异步联网工程柔性直流测量异常导致功率反转机理分析和优化策略研究

云南电网与南网主网直流背靠背异步联网工程中采用了柔性直流输电技术,针对异步联网工程柔性直流因直流电压测量异常导致功率反转的问题进行了分析。在现有异步联网工程柔性直流输电系统控制器结构的基础上,通过理论分析得到了发生功率反转时测量偏差系数的临界值和功率反转期间直流电压的真实值计算方法;提出了逆变侧只采用定有功功率控制且选取整流侧和逆变侧计算的有功功率较大者作为控制器功率测量值输入的优化策略。通过异步联网工程柔性直流的EMTDC仿真模型,验证了所提优化策略的有效性和可行性。     

云广直流逆变侧直流电压测量偏低时直流系统响应特性仿真研究

针对近期云广直流多次出现因逆变侧直流电压测量值偏低导致直流系统电压异常升高的问题,结合控制策略对电压异常升高的原因进行了详细分析,并通过大量RTDS仿真试验,研究了不同故障程度、功率水平和运行方式下发生逆变侧直流电压测量偏低故障时直流系统的过电压水平和控制保护响应特性。仿真结果表明,不同的故障程度、功率水平和运行方式下直流系统表现出不同的控制保护响应特性;逆变侧直流电压测量偏低会造成直流系统过电压;大功率模式可缓解直流过电压水平;而降压运行相比全压运行工况下电压控制功能较不稳定,在故障程度较大时有系统失稳和崩溃的风险。最后,从现场运维的角度,对逆变侧直流电压测量偏低可能导致直流过电压或闭锁的风险进行评估,提出运维建议,为现场运行人员提供参考。     

天广直流逆变侧直流电压测量偏低故障时直流系统响应特性仿真研究

近期天广直流多次发生因逆变侧直流电压测量偏低故障导致直流系统电压异常升高的事件。为了研究这一事件的产生机理,结合控制策略对天广直流系统电压异常升高的原因进行了详细分析,并通过大量RTDS仿真试验,研究了在不同故障程度、功率水平、运行方式下发生逆变侧直流电压测量偏低故障时直流系统的过压水平和控制保护响应特性。仿真结果表明,逆变侧直流电压测量偏低会造成直流系统过压,且直流系统在不同的故障程度、功率水平和运行方式下有不同的控制保护特性,特别是在大功率模式和降压运行方式下可降低直流过压水平。     

交流不对称故障下的LCC-MMC混合直流系统输送功率提升策略研究

将常规两端直流输电系统逆变站的电网换相换流器(LCC) 替换为模块化多电平换流器(MMC)所构成的混合直流输电系统,可结合两种换流器的优点而具有广阔的应用前景。在研究其基本稳态控制特性的基础上,重点分析了交流电网不对称故障引起的直流输送功率下降及中断问题。通过分析混合直流系统的交流故障特征,发现交流不对称故障发生在整流侧时易引起直流电压下降甚至输送功率的中断,发生在逆变侧时易引起直流系统电压异常。鉴于此,提出了基于MMC典型控制的附加直流电压控制策略,在其调制范围内通过降低故障时逆变侧的参考直流电压以提高直流系统的输送能力。若检测到本站直流电压的交流分量大小超过限定值,则附加控制策略自动投入,无需依靠换流站间的通信。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了所提控制策略的可行性。     

基于单极双阀组的特高压直流电压测量异常分析及仿真研究

对U_(dH)电压异常问题进行分析,制定了实时数字仿真系统(Real Time Digital Simulation,RTDS)仿真验证试验方法,阐述了逆变侧(整流侧)U_(dH)测量值偏低导致整流站(逆变站)直流电压U_(dH)测量值增大(减小)原理和普侨直流换流变分接头限制逻辑与整流侧定电压控制关系。通过对现场短时录波和长时录波解析,明确了U_(dH)电压异常的现象。最后通过仿真试验的验证,找到了导致电压异常事件的原因,并根据试验结果,提出了一种快速判断U_(dH)电压测量异常的方法。     

金中直流逆变站直流电压测量异常分析与处理

正金中直流投产后,逆变站双极直流高压母线电压相继出现了测量异常,并造成整流站直流电压偏高。根据电压测量异常期间控制系统的响应特性以及测量系统的采样特性,对直流测量系统存在异常的原因进行了针对性的分析和排查,从而有效地解决了直流电压测量异常的问题。最后根据排查过程中对测量异常现象的观察和分析,提炼出快速定位直流测量系统异常原因的方法,以便于运维人员快速制定相关的应对措施,对现场运行维护工作具有借鉴和指导意义。     

中海油文昌柔性直流输电系统稳态仿真分析

以中海油文昌柔性直流输电系统向无源网络供电为例,搭建了PSCAD/EMTDC环境的系统仿真模型,在整流侧采用定直流电压控制、逆变侧采用定交流电压控制的方式下,分别针对逆变侧负载接入和逆变侧负荷变化进行仿真。结果表明,在所采用的控制方式下该柔性直流输电系统能够稳定地运行。     

整流侧控制方式对特高压直流输电系统换相失败影响研究

特高压直流输电系统发生换相失败时,会引起直流电压和直流电流突变,严重影响直流系统的安全稳定运行。控制系统是特高压直流输电系统的核心部分,其控制方式对系统的输出响应有重要影响。分析特高压直流输电系统换相失败的原因,介绍整流侧的控制方式,建立了云广特高压直流输电系统仿真模型,研究云广特高压直流输电系统整流侧采用定电流控制方式和定功率控制方式对换相失败的影响。仿真结果表明：当逆变侧换流变压器变比K改变时,整流侧采用定电流控制与采用定功率控制相比,系统发生换相失败时的临界变比较大;当逆变侧交流母线发生三相对称接地故障、两相短路故障及单相接地故障时,整流侧采用定电流控制与定功率控制相比,系统不发生连续换相失败的临界电阻较小。整流侧采用定电流控制方式时,对换相失败的控制能力优于定功率控制方式。     

柔性直流与交流并列输电换流器交流故障穿越

柔性直流输电的故障穿越是电网安全稳定运行的重要内容,特别是交流侧低压故障时产生的较大短路电流对换流器件的危害一直是研究热点.针对1个风电场经交直流并联输电的系统,当直流输电的逆变端交流侧发生严重短路故障时,提出通过控制换流站的内环电流控制器的输入电流指令的限幅环节来抑制换流器出口的过电流,即低压故障时切换到小一级的限幅器限值,同时为了阻止从整流站而来的功率积累过剩,造成直流电压上升,设计了整流站运行方式自动切换控制器,使整流站输电功率减小,将功率转移到交流线路,以稳定直流电压.最后通过仿真验证,证明提出的方法在抑制交流短路大电流、稳定直流电压方面效果显著.     

多端柔性直流输电系统交流故障穿越仿真研究

针对多端柔性直流输电系统交流侧发生故障,直流系统与电网公共连接点电压也随之跌落的问题,文中提出了一种交流故障穿越技术来维持公共连接点电压稳定。根据公共连接点电压跌落程度增发相应的无功功率从而维持公共连接点的电压稳定,保证系统的有功功率传输。当公共连接点电压跌落程度较大时,增发的无功功率导致交流系统过电流,提出通过降低故障端的有功功率参考值,从而减小交流侧电流幅值,避免过电流的产生。同时,针对有功功率的减小将使系统的不平衡功率进一步增大导致直流电压发生较大波动的现象,通过定直流电压换流站根据直流电压的变化来消纳系统的不平衡功率,从而达到维持多端柔性直流输电系统直流电压稳定的目的。     

有功功率无功功率独立控制的VSC-HVDC系统仿真研究

高压直流输电系统中有功和无功功率可以分别由dq0坐标系下的d轴电流分量和q轴电流分量独立控制,设计定直流电压、定有功功率定无功功率控制器。整流侧实现单位功率因数整流并控制直流电压的稳定,逆变侧通过改变有功电流指令和无功电流指令来改变输送的有功功率和无功功率。用Matlab进行仿真分析。结果表明,该控制方式在保证直流电压稳定的基础上能够实现有功功率、无功功率的独立控制,且该控制方式灵活、简便,抗干扰性强,为工程实际应用提供理论依据。     

LCC-FHMMC混合直流输电系统受端交流系统故障穿越控制策略

送端采用电网换相换流器（LCC）、受端采用全半桥子模块混合型模块化多电平变流器（FHMMC）的LCC-FHMMC混合直流输电系统,当受端交流系统发生故障时,受端交流电压跌落,受端功率传输受阻,盈余的功率导致子模块电容过电压,甚至可能造成设备的严重损坏。为此,提出了一种基于FHMMC直流电压降压运行的受端交流系统故障穿越控制策略,使其直流电压始终低于逆变侧交流母线的电压有效值。同时,整流侧LCC保持常规的定直流电流控制,保证逆变侧的直流电流在额定值附近运行,从而实现了进入直流系统的有功功率与逆变器向受端交流系统输出的有功功率之间的平衡。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台上对LCC-FHMMC混合直流输电系统受端交流系统发生的对称故障和不对称故障分别进行了仿真分析,仿真结果验证了所提控制策略能够快速有效地穿越受端交流系统故障,并抑制子模块电容过电压。     

适用于功率突变的MTDC系统改进下垂控制

直流电压的稳定控制是多端柔性直流输电系统安全运行的关键,多端系统的安全运行需要满足N-1法则。在功率发生突变时,功率不平衡将导致直流电压发生偏移,严重时造成换流站脱网,且传统下垂控制的换流站受限于固定的下垂系数,难以适应功率突变。针对此问题,提出改进下垂控制,通过监测换流站直流电压和有功功率的偏差值,引入影响因子并设置电压滞环,自适应修正下垂系数,以抑制功率突变情况下直流电压的偏移。基于Matlab/Simulink搭建基于电压源型换流器的四端柔性直流输电系统仿真模型,构造主/从站退出运行、潮流反转3种工况,验证改进下垂控制策略在功率突变情况下,能够满足N-1法则,保障多端系统的安全运行。     

整流侧直流电压异常波动的影响及其改进建议

南方电网某直流输电系统因整流侧高压直流电压异常波动引起阀保护性触发功能动作造成数次停运。分析显示,这种直流电压异动会导致严重的后果：在换流变分接开关定Udi0控制的作用下引起触发角降至最小触发角（5°）,逆变侧转为定电流控制,最终由于启动保护性触发功能的换流阀数量超过了设定值以致直流系统停运。为了从根本上解决这一问题,需要对直流线路电压测量系统进行改造。     

渝鄂直流背靠背联网工程最后断路器跳闸功能配置

柔性直流输电系统逆变站切除全部交流线路,甩负荷运行,会导致逆变站直流侧及其他部分电压异常升高,危及一次设备安全,因此,在逆变站中配置最后断路器跳闸功能非常必要。结合渝鄂直流背靠背联网工程,提出针对柔性直流输电系统的最后断路器跳闸功能配置方案,并基于RT-LAB实时仿真平台,接入实际控制保护系统和运行人员控制层监控系统,对所提配置方案进行验证。试验结果表明,配置最后断路器跳闸功能后,可保证在交流断路器跳开前或直流电压上升到保护定值前,柔性直流控制系统下发换流器闭锁命令,避免直流侧及交流侧严重过压。     

送受端系统短路比关系对直流输电系统最大输送功率的影响

针对直流输电送端系统的运行状况是否对输送功率有影响的问题展开分析,研究了交直流系统整流侧联于不同强度交流系统的运行特性,结合逆变侧联于不同强度交流系统的运行情况,指出送端系统短路比与受端系统短路比的大小关系会影响直流输电系统可输送的最大功率。首先研究了整流站和逆变站的功率曲线,分别得到送受端系统短路比与其相应的最大输送功率的定量关系。然后分析了在相同的输送功率极限下整流侧和逆变侧短路比的关系,将两端系统可输送的最大功率相等时的短路比定义为转折短路比,并得到输送功率转折点。最后指出送受端系统的强度都会影响直流输电系统的输送能力,当两端系统短路比与转折短路比存在某种关系时,由其中的一端系统对直流系统的输送能力起决定性作用,并通过PSCAD仿真验证了结论的正确性。     

背靠背五电平二极管钳位型变流器直流环节的电压偏移机理及其载波调制均压策略

直流电容的均压控制是多电平二极管钳位型变流器的技术难点。该文以背靠背五电平二极管钳位型变流器为例,首先分析不施加均压控制时变流器系统直流环节的电压偏移机理。其次,证明在整流侧和逆变侧分别注入零序电压,对直流环节各悬浮节点平均电流的影响。据此,建立背靠背五电平变流器系统的直流环节均压控制的数学模型,提出一种基于零序电压注入的主从协同均压控制策略,通过模型预测控制在线计算整流侧和逆变侧所需注入的零序电压。仿真和实验结果表明,在整流侧和逆变侧的不同调制比组合、不同基波频率及不同功率因数下,所提均压算法均具备良好的动态和稳态均压性能。     

接入弱交流系统的背靠背直流输电系统控制策略改进

背靠背直流工程逆变侧采用定熄弧角控制时,整流侧和逆变侧耦合关系较强,但换流变压器分接开关动作次数少;而采用定直流电压控制时,耦合关系较弱但分接开关动作次数多。在分析相关控制策略优缺点的基础上,提出了改进控制策略,逆变侧通过熄弧角控制直流电压为指令值,直流电压指令值随直流功率变化,分接开关控制熄弧角在正常范围内。该控制策略保留了定熄弧角控制和定直流电压控制的优点。提出整流侧和逆变侧在分接开关动作时预估无功小组是否会因分接开关动作而投切,进而确定分接开关和无功小组动作的先后关系,防止了分接开关的反复动作。算例表明该控制策略可以减少背靠背工程无功小组投切和分接开关动作次数,减小逆变侧无功小组投切电压波动,适用于接入弱交流系统的背靠背工程,长距离直流输电工程也可以借鉴文中控制策略。     

LCC-MMC三端混合直流输电系统整流站交流故障穿越协调控制策略

针对整流站采用电网换相型换流器(LCC)、逆变站采用并联两端模块化多电平换流器(MMC)的三端混合直流输电系统,重点研究了整流站交流侧故障导致直流输送功率减小或中断的问题,并提出了一种整流站交流故障穿越协调控制策略。首先,建立了混合直流系统中不同类型换流器的数学模型并分析了其交流故障特征;其次,针对不同的系统运行方式及故障时直流电压降低、直流侧含有二倍频分量的故障特征,提出了整流站最小触发角控制与逆变站最大调制比控制的站间协调策略;再次,通过改进原有100 Hz保护定值,实现了控制模式可自主切换;最后,在PSCAD/EM TDC中建立了混合直流输电系统的模型,对该系统在不同工况下的控制特性进行了仿真分析。结果表明:所提控制策略在整流站交流故障情况下可相应提高直流系统的输送功率,降低整流侧发生交流短路故障时引起功率输送中断的概率。     

永磁直驱式风机采用混合直流并网的控制策略

提出一种永磁直驱式风机经混合直流系统并网的拓扑,直流系统整流侧采用模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC),逆变侧采用电网换相换流器(line commutated converter,LCC)。该系统结合了MMC和LCC各自的优点,既可以为风电场无源系统提供电压支撑,又可以降低投资成本和运行损耗。MMC可以通过子模块投切瞬间改变直流侧级联子模块输出的总电压。基于此项特性,提出整流侧MMC控制直流电流的方法,将MMC的控制维度从交流侧拓展至直流侧。仿真结果表明,在逆变侧主网发生远区故障时,整流侧MMC可以抑制直流电流增长,降低换相失败发生的机会;在逆变侧发生换相失败后,可以帮助系统平稳地恢复直流功率,实现故障穿越功能。