基于PWM-CSC的混合直流输电系统功率控制策略研究

为解决传统直流输电系统逆变侧容易出现换相失败的问题,针对目前基于模块化多电平换流器(MMC)的直流输电系统造价较高、半桥结构子模块无法穿越直流故障、损耗大等缺点,本文提出了一种整流侧采用电网换相换流器(LCC)、逆变侧采用脉宽调制型电流源换流器(PWM-CSC)的混合直流输电系统。推导了系统的数学模型并分析了PWM-CSC交流输出侧的谐波特性,提出了一种最大功率因数控制策略。在PSCAD/EMTDC中搭建的基于PWM-CSC的混合直流输电系统的仿真结果表明,本文提出的控制策略能够在正常工况下实现系统逆变侧换流器最大功率因数运行;当交、直流侧发生短路故障时,本文提出的混合型直流输电换流器能够实现平稳穿越。     

基于最大调制比的LCC-MMC混合直流交流侧故障控制策略

对现有常规直流工程进行逆变站柔性化改造,是解决多馈入直流输电系统潜在级联换相失败问题的一个有效方案,改造后的混合直流系统整流站沿用电网换相换流器,逆变站新建模块化多电平换流器。首先对电网换相换流器和模块化多电平换流器(LCC-MMC)混合直流系统的拓扑结构、基本控制方法以及整流站交流侧故障时功率骤降问题进行了阐述。然后,针对上述问题,提出了基于最大调制比的交流侧故障控制策略,在整流站交流侧故障时,该策略能够通过调节逆变站模块化多电平换流器的调制比,维持直流电流的恒定,降低混合直流系统传输有功功率的跌落幅度,从而减小传输功率骤降对逆变站交流系统的冲击。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了混合直流输电系统的仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。     

电流源型混合直流输电系统建模与仿真

为解决传统直流输电系统换相失败问题,针对电压源型混合直流输电系统存在直流故障难以处理、平波电抗与直流电容容易产生谐振、无法进行潮流反送等缺点,分析了一种新型电流源型混合直流输电系统,其特点是整流侧采用传统的电网换相换流器,逆变侧采用基于全控型器件的新型电流源型换流器。重点推导了电流源型换流器在dq旋转坐标系下的低频和稳态数学模型,并设计了相应的控制器和控制策略。在PSCAD/EMTDC中以葛南直流系统为基础搭建了电流源型混合直流系统。详细阐述了启动和潮流翻转的步骤和过程,测试了逆变侧发生三相短路故障下系统的响应和恢复特性,研究了系统的直流故障自清理能力和重启动策略。仿真结果表明,该系统具有良好的性能,是直流输电系统在远距离、大功率应用领域一种可行的改进方案。     

混合式MMC及其直流故障穿越策略优化

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)应用于大容量架空线输电系统是柔性直流输电技术的研究热点,直流故障的处理是研究的难点。针对一种整流侧采用电网换相换流器(line commutated converter,LCC)、逆变侧采用混合式模块化多电平换流器的混合直流输电系统,重点研究混合式MMC的优化设计、过调制及直流故障穿越问题。推导在满足低直流电压过调制运行、直流故障穿越和子模块电容电压平衡条件下其全桥子模块(full bridge sub-module,FBSM)和半桥子模块(half bridge sub-module,HBSM)的数目配置要求。并提出混合式MMC直流故障穿越的优化控制策略,可以更好地平衡子模块电容电压,且在直流故障期间仍可保持对交流系统的无功功率补偿。最后在PSCAD/EMTDC仿真环境中建立该混合直流输电系统模型,对直流故障穿越和过调制运行进行仿真研究,结果证明优化策略的有效性。     

LCC与FH-MMC混合直流输电系统直流单极接地故障穿越控制策略

混合直流输电系统整流侧采用电网换相换流器(line commutated converter,LCC),逆变侧采用混合型模块化多电平换流器(full half bridge modular multilevel converter,FH-MMC)。直流单极接地故障是直流输电系统主要故障类型,在发生直流侧单极接地故障时,混合直流输电需切换运行模式,LCC侧由双极运行转为单极运行,FH-MMC侧通过桥臂输出负电平电压消除交流电压直流偏置以及故障电流。通过对该运行模式下FH-MMC桥臂功率流动特性进行分析可知,上、下桥臂产生能量不平衡问题,导致故障桥臂子模块电容电压持续上升,影响开关器件的安全运行。为此,基于基频环流注入的能量平衡策略提出一种直流单极故障穿越控制策略,保证直流母线单极接地故障下正常极仍可传递一半的额定功率,实现混合直流输电不停机运行。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建混合直流输电仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

LCC-MMC混合直流输电系统整流侧故障穿越控制策略

整流侧采用电网换相换流器(Line Commutated Converter,LCC),逆变侧采用模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)构成的混合直流输电系统,结合了LCC、MMC的优点;同时,当MMC为半桥子模块和全桥子模块各占50%的混合型MMC时,系统具有较强的交直流故障穿越能力。针对整流侧交流系统严重故障下半桥子模块和全桥子模块电容电压不平衡的问题,提出一种改进的环流控制策略。改进的环流控制策略通过检测MMC的运行工况,调整环流控制器的参考值,从而使桥臂电流具有正负交替的特性。其次,提出基于虚拟电阻和电流指令限值的故障暂态电流抑制策略,能够抑制故障穿越期间交直流电流的振荡,确保系统安全稳定运行。基于PSCAD/EMTDC仿真平台,搭建LCC-MMC混合直流输电系统,仿真验证了所提控制方法的有效性。     

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。     

一种适用于风电场送出的混合型高压直流输电系统拓扑

混合型高压直流输电系统两端分别由传统电网换相换流器(LCC)和电压源换流器(VSC)构成,是一种新型拓扑,可以合理结合二者的优点,具有广泛的应用前景。其运行特性、控制策略和故障特性等方面不同于LCC高压直流输电系统和VSC高压直流输电系统,有必要对其进行研究分析。文中研究了整流侧采用VSC、逆变侧采用LCC的混合型高压直流输电系统,设计了不同的控制策略,在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC下进行了正常和故障情况下的仿真,对比采用不同控制策略时对系统换相失败的影响和故障恢复特性,选择了适用于此类系统的最优控制策略。     

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。     

新型输变电技术研究综述

综述了国内外学术界和工程界在新型输变电技术领域的研究和发展状况。通过对各种新型输变电技术特点的阐述和分析,总结了它们各自的特点和发展前景,并着重介绍了多项输电和四相输电技术的起源和发展,初步探讨了其在我国的应用前景。     

构建地下能源综合通道的设想

珠三角地区及其他大城市周围输电线路错综分布、密度高,一方面严重影响环境景观,另一方面压缩了人类的生存空间。面对电力与环境的突出矛盾,如何实现电力与环境的和谐发展是未来电网发展需要解决的关键问题之一。提出了构建地下能源综合通道的设想,采用大容量的电缆输电和管道输电技术,将地面输电线路全部转移到地下,实现土地资源的立体利用,解决电力与自然环境这一突出矛盾。在经济发达地区地下管网建设过程中应综合优化布局,综合考虑能源输送通道、信息输送通道、轨道交通通道等建设,实现地下走廊的广泛共享。另外,分析了面向大容量输电的直流电缆和交直流输电管道等技术的发展现状。     

关于发展我国特高压输电的意见

根据我国二十一世纪电力工业大发展的前景，必须需要发展特高压输电，从世界范围来看，交流特高压和高压直流将长期并存，而交流特高压输变电设备是交流特高压和高压直汉的基础，本提出了我国特高压输电电压等级的选择和输变电设备开发的途径，并指出了我国已具有开发特高压输变电设备的技术基础，以及必须从现在起就开展交流特高压输电和输变电设备的前期科研工作的观点。     

远距离电力波输电的仿真研究

介绍利用远距离输电线FPT的均匀分布参数而形成的渡传输特性,即电力波将大容量的电力送往远区受端系统的有关仿真理论和方法.应用仿真技术对各种长度的远距离电力波输电FPTW的主要特性进行了仿真研究.并分析了有关的仿真结果,为进一步的规划和应用工作,提供了有意义的基础参考资料.     

四相输电系统的经济性分析

为了对四相输电系统的经济性进行评估,以一条实际建设的500 kV紧凑型输电工程作为参照,对四相输电线路进行了模拟的简化设计和造价估算。在此基础上,讨论了单位电能输送成本与输电距离之间的关系,并通过对比三相与四相线路输送单位容量电能的造价对四相输电的经济性进行评估。研究表明,四相输电系统在经济上完全可行,具有良好的应用前景。     

架空输电线路工频参数的测量及分析

通过对5条500kV(其中1条是正式投运的紧凑型线路)架空输电线路工频参数实际测量结果的计算分析,具体介绍了各参数的测量接线和计算公式,并提出了在实际测量中应注意的问题。     

1000kV特高压输电系统输电能力研究

建立1 000 kV输电系统功率传输模型,分析影响1 000 kV输电系统输电能力的各种因素,研究输电系统保持静稳定的远距离输电能力技术,以案例讨论不同输电距离的输电能力。研究结果表明:应用先进成熟的技术,1 000 kV输电系统,在1 500 km及以上远距离输电条件下,具有输送自然功率及以上功率的输电能力。     

几种特殊输电方式的分析比较和展望

除交流输电和传统高压直流输电(HVDC)以外，在某些特定情况下需要采用特殊的输电方式。主要包括轻型HVDC(HVDCLight)、分频输电(FFTS)、多相输电(MPTS)、微波输电、激光输电等。为充分发挥上述各种输电方式的独特优势，综合分析比较了它们的原理、特点、优势、难点及当前研究发展≯。情况，指出各自的适用领域，展望它们的发展前景。其中，FFTS和MPTS从属于交流输电方式，主要应用于长距离大容量输电，轻型HVDC、微波输电和激光输电从属于直流输电方式，主要应用于特殊场合输电，而轻型HVDC已有较成熟的工业应用线路，且其交直流转换技术的发展可作为MTE和激光输电的技术基础，因此轻型HVDC的研究和发展具有重要的意义。     

海底交直流电缆输电系统经济性比较

针对海底电缆输电方式的选择问题,运用现金流折现模型,从经济层面对交流输电系统和直流输电系统进行比较。分别从设备投资成本、维护成本和损耗费用3个方面对海底交直流电缆输电系统的成本进行了探讨,给出了各部分成本的计算方法。以海底电缆连接海上风力发电场和内陆电网为基本模型,对不同输电距离下海底交直流电缆输电系统的经济性进行了比较,得到了不同输电距离下交直流系统的经济性比较结果。研究结果表明：当输电距离较短时,交流海缆输电系统经济性优于直流海缆输电系统;当输电距离大于临界值时,直流海缆输电系统比交流海缆输电系统更经济。     

优化川电东送曲线 减少四川丰期弃水

为发挥“十二五”期间规划建设的川渝一华中交流特高压输电网强大的送电能力．提高华中交流特高压工程建设的经济效益．亦为实现四川水电更多季节性电能外送．减少四川电网丰期大量的弃水电量．通过优化2015年川电丰水期外送华中东四省的送电曲线．实现减少四川丰期弃水电量、提高华中交流特高压电网的利用小时数目标。通过对川渝间输电线路网架适应性的校核计算．进一步确定和提出较有利于川电东送的川渝省际联网方案。研究表明,优化川电东送华中东四省的送电曲线后．2015年可减少四川电网丰期调峰弃水电量约90亿kW·h．经济效益显著。