具备直流潮流控制与故障限流功能的电感耦合型复合装置

高压柔性直流电网作为解决可再生能源大规模接入和消纳问题的有效手段，已成为未来电力系统的重要发展方向之一，但也使其潮流控制和故障保护的问题更加突出。为了克服以上问题、提高系统稳定性，提出了一种具备直流潮流控制与故障限流双重功能的电感耦合型复合装置。首先，提出了该复合装置的拓扑结构，该拓扑在传统直流潮流控制器基础上增加了可共用耦合电感的限流支路；其次，详细分析了直流潮流功能的工作原理、理论推导及其控制策略；然后，基于故障条件下提出的限流动作时序，进一步解析了稳态、限流、故障切除和泄能4个不同时段下耦合电感的作用效果，并研究了各时段直流故障电流的计算；最后，在MATLAB/SIMULINK仿真软件上搭建四端直流电网模型，仿真结果表明所提拓扑通过共用耦合电感实现了良好的潮流控制和抑制短路电流的功能，在短路故障状态下缩短故障电流的切除时间，在保证经济性的同时提高了系统的稳定性。     

基于储能装置的柔性直流输电技术提高大规模风电系统稳定运行能力的研究

大规模风电集中接入电网对直流输电技术提出了更高的要求。为此,提出了基于储能装置的柔性直流输电并网传输系统拓扑结构。根据dq同步旋转坐标系下VSC-HVDC(Voltage Source Converter HVDC)系统的数学模型,设计了相应的换流器直接电流控制策略。其中送端换流站解耦控制器实现了风电场输出有功功率和无功功率的独立控制,受端换流站采用将储能装置充放电功率偏差值作为直流电压控制器附加信号的控制策略。最后,以配备双馈风电机组的风电场经柔性直流输电系统接入电网进行仿真分析,针对风电场在噪声风引起的输电功率波动、受端换流站侧交流系统短路故障等情况进行仿真验证,结果表明该控制方案有效可行。     

电网短路时交流励磁风电机组网侧变换器控制策略

电网短路故障时交流励磁用双脉宽调制(PWM)变换器应提供足够的励磁电压实现交流励磁发电机的不间断运行,要求双PWM变换器直流链电压在故障时波动较小。分析并提出一种电网短路故障时交流励磁风电机组电网侧变换器的控制策略,该方案在电压跌落时仅利用电流内环控制电网侧变换器,并于电压正常时采用带前馈的双闭环电压控制策略控制电网侧变换器。通过仿真验证了所提出的方案在电网短路故障发生和切除时稳定控制直流链电压的有效性,为故障过程发电机不脱网励磁控制奠定了基础,同时该方案也能有效保护直流侧电容及提高系统的稳定性。     

具备潮流控制功能的多端口混合式直流断路器

针对多端柔性直流电网的故障保护和潮流控制问题,该文提出一种具备潮流控制功能的多端口混合式直流断路器,由通流支路、主断路器支路两部分构成。当系统正常稳态运行时,该断路器具有潮流控制功能,可用于调节支路潮流;系统发生故障后,相当于混合式直流断路器,用于切断故障电流。建立了具备潮流控制功能的多端口混合式直流断路器拓扑,阐述了稳态和暂态运行机理,并进行经济性分析。最后,在PSCAD仿真平台搭建了四端直流输电系统,验证了所提拓扑在潮流控制和故障切除方面具有良好的性能。     

用于弱电网互联的柔性直流输电系统双端构网型控制

针对常规跟网型控制下柔性直流输电系统不具备电网频率支撑能力、弱电网运行能力差的问题,提出了一种柔性直流输电系统的双端构网型控制策略。利用直流电容的动力学特性,将柔性直流输电系统模拟为同步电动机-连轴-同步发电机运行,使其具备良好的弱电网运行能力与电网主动支撑能力。在此基础上,设计了柔性直流输电系统的电网故障穿越策略。在PSCAD/EMTDC软件中进行仿真验证,结果表明所提柔性直流输电系统的双端构网型控制策略具备弱电网适应能力、快速潮流调节能力、电网频率主动支撑能力以及电网故障穿越能力。     

具备潮流控制功能的直流断路器仿真建模研究

基于柔性直流输电的直流电网技术,在大规模分布式可再生能源接入、新型城市电网构建等方面,被认为是最有效的技术方案,直流电网已经成为未来电网的重要发展方向和组成部分。在直流电网中,需要配置直流潮流控制器来优化系统潮流分布;需要配置直流断路器来降低直流故障对系统运行的影响及保护设备。为了减少直流电网内设备的数量,降低电网建设成本,讨论一种新型的具备潮流控制功能的直流断路器。通过改变现有混合直流断路器的主支路拓扑结构,即可具备潮流控制功能。该文分析该新型设备的拓扑结构并基于小信号分析,借助比例积分微分控制器,给出设备在正常运行及故障时的控制策略。通过分析,证明新型设备具备潮流控制及快速故障隔离能力,且能在实现同样功能的情况下降低系统成本。     

并联型多端直流输电系统的控制策略与故障特征

为适应并联型多端直流输电系统更灵活、更精准的电压、电流控制要求,对其控制保护策略进行了研究,提出了一种适用于并联型多端直流输电系统的控制策略和一种直流线路短路故障下不依赖直流断路器的故障清除策略,并研究了交流系统短路故障时多端直流系统与2端直流输电系统的不同特征。对一个并联型4端双极直流输电系统进行仿真分析,结果显示所提出的控制策略可行、有效,控制模式切换不会引起系统明显扰动,且在直流线路短路故障时可摆脱对直流断路器的依赖。相比2端系统,多端系统逆变站交流侧短路故障对系统的冲击更严重。     

基于LCC和双钳位MMC混联高压直流输电的实验

基于电流型变换器(也称电网换相变换器LCC)和电压型变换器(VSC)的混联高压直流输电系统,不仅可以灵活控制有功和无功功率,也便于多端新能源电源的并网和无源负荷的供电,并统一接入电网,实现LCC和VSC高压直流输电的优势互补。在分析主电路和子模块拓扑结构、充电控制、脉冲调制和功率控制策略的基础上,对基于LCC和双钳位模块化多电平变换器(MMC)混联高压直流输电的直流短路故障穿越、单极运行和双极运行进行实验研究。实验结果表明,所采用拓扑结构可实现混联高压直流输电运行,具有直流短路故障穿越能力,可以快速清除直流短路故障电流,对瞬时性故障还可以快速恢复供电,具有很强的理论和工程应用价值。     

区域型安全稳定控制装置无故障跳闸判据运行分析

系统分析了区域型安控装置判断线路、主变等元件的无故障跳闸判据,针对电网潮流变化、直流输电系统双极闭锁、直流输电减负荷等运行情况下该判据暴露的问题,指出安控装置仅靠本地电气量判断线路本侧及对侧的无故障跳闸存在着一定的局限性,尤其是在直流输电的近端电网。根据安控装置在电网的各种运行工况下发生无故障跳闸后的控制要求,对直流输电近端电网的安控装置增加了开关量信号作为无故障跳闸的主判据,电气量作为辅助判据,并结合实际工程完成了无故障跳闸判据整改,较好地解决了该判据不完善的问题。     

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。     

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。     

具备故障限流功能的新型线间直流潮流控制器

直流电网在发生故障时,电流会迅速增大,危及整个系统安全运行。而用于切断故障电流的直流断路器开断能力有限,需要与故障限流器配合使用。随着直流电网结构的日益复杂,潮流控制问题也日益突出。在直流潮流控制器原有的潮流控制能力上,探索其故障限流能力并提出一种具备故障限流能力的新型线间直流潮流控制器拓扑。潮流控制部分采用线间直流潮流控制器,故障限流部分采用晶闸管控制电感投入实现限流。对所提控制器的工作原理、动作过程及理论分析进行了研究,并在单端等效系统及四端柔性直流电网中进行了仿真验证。仿真结果表明,该控制器可在正常运行时控制2条线路的潮流,在某一线路单极接地故障时进行故障限流并通过与直流断路器配合完成故障电流的切除,该装置及控制策略的可行性与有效性得到验证。     

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。     

多端口电感耦合型直流限流断路器快速重合闸策略

高压直流（high voltage DC,HVDC）电网是连接可再生能源与交流主网的主要载体,直流故障后的恢复速度对整个交直流电网的稳定性有重要影响。基于多端口电感耦合型高压直流限流断路器,提出一种与直流电网换流器控制策略相配合的快速重合闸策略。介绍了多端口限流断路器的拓扑结构,分析了换流器控制策略对故障隔离后直流电压的影响,并对限流断路器的重合闸时序进行了选择,形成了与风电场等弱交流系统连接的换流器-断路器协调配合重合闸的控制策略及逻辑流程。在4端双极直流电网仿真模型中,验证了所提重合闸策略具有冲击电流较低,故障恢复时间较短的优势。     

模块化多电平换流器自适应故障限流控制策略

直流断路器(DCCB)的造价和体积与其开断电流大小密切相关.文中从降低DCCB的开断电流层面出发,设计了适用于半桥模块化多电平换流器(MMC)故障限流的自适应限流控制器.通过在直流故障工况下调整MMC直流电压和子模块电容电压参考值,可自动快速限制故障电流发展速度.采用数学解析的方法对自适应控制器的限流原理进行了分析.在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建四端柔性直流电网进行仿真验证.仿真结果表明:相比于无任何限流措施的控制方案,自适应限流控制可有效降低断路器的开断电流,明显减少避雷器吸收的能量,同时可加快故障后的系统恢复.     

A Method to Control the Interphase Power Controller with Common DC Bus

Increasing number of interconnections at a power system network raises the short circuit current levels and may cause to replace part of protecting equipment. The interphase power controller (IPC) is capable to control the power flow and to limit the short circuit current. This paper presents a control method for the IPC with common DC bus which is an alternative to phase-shifting transformers. The model of a common DC bus IPC is developed in d-q frame and based on it a control system is proposed to regulate the active power flow. The utilized structure has more flexibility in controlling the power system compared to previously proposed IPCs which are based on static synchronous series compensator. An experimental setup based on cascaded H-bridge converters has also been implemented to verify the proposed control method. Both the simulation and experimental results confirm the ability of common DC bus IPC with the proposed control method in power flow control and short circuit current limitation.     

基于MMC的多端直流电网通用计算方法及拓扑优化研究

针对现有直流电网直流侧短路简化计算方法普遍不适用于对称单极接线系统及短路故障后故障电流急剧上升导致换流站闭锁的问题,提出了适用于对称单、双极接线方式直流电网的通用计算方法和直流电网拓扑优化方法。首先,分析了不同接线方式下的直流电网直流侧单、双极短路故障特性。其次,基于阻抗频率特性提出了适用于不同接线方式直流电网的故障电流计算方法,并得到了评价故障电流水平的简化指标,有效地评估直流电网拓扑变化时的故障电流水平,实现多端系统的拓扑优化,降低单极接地故障电流水平。最后,通过电磁暂态仿真案例验证了所提计算方法和简化指标的准确性和有效性。     

适用于直流电网保护的高压直流断路器时序配合方法

世界范围内风电、光伏大规模开发利用,其所占发电比例不断增加。柔性直流电网作为支撑高比例新能源接纳的重要手段,已成为电网发展的重要方向。高压直流断路器作为柔性直流电网隔离直流故障的关键设备也受到了越来越多的关注。提出了一种直流电网保护中高压直流断路器的新型时序配合方法,该方法可以在直流断路器拒动情况下有效减小其余直流断路器的开断直流故障电流水平,同时缩减故障隔离时间和减小直流断路器中耗能支路耗散的能量。同时,提出了一种适用于直流断路器配合,用于检测直流断路器是否存在拒动的故障判断方法。在PSCAD/EMTDC中的仿真结果验证了所提出新型时序配合方法和故障判断方法的正确性和有效性。     

级联全桥型直流断路器控制策略及其动态模拟试验

高压直流断路器作为直流线路中的分断装置,是构建直流电网的关键设备,可促进大规模风电并网技术的发展。文中详细描述了级联全桥混合式高压直流断路器的工作原理,与基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)串联的断路器拓扑相比,该拓扑中全桥模块间的电压平衡更易于实现。针对该断路器拓扑提出了快速故障检测方法和预转移控制策略,以缩短断路器的分断时间,搭建了低压动态物理模拟系统,并通过动态模拟试验验证了断路器的分断原理和控制策略。