直流电网核心装备及关键技术展望

直流电网技术是解决区域内高比例可再生能源并网和消纳问题的有效技术手段,但构建直流电网将面临技术、装备和标准等方面的诸多挑战。基于直流电网的技术特点,分析了高比例可再生能源并网、远海风电并网、直流配电网等3种典型应用场景,详细阐述了直流电网关键技术和核心设备的最新研究进展,研究提出了直流电网技术的发展方向,分析了未来直流电网发展需要研究的关键技术,指出未来随着直流电网基础理论体系的完善,以及关键技术、核心设备的突破,直流电网技术将在全球广泛互联的能源网络中发挥更大的作用。     

谐波注入法在柔性直流电网工程中的应用

柔性直流电网技术的应用将是应对全球清洁能源大规模开发的有效技术手段。针对高压大容量柔性直流电网工程受制于电力电子器件自身的通流或关断能力导致电流安全裕度较小的问题,将谐波注入法应用于柔性直流电网工程。通过在正弦波调制的基础上注入3次谐波的方法,提高直流电压利用率,降低同等容量下电力电子器件的电流应力。本文基于张北四端柔性直流电网示范工程搭建RT-LAB实时数模混合仿真系统进行实验,结果表明所提方法具备工程应用推广价值,有利于推动高压大容量柔性直流电网的工程应用。     

直流电网在我国的应用技术分析

随着能源危机与环境问题的日益加剧,世界各国将重点逐渐转向可再生能源的大规模开发与利用.针对大规模可再生能源接入传统交流电网带来的稳定性问题,参考国内外直流电网技术研究成果,深入分析直流电网的特点和适用性,提出利用直流电网网架结构在我国发展大规模可再生能源.通过对比分析传统特高压交直流输电与直流电网技术的特点和适用范围,深入探讨中国直流电网未来发展模式,并指出了直流电网目前亟待解决的关键性问题.     

直流电网在中国的应用前景分析

随着化石能源的日益枯竭,中国已将发展可再生能源提升至重要地位,并逐步实现能源结构的战略性调整。分析可再生能源发电的间歇性与不稳定性特点,以及可再生能源发电集中并网带来的稳定性问题,提出通过建设广域覆盖的直流电网以有效解决可再生能源集中并网的有功波动问题。建设全国性的直流骨干输电网,不仅可更有效地利用可再生能源,也将积极推动坚强智能电网的建设。与交流系统相比,直流电网在未来城市配电、微网等领域也有较大的优势。根据中国国情,对直流电网在中国建设的可行性进行了具体分析,并提出中国直流电网主干结构设想图,指出了直流电网建设的一些关键技术问题,为中国直流电网建设提供参考。     

IGCT器件在风力发电并网变流器中的应用

IGCT是一种基于GTO结构的新型大功率半导体开关器件。IGCT在电压和功率等级、效率、可靠性以及变流器结构设计等方面具有显著的特点和优势,非常适合大功率变流装置的应用要求。在此,简单介绍了风力发电技术的发展趋势,以及全功率变流风力发电系统的结构和特点。结合IGCT的工作原理和性能,分析了IGCT器件在风力发电并网变流器中的应用;此外,还介绍了国产IGCT器件技术的发展现状和试验情况。     

IGCT在大功率电压源逆变器中的应用

介绍了IGCT的性能特点及使用中应注意的事项,给出了IGCT在两电平逆变器及中点箝位三电平逆变器应用中箝位电路的参数设计方法,分析了IGCT在中点箝位三电平逆变器应用中需要施加外触发的原因,给出了IGCT在6 kV高压变频调速中的应用情况。     

柔性直流电网故障电流抑制关键技术与展望

能源危机和变革给传统的输电模式带来了巨大的挑战。柔性直流电网以其灵活、可控、高效等特点,成为新的电力输送方式之一,但在关键技术与装备等方面仍存在较多问题有待解决。文中以柔性直流电网故障电流抑制问题为研究对象,首先分析了柔性直流电网对故障电流抑制的技术需求与国内外研究现状。在此基础上,分别从柔性直流电网故障电流分布特性与演变规律、故障限流原理与多维度协同抑制、数字物理动模仿真等方面提出亟待解决的关键技术问题与研究思路。最后,展望了柔性直流电网研究中仍需关注的重要问题。     

新型直流潮流控制器及其在环网式直流电网中的应用

直流潮流控制设备能够有效提升环网式直流电网的潮流控制自由度,解决部分线路潮流不可控问题。首先对现有3类直流潮流控制设备进行了简略分析,指出其在实际应用场合的局限性。然后,对电流潮流控制器(current flow controller,CFC)的工作原理和运行特性进行了分析,指出其具有9种运行状态。以其中一种状态为例,设计了CFC的控制策略,研究了各状态量之间的关系。最后,给出了CFC在环网式五端直流电网中的应用实例,通过PSCAD/EMTDC下3种仿真情景的研究,验证了CFC对直流潮流调节的可行性,并进一步表明,与现有直流潮流控制设备相比,CFC具有成本投入少,运行损耗小等优势。     

新型多端口直流断路器及其在直流电网保护中的应用

直流电网中,采用高压直流断路器切除故障线路能够有效清除直流故障,但现有的直流断路器投资成本高,系统正常运行时电力电子器件冗余。文中提出一种新型多端口直流断路器(multiport DC circuit breaker,MP-DCCB)拓扑,采用单个主断路器保护多条直流线路,利用通流能力大的晶闸管作为主断路器和直流线路间的控制单元,有选择性地切断故障线路。然后,设计了能够吸收限流电感能量的转移支路来降低避雷器需吸收的能量,并对MP-DCCB断路、耗能以及重合闸阶段控制方式及电气过程进行了理论解析,建立了等效数学模型,研究电压电流应力及经济特性与MP-DCCB关键参数的关系。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建四端双极直流电网进行仿真验证,MP-DCCB能够有效降低断路器投资成本,具备应用于柔性直流电网的工程价值。     

混合式直流断路器在柔性直流电网中应用初探

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流电网技术是未来电力系统输电技术的发展方向之一,但面临快速清除直流侧故障的巨大挑战。分析比较3种隔离直流侧故障的方法,选择混合式直流断路器作为隔离直流侧故障的方案。结合基于差动电流的直流故障检测技术,提出考虑线路分布电容的柔性直流电网保护方案,包括线路保护和母线保护,并论述保护参数的选取原则。在PSCAD/EMTDC仿真平台上建立一个4端柔性直流电网模型,验证所提基于混合式直流断路器的差动保护方案的有效性和可行性。结果表明,所提的差动保护方案满足了保护的选择性和速动性要求,运用混合式直流断路器可在数ms内清除柔性直流电网的直流侧故障。     

柔性直流电网工程

正柔性直流采用全控型电力电子器件,具有动态无功支撑能力。基于柔性直流构建的直流电网具有更好的灵活性和可靠性,可将风电、光伏、抽水蓄能与负荷中心直接连接,构成多种形态能源灵活互补的能源互联网,实现多电源供电、多落点受电和新能源孤岛接入,有效平抑新能源间隙性和波动性。     

大功率IGBT和IGCT在大功率逆变器中的应用比较

本比较了ＩＧＣＴ系统和大功率ＩＧＢＴ模块在两点式脉宽调制逆变器中的应用,描述了器件的结构,基本原理及特性、仿真试验结出了损耗比较,在１．１４＊１０％６ＭＶＡ逆变器中,开关频率为ＦＡ＝２５０Ｈｚ／５００Ｈｚ的情况下,对ＩＧＣＴ与ＩＧＢＴ进行了损耗比较,器件特性评价是可作为实际应用的基础。     

IGCT变频器在矿井提升机调速系统中的应用

着重介绍了IGCT大功率三电平变频器在煤矿主井提升调速系统中的应用,分析了提升机电控系统中运用IGCT三电平逆变器的工作原理。IGCT变频器可以做到大功率、高电压,使提升机电控系统可靠性更高,输入、输出的功率因数为1,减少了电网的谐波污染,使提升效率明显高于同类型设备,能耗大幅度下降。     

一种阻容型限流式直流断路器拓扑及其在直流电网中的应用

架空线直流电网直流故障的快速隔离和清除问题是直流电网快速发展面临的关键技术瓶颈,而目前大多数高压直流断路器都无法兼具限流及断路作用。为此,该文提出一种阻容型限流式直流断路器拓扑,同时通过超快速隔离开关并联的设计提出适用于多种故障情况下的重合闸策略,从原理上实现了稳态低电抗和暂态高限流电抗的灵活切换。该拓扑采用断路阀段和限流阀段两种模块来完成各自功能,同时充分利用全控型功率器件的快速可控性及半控型器件容量大、造价低的特点,在一定程度上降低了投资成本。最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台搭建的四端直流电网模型,验证该拓扑的限流、断路、重合闸性能。     

柔性直流电网协调控制策略

针对包含新能源孤岛送出、孤岛供电以及双极结构的复杂柔性直流电网,提出了一种协调控制策略。整个协调控制系统包含广域协调控制系统和换流站协调控制系统。发生换流站故障或直流线路故障后,广域协调控制系统根据工况对各柔性直流换流站及其他子系统进行总功率调控,同时各换流站根据工况和指令切换控制模式或改变自身功率,配合进行协调控制。通过对典型柔直电网中典型工况的仿真,验证了本文提出的协调控制策略可明显改善故障情况下的柔性直流电网响应特性,提高柔性直流电网安全稳定运行能力。     

小型交流断路器在直流电路中的应用

本文讨论了小型交流断路器在直流电中的灭弧原因。由于直流熄弧电流不存在自然的过零点,因此必须强制过零才能熄灭直流电弧,同时分析了直流电器中电感和时间常数对直流电弧熄灭的影响。在分析交、直流瞬时脱扣整定电流的差别的基础上,给出了选择断路的要点。最后,介绍了小型交流断路器在直流电路中的实际应用。     

小型交流断路器在直流电路中的应用

讨论了小型交流断路器在直流电路中的灭弧原理。由于直流熄弧电流不存在自然的过零点，因此必须强制过零才能熄灭直流电弧。分析了直流电路中电感和时间常数对直流电弧熄灭的影响。在分析交、直流瞬时脱扣整定电流的差别的基础上，给出了选择断路器的要点。最后，介绍了小型交流断路器在直流电路中的实际应用。     

多端柔性直流电网公共直流电压协同控制方法

与传统交流电网相比,柔性直流电网具有较强优势,在可再生能源等多能源接入应用中引起了高度重视。为避免多端柔性直流电网中各子系统争夺电压控制权问题,提出了一种多端柔性直流电网公共直流电压协同控制方法。该方法利用柔性直流电网公共直流电压作为公共信息源,根据负载单元、可再生能源单元、储能单元和辅助供电单元的不同工况,分别由可再生能源单元、储能单元以及辅助供电单元独立地将公共直流电压控制在规定范围之内,实现电网电压稳定。通过Saber软件进行的仿真表明,所提方法能够有效控制多端柔性直流电网公共直流电压,维护系统功率平衡。     

基于直流电压变化率的直流电网直流故障保护

研究了基于直流电压变化率的直流电网直流故障监测与隔离。介绍了量测直流电压变化率的原理,分析了直流限流电感、直流故障位置、直流故障类型、故障电阻值及量测时间常数对直流电压变化率的影响。在PSCAD/EMTDC下搭建了四端口环形直流电网,选择了各直流断路器的整定值,当电压变化率超过整定值时判定发生区内直流故障,给直流断路器开断信号,从而触发断路器动作来清除直流故障。通过对极对地、极对极故障的仿真,验证了所研究方法的可行性。