基于LCC-MMC的三端混合直流输电系统故障特性与控制保护策略

研究了送端为相控型换流器(line commutated converter,LCC)、受端为2个并联的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)组成的三端混合直流输电系统的交直流故障特性及其控制保护策略。在分析现有故障穿越控制策略的基础上,针对交流侧故障提出整流站LCC最小触发角控制、逆变站MMC最大调制比控制与直流电压偏差控制的协调策略;针对直流线路故障,通过在直流线路两端配置限流电抗器构造边界条件,提取直流线路故障电流暂态突变量以识别故障位置,并采用直流断路器开断故障的方法,可以快速隔离直流线路故障并缩小故障影响范围。最后,在PSCAD/EMTDC中建立混合直流输电系统模型,仿真验证了所提策略的可行性。结果表明,所提控制策略在所联接电网交流故障情况下可相应提高直流系统的输送功率,降低功率输送中断发生的概率;直流线路故障时基于直流断路器的直流电流突变率保护策略能够快速隔离故障,提高供电可靠性。     

环网式三端直流输电系统及直流断路器应用的分析与仿真

分析了多端直流输电系统的基本原理,利用 PSCAD/EMTDC 软件建立了多端直流输电系统仿真模型,并建立了含直流断路器的多环网式多端直流输电系统模型,通过仿真研究了直流断路器开断直流输电线路的过程,分析直流断路器在环网式多端直流输电系统中的作用.对直流断路器切除环网式三端直流输电系统一条输电线路的过程及切除故障换流站分别进行了仿真分析.仿真结果表明,当利用直流断路器切除环网式多端直流输电系统的一条输电线路时,输电线路的电流重新分配,能保证功率输送的连续性.在这种情况下,对各个换流站输出或输入的功率影响不大,对与直流系统连接的交流输电网影响很小.当切除故障换流站后,该系统最大限度地保持功率传输及电流的有效分配,保持稳定运行     

适用于海上风场并网的混合多端直流输电技术研究

针对海上风电并网的需求,提出了采用VSC换流器连接海上风场和弱受端交流系统,LCC换流器连接较强交流系统的混合多端直流输电系统拓扑结构,并对一个混合5端直流输电系统进行了详细研究。分析了5个换流器的电压电流控制特性,设计了直流系统控制策略,研究了系统在风速波动、逆变侧VSC和LCC分别出现三相短路故障以及直流线路故障时系统的动态响应特性,仿真结果表明所提出的混合多端直流输电系统具有较好的运行特性,可以适应海上风电并网的需求。     

多端直流输电系统直流侧故障的控制保护策略

在多端直流输电系统中使用直流断路器有利于故障的快速切除,但目前直流断路器的制造工艺尚不成熟,难以在工程中推广应用。文中在直流输电系统直流侧采用常规交流断路器作为直流断路器的替代方案,提出了一种针对多端直流输电系统直流侧故障的控制保护策略。利用PSCAD/EMTDC软件建立了±800kV双极四端直流输电系统仿真模型,并进行了仿真。仿真结果表明,基于常规交流断路器的多端直流输电系统控制保护策略能够实现系统故障后的快速恢复,较好地满足功率输送要求,有效提高所连交流系统的稳定性。     

配置HSS的并联多端高压直流输电线路保护选择性研究

文中综述了并联多端直流线路保护的研究现状,基于并联多端直流主回路拓扑,提出了配置直流高速隔离开关(HSS)的并联多端直流的线路保护配置方案。为解决配置HSS的并联多端直流线路主保护选择性问题,对现有的多端线路主保护存在选择性盲区的原因进行分析,并提出一种新的线路保护策略:将线路主保护分为2段,通过定值配合和新增保护辅助判据策略,解决了通信正常和通信故障下线路主保护选择性问题。通过RTDS仿真系统试验,验证了提出的线路保护策略能有效区分线路区内故障和区外故障,解决选择性问题,实现了某一线路全长范围内发生永久故障时无需多端直流全停,只需隔离故障线路而剩余线路可继续运行,可应用于配置HSS的并联多端直流输电系统中。     

并联型四端直流输电系统实时数字仿真分析

利用实时数字仿真器(RTDS)建立了并联型四端±500kV,5 000MW双极直流输电仿真模型,直流控制保护模型采用所开发的多端直流输电控制保护样机,与RTDS构成实时闭环仿真试验环境。控制策略采用多端直流电流裕度控制,控制系统架构按多端控制、极控制2级进行设置。多端控制包含多端直流输电系统各换流站功率指令分配、功率升降协调、直流电压控制和多端通信等功能。极控制包含常规直流控制功能,主要实现各换流站功率控制。利用该仿真系统对并联型四端直流输电系统稳态运行工况、单站闭锁功率补偿、直流线路故障进行仿真研究,结果表明所提出的控制策略和开发的控制保护样机可以满足多端直流输电要求。     

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。     

并联型多端高压直流输电系统的控制与保护策略及仿真

多端高压直流(multi-terminal direct current,MTDC)输电系统可以实现各换流站所连交流系统之间的功率输送或电力交换,能够解决多电源供电或多落点受电的输电问题,其接线形式总体分为串联型与并联型。针对4端并联型高压直流输电系统进行稳态运行和暂态故障过程的相关研究,基于EMTDC/PSCAD平台建立单极仿真模型,完成了多种解锁起动和闭锁停运组合的仿真分析,设计了直流功率平衡控制器实现各换流站功率协调控制,并提出了单个换流站紧急停运以及直流线路故障时的控制保护配合方式,仿真结果表明了控制与保护策略的有效性。     

柔性直流输电网用新型高压直流断路器设计方案

基于柔性直流的多端直流输电和直流电网技术是解决中国新能源并网和消纳问题的有效技术手段之一,而高压直流断路器是构建直流电网的核心设备之一。从多端直流系统发生直流侧短路故障的机理及故障电流的发展趋势入手,以舟山5端柔性直流输电工程为例,分析了发生最严酷短路故障时,直流母线上故障电流的特性,基于分析结果提出了直流电网对直流断路器的需求;结合对现有直流断路器技术路线的对比分析,提出了一种适用于柔性直流输电网的新型快速直流断路器技术方案,并通过仿真分析验证了所提出的新型直流断路器能够满足柔性直流输电网快速切除故障电流的需求。     

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。     

多端高压直流输电系统保护动作策略

多端高压直流输电(HVDC)系统保护动作后故障处理策略的选择与多端系统结构密切相关。详细分析了串联型和并联型多端直流输电系统的闭锁和线路故障再启动逻辑2类保护动作后故障处理策略,并简要介绍了其他保护动作处理策略。快速移相及同时投旁通对是串联型常用的闭锁策略;并联型常采用闭锁脉冲策略,以及禁止投旁通对策略。对串联型而言,极隔离实际上是换流器隔离;由于存在多条多电压等级的直流线路,从而线路故障处理策略复杂度很高;功率回降和极平衡需各主控站协同处理;新增合大地回线开关的处理策略。对并联型而言,线路故障处理需各整流站协同处理;新增降电流后闭锁策略;新增分断直流线路开关策略,便于隔离故障直流线路。     

受端混联型多端直流输电系统逆变侧交流故障特性分析及协调控制策略

受端混联型多端直流输电系统具有很好的工程应用前景,但受端不同换流站在交流故障时的耦合特性复杂,其控制策略应能适应各站交流故障穿越的需求。首先研究了受端混联系统逆变侧并联模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)侧交流故障时的电流不平衡、过压过流机理,以及电网换相换流器(line commutated converter, LCC)侧交流故障时的功率返送机理。然后,基于故障特性提出了一种简单的协调控制策略,即通过在MMC从站配置基于有功不平衡量的电压补偿来实现并联站间电流平衡,通过设计合适的LCC定电流整定控制来解决严重过压问题。最后基于白鹤滩—江苏多端直流输电工程实际参数的电磁暂态仿真结果,验证了对故障机理分析的正确性和所提控制策略的有效性。协调控制策略不仅能有效解决MMC功率和电流不平衡问题、减小过压过流和避免功率返送,还能改善系统恢复性能,提升系统安全稳定性。     

PSS/E中的多端直流系统模型及其应用

多个交流电网间直流互联的需求日益增强,采用多端直流(MTDC)输电线路相比于多条点对点直流线路可极大地降低投资成本和运行费用。为此,介绍了MTDC输电系统相比于两端直流输电系统的特点,阐述了MTDC输电系统在我国的应用前景;描述了MTDC输电系统的串联接线方式和并联接线方式,并着重对并联接线方式的控制策略进行了说明。针对PSS/E中的MTDC输电系统结构和控制方式,详细介绍了PSS/E中的3种MTDC系统动态模型,即MTDC01、MTDC02和MTDC03模型。并构建一个4端直流系统对MTDC01模型进行测试,考察了交流系统故障和直流系统内部故障时整个交直流系统的动态特性。仿真结果表明PSS/E多端直流模型能够很好地模拟MTDC系统正常运行和交直流故障下的动态响应,满足大规模交直流系统仿真的要求。     

基于MMC多端柔性直流输电保护关键技术研究

基于MMC的多端柔性直流输电是直流输电的重要发展方向。对MMC多端柔性直流输电控制保护系统进行了研究,介绍了一种基于子模块电容电压优化平衡控制算法的控制策略,详细给出了柔性直流输电系统保护配置,对阀侧交流母线差动保护策略和换流器区保护策略等保护关键技术问题进行深入研究,给出了具体的解决策略。并搭建了多端MMC-HVDC仿真试验系统验证控制保护研究策略,详细分析了阀侧交流母线两相短路接地故障和换流器上桥臂短路故障仿真结果。所研究内容对多端MMC-HVDC工程的研究和发展有重要的借鉴意义。     

并联型MMC-MTDC系统直流故障特性分析及保护策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)多用于基于高压直流输电(high voltage direct current transmission,HVDC)的多端输电系统。针对该系统中直流电缆或架空线路的意外短路或断路故障,影响输电线路和换流站安全的问题,提出一种基于三端电压裕度控制下的旁路晶闸管和直流侧IGBT断路器(IGBT-Circuit Breaker)的混合保护方案。分析了子模块闭锁前直流电流超调的数学模型及故障机理,根据直流短路电流的峰值及上升时间动态特性,选取了MMC的参数。利用仿真软件PSCAD/EMTDC对控制方法及保护策略的效果进行验证,结果表明剩余系统主站切换及时,能够持续隔离发生永久故障的线路,使得其余线路继续运行,实现了系统直流故障时及时保护,提高了系统稳定性。     

基于桥臂调制波调整的多端柔直系统直流过电压抑制策略

基于模块化多电平换流器（modularmultilevelconverter,MMC）的多端柔性直流输电系统能够实现多电源供电和多落点受电,运行方式灵活,是解决清洁能源并网和消纳问题的有效技术手段。然而当系统受端交流侧发生故障时将出现盈余功率,导致直流过电压问题。对此,提出一种基于桥臂调制波动态调整的多端柔直系统直流过电压抑制策略。所提策略通过在换流阀桥臂调制波中引入直流电压偏差控制,动态调整暂态期间桥臂调制波的直流电压参考值,从而减少桥臂投入的子模块数量,最终达到抑制直流过电压的目的。为验证所提控制策略的有效性,在PSCAD/EMTDC中搭建了送端光水打捆经四端柔性直流输电的外送系统,给出了所提控制策略的参数设计方法。通过设置受端交流系统不同工况,对比研究了所提控制策略投入后的系统直流过电压特性,结果表明所提控制策略可以有效抑制因受端交流侧故障引起的多端柔性直流输电系统的直流过电压。     

直流断路器结合暂态行波的HVDC输电线路故障保护算法

针对传统交流系统保护难以适用于目前的多端高压直流输电线路问题,提出直流断路器结合暂态行波的多端高压直流输电线路直流故障保护算法.首先,通过小波变化提取故障时刻高频暂态电压分量,并基于区内、区外故障小波能量值的故障识别方法,提出设计含混合式直流断路器多次重合闸判定方法的直流故障保护算法.最后,在MATLAB/Simuli...     

基于直流电压—有功功率特性的VSC-MTDC协调控制策略

提出了一种用于大规模海上风电并网时电压源换流器型多端直流(VSC-MTDC)输电系统的协调控制策略。以典型的五端直流输电系统为例,提出了基于本地控制器的换流站间协调控制策略,基于直流电压-有功功率调节特性给出了辅助换流站的改进下降控制策略以及定有功功率控制(APC)换流站的改进控制策略,分析了两换流站的工作模式,根据直流网络的潮流分布和最大最小运行方式给出了辅助换流站和APC换流站参数选择的依据。最后,PSCAD/EMTDC仿真验证了在正常、主导换流站故障和辅助换流站故障工况下协调控制策略的有效性;仿真结果表明,该协调控制策略能够实现多端直流输电系统换流站间的有功功率分配,控制效果良好。     

高压直流断路器系统开断条件仿真研究

为分析高压直流断路器在实际高压直流输电系统中的各种故障情况及其开断条件,笔者利用PSCAD/EMTDC仿真软件,根据高压直流输电系统的结构和控制方式,搭建了背靠背高压直流输电系统仿真模型。仿真研究了单端高压直流输电系统不同位置发生单相、异相、三相及直流母线短路等故障情况下的暂态特性。仿真结果表明,该仿真模型有很好的动态响应特性,能够有效模拟单端高压直流输电系统的各种短路情况。同时,结合高压直流系统的控制方式对各种短路情况进行了研究分析,找出了在系统中对高压直流断路器的开断较为苛刻的情况。经过参数分析得到了各种不同故障情况下对直流断路器的开断影响较大的故障电流峰值、最大故障电流上升率等系统参数。从而为多端高压直流输电网络建模分析、高压直流断路器型式试验及其标准的制定、高压直流断路器的发展提供借鉴。     

基于CSC和VSC的混合多端直流输电系统及其仿真

研究了一种新型混合多端直流输电系统,其换流器可以分男由电压源换流器(VSC)和电流源换流器(CSC)构成,各个换流器之间以并联方式连接.为验证该直流输电模式的有效性和可行性,建立了一个混合三端直流输电系统仿真模型,包含1个电流源整流器、1个电流源逆变器和1个电压源双向换流器,并分别设计了2种控制策略.当采用第1种控制策略,即电流源整流器采用定电流控制,电流源逆变器采用定电流控制,电压源双向换流器采用定直流电压控制和定交流电压控制时,混合多端直流输电系统在启动、稳态运行、直流和交流故障等情况下具有良好的运行特性,不失为一种有效的直流输电模式,能够综合利用常规直流输电和轻型直流输电各自的优点,有效扩展常规直流输电系统的适用范围.