MMC型电压源换流器阀运行试验研究

随着柔性高压直流输电技术的发展,电压源换流器性能优势得到了越来越广泛的认可,基于模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的电压源换流技术在我国已得到了广泛的应用:南澳多端柔性直流输电工程、舟山多端柔性直流输电工程、鲁西异步联网柔性直流输电工程已经建成投运,±420 kV渝鄂直流背靠背联网工程、±500 kV张北可再生能源柔性直流电网示范工程已开工建设,±800 kV乌东德送电广东广西多端直流输电工程已进入工程实施阶段。MMC阀作为柔性直流输电工程系统的主要装置之一,为了保证柔性直流输电系统的安全可靠运行,换流器阀必须进行严格型式试验。运行试验作为型式试验的重要试验项目之一,考核换流器阀在最严酷重复应力下开通、关断以及导通时,能否耐受电流、电压和温度应力。依据MMC型电压源换流器阀实际工程运行工况,研究了运行试验方法,搭建了试验回路,并实施了柔性直流输电工程用换流器阀运行试验。结果表明,文中提出的试验方法和试验回路能够实施电压源换流器阀运行试验,试验结果符合IEC 62501:2017、GB/T 33348—2016、DL/T 1513—2016等相关标准要求。     

MMC型电压源换流阀运行试验系统设计

依据模块化多电平换流器(MMC)型电压源换流阀实际工程运行工况,采用等效试验的方法,设计了一种MMC型电压源换流阀运行试验系统,对换流阀的稳态工况和暂态工况进行模拟,进而实现对换流阀的导通、关断和有关电流特性的检验,并且提出了一种可行的闭环控制策略来协调3个电流环的控制,从而达到对基波电流、二倍频电流以及直流电流精确有效控制的目的。详细介绍了MMC型电压源换流阀运行试验系统的主回路设计,并以实际工程换流阀组件为试验对象,验证了所设计的MMC型电压源换流阀运行试验系统的正确性和实用性。     

电压源换流器型直流输电换流器损耗分析

电压源换流器型直流输电(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)应用于大容量功率传输的主要障碍之一是其相对较高的换流器损耗。因而,换流器损耗的准确计算对系统设计、器件参数及冷却装置的选择非常重要。通过分析换流器IGBT器件的开关特性,同时考虑结温、死区效应的影响,提出一种基于曲线拟合理论的通用换流器损耗计算方法。该方法能够有效利用厂家提供的器件特性参数,适合于实际工程应用。在此基础上,分析了正弦脉宽和最小开关PWM两种调制方式下的换流器损耗特性,建立了基于PSCAD/EMTDC的通用的损耗计算模块。     

MMC换流器桥臂电感短路故障特性研究

在以MMC为核心构建的高压直流输电系统中,因桥臂电感过热或过流等造成的短路故障会破坏系统的稳定运行。本文对MMC的单相上桥臂电感短路故障进行数学建模,推导故障后的MMC环流、传输功率、直流侧电压和直流侧电流等变量的解析表达式,并利用Matlab/Simulink仿真试验进行了验证。进而比较3种桥臂电感短路故障的特性,指出故障主要表现为直流侧电压和电流的轻微振荡、MMC环流的剧烈振荡和传输功率的轻微震荡。     

基于电压源型换流器的柔性直流系统快速方向保护

基于电压源型换流器的直流配电系统发生故障时,故障电流具有速度快、峰值大的特点,对保护速动性与可靠性要求高。针对典型环状直流配电系统,研究了保护正、反方向发生故障时的差异特征。在此基础上,提取直流侧并联电容电压与线路电流在保护正、反方向发生故障时的相关性特征,提出并设计了一种直流线路快速方向保护新原理。该原理具有动作速度快、选择性高、抗过渡电阻能力较强等特点。在PSCAD中搭建了四端环状直流配电系统,大量仿真算例验证了所提保护原理的可行性与优越性。     

基于主动换相型电流源换流器的远海风电并网系统

主动换相型电流源换流器(current source converter,CSC)无需较大储能电容且兼具黑启动能力,为远海风电直流并网提供了可行方案;然而,现有CSC因采用脉冲宽度调制,存在直流谐波大、开关损耗高等缺点。对此,提出一种基于基频调制电流源换流器的远海风电并网系统,首先分析其拓扑结构和数学模型,并对CSC进行参数设计,然后提出稳态控制策略和黑启动控制策略,最后在PSCAD/EMTDC仿真环境中,对提出的控制策略和设计的参数进行仿真验证。仿真结果表明,提出的远海风电并网系统能平稳完成风电场黑启动,能稳定控制风电场交流电压/频率,具有良好的稳态特性,并能适应稳态下风电出力的波动。     

含MMC的交直流输电系统短路电流统一求解方法

针对含模块化多电平换流器(MMC)的交直流输电系统短路电流水平校核问题,在考虑MMC的运行方式和控制系统的基础上,建立了MMC交流侧故障模型。在对比分析了同步机电源和MMC输出短路电流的机理后,通过近似求解并网点(PCC)处电压将MMC交流侧故障模型简化为电流源模型以实现PCC处电压和MMC输出电流之间的解耦。对支路进行合理编号并筛选出电源支路和待求短路电流所在无源支路,基于电网络理论将联络节点构成的无源网络用混合参数表征,经推导得到了含MMC的电网短路电流计算的统一求解方法。不同工况下的仿真结果表明,通过建立各控制策略下的MMC交流侧故障模型,所提算法能准确统一求解不同MMC交流侧故障下的短路电流,可用于含MMC的交直流输电系统的设备选型和保护系统设计。     

电压源换流器型直流输电系统的启动控制

启动控制是VSC-HVDC工程应用中需要解决的一个重要问题。为此,分析了电压源换流器交流侧电压的建立过程,介绍了换流站不同控制方式下启动控制策略的选择原则。为避免电压源换流器在启动时的过电流和过电压问题,提出了采用串联限流电阻与基于直接电流控制的矢量控制器相结合的复合启动策略。最后,在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC上构建向无源网络供电的VSC-HVDC两端系统。数字仿真结果验证了所提方案的正确性和有效性。     

基于电压源换流器的三端直流输电系统研究

介绍了基于电压源换流器的三端直流输电系统的直流线路拓扑结构,推导了采用环形拓扑结构的三端直流输电系统在不同稳态运行工况下主导换流站有功潮流和各换流站直流电压的计算公式,并分析了调度中心在三端直流输电控制系统中的作用,最后仿真验证了在不同运行状况下三端直流输电系统的有功潮流和电压计算公式的准确性和可靠性.     

七电平电流源型换流器无源逆变试验与分析

普通晶闸管换流阀无关断电流的能力,需要借助电网电压完成换相,不适用于没有交流电网的无源逆变电路.为了将晶闸管换流阀应用于柔性交直流电网,以并联十二脉动晶闸管换流器为前级,以七电平直流电流分配单元为后级构成级联型电流源逆变器.七电平直流电流分配单元不仅实现了对直流母线电流的动态平均分配,而且形成了周期性的直流电流过零点,...     

MMC对交流系统三相短路故障短路电流影响的机理研究

该文从柔性直流输电系统运行控制原理出发,分析得到柔性直流电网换流站近区发生三相短路故障后,换流站提供短路电流的特征,并在PSCAD上搭建模型进行仿真验证。研究发现,短路故障发生后,柔性直流换流站呈电流源特性,提供的短路电流分为暂态过程和稳态过程两个阶段。故障发生控制系统响应后,换流站提供的短路电流是三相对称交流量,不存在直流分量。短路电流暂态过程与换流站的控制参数有关,而短路电流稳态值的大小与换流站的控制方式、运行模式以及换流站控制器的控制参数密切相关。该研究可以为今后柔性直流输电工程建设中控制参数的设定,以及柔性直流输电工程换流站接入点的选择提供参考。     

基于虚拟同步发电机的MMC受端换流器控制策略

模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的电力电子拓扑结构决定了其零惯性的特性,对系统惯性无支撑作用,系统发生直流传输功率波动和交流系统发生短时功率失衡都可能导致与火电机组相连的交流电网频率产生较大偏差。针对上述问题,提出了一种基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的MMC受端换流器控制策略。该控制策略在MMC功率外环控制中加入一阶惯性环节,为系统提供惯性参数和阻尼参数,使换流器在运行外特性上与同步发电机相类似。通过建立VSG数学模型,对惯性参数和阻尼参数的动态响应进行分析。基于Opal-RT实时仿真,搭建五端MMC-MTDC系统验证所提出的控制策略的正确性与有效性。仿真结果充分表明,当交直流系统功率发生波动时,该控制策略能够在不依靠复杂通信系统的条件下,有效地抑制交流电网频率波动,VSG控制策略能有效为系统提供惯性和阻尼,提高交流系统频率稳定。     

计及三相短路故障的MMC光伏并网系统电压补偿方法

模块化多电平变流器(mudular multilevel converter,MMC)在主电路结构中可以有效提高光伏并网系统的光能利用率。提出了一种光伏电站直流并网方案,通过大功率高变比的有源箝位Boost全桥隔离变换器串联升压,然后经MMC实现光伏高压直流并网。针对光伏并网后交流侧电压的稳定性,提出了基于电压前馈的双闭环控制策略。在MATLAB/Simulink中搭建串联型光伏电站经MMC并网模型,并应用基于电压前馈的双闭环控制策略,验证所提拓扑方案的正确性以及控制策略的可行性。结果表明,控制策略可以在发生三相短路故障时及时补偿电压,提高交流系统侧的可靠性。     

电压源换流器高压直流输电换流阀的试验方法

对柔性直流换流阀进行型式试验可保证其安全可靠运行,型式试验通常采用等效试验的方法。介绍了串联阀和模块化多电平换流器阀2种柔性直流换流阀的结构,指出阀试验方法研究应包括试验对象分析、应力分析、应力数学模型的建立、试验要求及试验内容分析、等效试验方法研究等,并针对上述2种柔性直流换流阀试验方法的各项内容进行了研究,以期为可关断器件阀等效试验的理论研究奠定基础。     

基于电压源型换流器的直流融冰装置扩展功能研究

以交直流并联输电系统为仿真模型,研究了基于电压源型换流器的直流融冰装置非融冰运行时,扩展为静止同步补偿器(STATCOM)或者统一潮流控制器(UPFC)对电力系统的作用。作为STATCOM运行时,其对交直流系统的运行稳定性有良好支撑作用,既可提高直流系统传输极限又可抑制交流系统中出现的振荡;作为UPFC运行时,除具有STATCOM功能外还可以有效调节交流线路潮流,利用其功率调制可以对系统进行功率支援,改善交直流系统的性能。     

基于电压源换流器的三端直流输电系统的研究

介绍了基于电压源换流器的三端直流输电系统的直流线路拓扑结构,推导了采用环形拓扑结构的三端直流输电系统在不同稳态运行工况下主导换流站有功潮流和各换流站直流电压的计算公式,并分析了调度中心在三端直流输电控制系统中的作用,最后仿真验证了在不同运行状况下三端直流输电系统的有功潮流和电压计算公式的准确性和可靠性。     

电压源型换流器V$C的建模与控制研究

对柔性直流输电系统中的电压源换流器VSC的拓扑结构进行了介绍,分析了VSC换流器的PWM控制原理及其稳态数学模型,基于PID控制原理设计了相应的控制器,实现了系统有功功率和无功功率的调节。基于PSCAD／EMTDC的数字仿真验证了所设计的控制器具有很好的控制性能,对于故障情况能有很快的响应且稳定性良好。     

基于桥臂电压控制的MMC直流短路主动限流方法

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电系统直流短路后电流上升迅速且伴随大量的能量释放,为限制其故障电流,提出一种基于桥臂电压控制的MMC主动限流方法.根据故障电流影响因素分析,针对不同交流出口特性需求,设计了故障期间桥臂电压控制方法,通过减小桥臂电压直流...     

基于电压源换流器HVDC系统稳态控制及仿真

对基于电压源换流器的直流输电(VSC-HVDC)系统的数学模型和有功、无功功率独立控制策略进行了研究。根据VSC具有2个控制自由度的特点，导出了VSC-HVDC系统的稳态数学模型．并根据相对灵敏度的概念确定了VSC-HVDC系统两端换流站的4个被控变量与相应控制变量之间的对应关系．在此基础上设计了基于VSC-HVDC稳态模型的控制器。仿真结果表明所设计的控制器具有良好的控制性能．为硬件实验模型的建立提供了理论指导。     

串联型电压源换流器降损措施的研究

目前柔性直流输电(VSC-HVDC)和灵活交流输电(FACTS)技术发展迅速,其核心设备换流器的损耗直接决定了装置整体的工程造价和运行效率。这里分析了串联型电压源换流器的损耗因素,研究提出了优化调制策略、基于损耗优化的主动均压驱动方法、减少杂散参数的换流器结构等降损措施,建设了10 kV串联型换流器稳定运行及损耗测量试验平台。在测试平台基础上,进行了大量试验验证了所提出的损耗措施的有效性及实用性。此处成果在一定程度上解决了串联型电压源换流器损耗大的难题,对提高装置的安全可靠性、降低电网运行损耗,具有积极的工程推广应用价值。