致保护动作闭锁直流系统。根据分析结果,对宁东直流大地转金属回线过程提出改进建议,同时对后续直流工程的MRTB并联避雷器的成套设计提出建议。     

特高压并联型三端混合直流输电系统功率转带策略

特高压并联型三端混合直流输电系统作为多端直流输电的一种重要形式,相较于常规特高压两端直流输电系统,其在故障后的功率转带更为灵活和复杂。文中基于中国乌东德多端直流工程,提出了一种适用于特高压并联型三端混合直流输电系统的功率转带策略。基于闭锁前三站各极的功率水平、最小和最大输送功率能力以及所处的控制模式,计算并重新设置各站各极的功率、电流参考值,实现故障极功率的极间转带和站间转带,以减少功率损失,同时兼顾最小化非故障逆变站的接地极电流。通过实时数字仿真,验证了所提策略的有效性。     

柔性直流输电系统MMC换流阀闭环充电策略

随着柔性直流输电系统的快速发展与广泛应用,其启动工况愈发具有多样性,MMC换流阀传统开环充电策略需要综合考虑系统状态变量进行参数配置,且配置难度大。由此提出了通用性的换流阀闭环充电控制策略,无需检测系统状态即能将子模块稳态电压控制在额定值,具有较好的适应性。首先,分析了柔性直流输电系统的三类充电回路及主动均压充电策略。其次,基于子模块特性不一致的均压需求分析,提出了完整的通用性闭环充电策略及对应的柔性直流输电系统的协调启动策略。最后通过PSCAD/EMTDC搭建了三端直流电网模型,仿真验证了闭环充电策略。结果表明闭合充电策略通用于各类换流站的启动充电过程,且可将子模块电压平稳充电至额定值,同时不存在桥臂过流及子模块过压等现象。     

特高压混合三端直流输电系统换流站电流转移抑制策略

特高压混合多端直流输电系统需要具备有效的换流站电流转移抑制策略,尤其针对阀组投退过程,应避免因过流而触发暂时性闭锁。基于特高压混合三端直流输电系统,提出了2种采用受端直流电流作为控制量的电流转移抑制策略：基于直流电流-直流电压偏差量的电流转移抑制策略控制对象为阀组的直流电压;基于直流电流-直流功率偏差量的电流转移抑制策略控制对象为交流有功功率。然后基于PSCAD/EMTDC搭建了特高压混合三端直流输电系统的仿真模型,通过对比采用策略前、后系统的动态特性验证了所提抑制策略的有效性,并对比了2种电流转移抑制策略性能的优劣。仿真结果表明,投阀时基于直流电流-直流电压偏差量策略的抑制过流性能更为优越,退阀时基于直流电流-直流功率偏差量策略的抑制效果更为优越。     

三端口混合式直流断路器的工程应用

唐家湾三端柔性直流配电网工程成功应用了世界首套±10 kV三端口混合式直流断路器,可实现多端换流站的联络及故障快速隔离,从而保障系统安全可靠运行。文中针对唐家湾三端柔性直流配电网故障隔离需求,提出三端口混合式直流断路器的拓扑结构、工作原理和技术参数。进而进行三端口直流断路器工程样机研制,开展电流开断试验,试验结果表明,三端口混合式直流断路器工程样机可在2.7 ms内开断10 kA故障电流。最后,将三端口直流断路器工程样机安装在唐家湾三端柔性直流配电网工程,并进行三端系统在线投入、三端系统在线退出和三端系统电流开断试验共3个关键试验,试验结果表明,三端口直流断路器运行状况良好,功能和性能满足工程设计和运行要求。     

基于随机因子及优化下垂的多端直流配电网控制策略

多端直流配电网通常采用下垂控制策略以实现潮流的优化调配,与无需站间通信的微电网下垂控制策略不同,直流配电网需利用站间通信获得各站实时潮流,基于优化比例系数进行配电潮流的优化调度控制。设计了基于配电变压器容量及负荷状态估计的优化比例系数,各站基于该系数进行优化下垂控制;设计了通信故障时基于概率分布抽样叠加的负荷潮流分布算法,得到基于时间尺度的各台区随机因子控制目标值。针对补偿随机因子控制产生的有功偏差,基于下垂特性曲线得到随机因子控制的补偿控制目标值,从而实现潮流的动态平衡控制。最后,在PSCAD中建立了基于所提控制策略的三端直流配电网模型,仿真结果表明该控制策略可实现有/无通信下直流配电网的优化调度及动态平衡。     

大规模新能源直流外送系统调相机配置研究

针对抑制送端电网暂态过电压的技术需求,首先分析了送端电网暂态过电压的影响因素;然后构建了直流外送试验仿真系统,基于机电暂态仿真,考虑分布式调相机及其分层分散配置的作用,分别提出了调相机集中和分散接入不同电压等级配置方案;最后通过对比各方案给出了大规模新能源直流外送系统调相机配置建议,研究结果表明在各新能源汇集站低电压等级侧分散配置小型化调相机,不仅可以全面解决送端系统的暂态过电压问题,还能进一步提高经济性。     

Design and analysis of power‐CMOS‐gate‐based switched‐capacitor DC–DC converter with step‐down and step‐up modes

A unified multi‐stage power‐CMOS‐transmission‐gate‐based quasi‐switched‐capacitor (QSC) DC–DC converter is proposed to integrate both step‐down and step‐up modes all in one circuit configuration for low‐power applications. In this paper, by using power‐CMOS‐transmission‐gate as a bi‐directional switch, the various topologies for step‐down and step‐up modes can be integrated in the same circuit configuration, and the configuration does not require any inductive elements, so the IC fabrication is promising for realization. In addition, both large‐signal state‐space equation and small‐signal transfer function are derived by state‐space averaging technique, and expressed all in one unified formulation for both modes. Based on the unified model, it is all presented for control design and theoretical analysis, including steady‐state output and power, power efficiency, maximum voltage conversion ratio, maximum power efficiency, maximum output power, output voltage ripple percentage, capacitance selection, closed‐loop control and stability, etc. Finally, a multi‐stage QSC DC–DC converter with step‐down and step‐up modes is made in circuit layout by PSPICE tool, and some topics are discussed, including (1) voltage conversion, output ripple percentage, and power efficiency, (2) output robustness against source noises and (3) regulation capability of converter with loading variation. The simulated results are illustrated to show the efficacy of the unified configuration proposed. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

VSC-MTDC系统下垂控制优化策略

直流电压稳定和系统功率平衡是直流输电系统稳定运行的关键条件。下垂控制不依赖于站间高速通信,为远距离输电提供了有效的技术支持,但其存在直流电压控制刚性较差,下垂系数设置不当易造成系统控制不稳定和换流站过载运行等一系列问题。为解决这类问题,先求解出三端柔性直流输电直流网络的V-I特性关系,分析下垂系数的作用原理,随后求取V-I特性曲线边界条件,最后提出一种下垂控制优化策略,对下垂系数设置影响因子,使系统根据需要动态改变下垂系数,从而运行在适宜的工况。使用PSCAD/EMTDC平台搭建了三端柔性直流输电仿真系统,经过稳态分析和暂态分析证明了所提出优化策略的正确性和有效性。