风电经双极混合型MMC-HVDC并网的直流故障穿越协调控制策略

架空线MMC-HVDC是大规模风电友好型并网和可靠送出的有效手段。针对架空线故障率高的问题,采用对称双极接线方式和具备故障阻断能力的混合型MMC是其主要解决方案之一。基于此方案提出了风电经双极混合型MMC-HVDC并网的直流故障穿越协调控制策略。通过混合型MMC零直流电压控制实现了故障电流的有效阻断,并维持了故障极MMC对交流电压的支撑能力。基于对称双极接线方案运行方式灵活的特点,根据故障极功率能否被非故障极完全吸收,分别提出了自吸收和非自吸收工况下非故障极MMC的控制策略及其参数调整原则。并基于风电场频率响应能力设计了无需通信的精确减载控制策略,以实现非故障极MMC满载运行,在维持系统安全稳定运行的同时降低对受端交流系统的影响。最后,基于Matlab/Simulink搭建并网系统模型,验证了所提直流故障穿越协调控制策略的有效性。     

直流电网暂态过电压机理与抑制策略

在柔性直流输电系统受扰后,当直流电网存在盈余不平衡功率时,将导致直流过电压问题,进而对IGBT、电容器等器件造成不可逆的损坏。针对直流电网故障下的直流过电压问题,首先分析了不平衡功率导致直流过电压的机理,得到了直流电压与直流电网内不平衡功率的定量关系;然后提出一种抑制直流电压上升的虚拟调制控制策略,并针对单极和双极2种故障类型采取2种不同控制策略;最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了四端柔性直流电网仿真模型,验证发生受端短路故障、受端单站闭锁故障和受端单极闭锁故障3种典型故障时所提控制策略的有效性。仿真结果表明,虚拟调制控制策略能有效地延缓直流电压上升速度,与耗能装置配合可以显著降低耗能装置的投入容量。     

受端电网故障下真双极柔性直流输电系统电压协同控制方法

盈余功率积累可能诱发基于模块化多电平换流器的高压柔性直流输电系统（high-voltage direct current based on the modular multilevel converter,MMC-HVDC）过压闭锁,乃至引发海上风电场机组失步或受端电网低频减载。现有降压或升频等直流电压控制方法仅针对伪双极接线,缺乏讨论不同控制模式的换流器间协同原则;且控制参考值未能自适应受端电网的故障严重程度,导致海上风电场有功功率调节过量。该文基于受端电网故障下MMC-HVDC平均值模型,解析了海上正负极换流器和风电场的功率耦合特性,提出了交流母线电压控制极换流器平衡换流站间有功功率,有功和无功功率控制极换流站抑制极间不平衡的协同原理。通过解析海上风电场在交流母线电压控制极换流器降压作用下的功率外特性,提出了恰好避免直流电压越限的临界交流母线电压计算方法。通过解析使得受端换流站有功电流受限的交流母线电压作为启动门槛,提出了受端电网故障下真双极MMC-HVDC电压协同控制方法。理论分析和仿真结果表明,所提方法令海上正负极换流器分别运行于临界交流母线电压和抑制极间不平衡的有功功率,可在避免直流电压越限的前提下,最大限度提升MMC-HVDC在受端电网故障工况下的有功功率传输能力。     

永磁直驱风机通过MMC-HVDC并网的故障穿越策略

当受端交流电网发生严重短路故障,经柔性直流并网的风电场必须降低出力,使直流输电系统的直流电压保持在安全范围内。针对永磁直驱风机经MMC-HVDC并网系统,提出一种提升其故障穿越能力的控制策略。该策略结合降低风电场交流电压和降低风机输出有功电流2种方式,可以实现风电场侧有功功率的快速降低。同时,为了在故障时限制永磁直驱风机直流链电压的增长,在风机中引入直流电压偏差控制。仿真结果表明:主网发生对称和不对称故障时,MMC直流电压和永磁同步风机直流链电压均可维持稳定,系统可以实现故障穿越。     

应用于海上风电场柔性直流接入系统的直流故障穿越协同控制策略

近年来越来越多的海上风电场采用柔性直流输电的方式接入大电网。然而,传统半桥式子模块模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的拓扑特点决定了直流系统在发生直流双极短路故障时,不能有效抑制故障电流,而闭锁和交流断路器跳闸会导致海上风电场脱网。为解决这一问题,提出了一种基于半桥加全桥子模块混合式MMC拓扑的协同控制策略。通过换流器的直流电压控制,在直流双极短路故障发生后,故障电流能够得到迅速抑制。为保证系统中有功功率平衡,海上风电场将根据直流电压调整输出功率限幅。该控制策略能够在不闭锁换流器的情况下进行直流故障穿越,并维持换流阀内子模块电压稳定。最后在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,验证该策略的可行性和有效性。     

风电经架空线双极MMC-HVDC并网的直流故障穿越协调控制策略

采用架空线柔性直流输电技术进行远距离输电是大规模风电场友好型并网的有效手段。针对架空线路易发生故障的问题,采用对称双极主接线并配置直流断路器是其主要解决方案之一。该文基于双极接线方案运行方式灵活及直流断路器的故障清除能力,提出风电经架空线基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(modularmultilevelconverterbased high voltage direct current,MMC-HVDC)并网的直流故障穿越协调控制策略。根据非故障极的功率转带能力,将故障清除后的不平衡功率分配划分为自消纳情景和非自消纳情景。针对自消纳情景,通过合理切换双极MMC的控制模式,可在提高非故障极功率转带能力的同时自主消纳不平衡功率,进而有效降低转移功率的影响范围;针对非自消纳情景,设计考虑风机转速约束的风电场超速减载协调控制策略,优化分配各风电机组承担的减载功率,充分利用其转子动能和捕获风功率的变化实现精确减载;同时通过控制模式切换使非故障极MMC自主运行于满载状态,减小单极退出运行对受端交流系统的影响。最后,基于Matlab/Simulink仿真模型验证所提直流故障穿越协调控制策略的有效性。     

柔直与风电机组协调故障穿越控制策略设计

针对柔性直流输电的含风电机组的受端系统,为维持直流故障后系统的功率平衡,提出柔性直流与风电机组协调控制策略。切除直流单极短路故障后,依据非故障极模块化多电平换流器（MMC）的功率调节裕量,设计了不同工况下的换流站运行方式切换和双馈风机（DFIG）风电场功率调整协同的控制策略。通过增大非故障极MMC功率,以及风电机组精确增载控制,实现含风电场的孤岛受电系统功率平衡。实验结果表明,所提控制策略可行,具有工程适用性。     

柔性直流电网直流线路故障的过电压机理分析

针对对称单极结构的MMC型柔性直流输电系统,首先深入分析了直流侧单、双极短路的故障电流演变规律,进而揭示了非故障极充电和波过程分别是导致单极接地故障和双极短路故障过电压的主要原因。然后,以一个三端柔性直流电网为例进行仿真验证,并重点分析了不同因素对过电压的影响。研究结果表明,故障电阻对过电压峰值影响较大,而换流站闭锁、接地方式、线路保护等因素的影响较小。最后,对单极、双极故障过电压进行了总结和对比分析。     

抑制直流单极闭锁引起大规模风电机组脱网的直流控制策略

直流单极闭锁故障下交流系统暂态过电压会导致直流近区域新能源机组脱网.针对这一问题,详细分析了单极闭锁对暂态过电压的影响机理并进行验证,发现交流系统大量无功盈余是引起暂态过电压骤升的根本原因;然后基于对单极闭锁故障下健全极整流器功率特性的剖析,以稳态下整流侧换流母线处无功的平衡状态为目标,推导建立了健全极直流电流指令值表达式,提出抑制暂态过电压的直流控制策略.当暂态过电压无法被完全抑制时,为避免风机脱网,提出投入合理容量的调相机进一步抑制暂态过电压的协调抑制策略.最后,基于DIgSILENT仿真平台搭建改进的CIGRE双极标准测试模型与天中直流外送系统模型进行验证.结果 表明,该策略能有效阻断暂态过电压的传递,避免风机大规模脱网.     

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。     

风电经架空柔性直流输电线路并网的交直流故障穿越技术

针对永磁同步风电机组远距离大规模并网的问题,研究了采用半桥型模块化多电平换流器(MMC)和直流断路器(DCCB)进行架空直流输电的并网方案。但架空线路故障率高,在发生直流侧故障、网侧交流故障时,基于MMC的高压直流(MMC-HVDC)系统保护装置会动作,导致MMC闭锁,不能不间断运行。为解决MMC-HVDC穿越交、直流故障的问题,基于DCCB和耗散电阻,提出了一种MMC-HVDC系统的交、直流故障穿越方案。在故障发生后,通过设计DCCB风电场侧MMC降压协调控制策略,以及高压直流侧耗散电阻和风电场侧制动电阻间的控制策略和配合方案,实现了MMC-HVDC系统的交、直流故障穿越。最后,通过PSCAD/EMTDC下的多组仿真,验证了上述交直流故障穿越方案的有效性和正确性。仿真结果表明,所设计的穿越方案能够使MMC-HVDC系统在不闭锁MMC的前提下,安全穿越故障期;在故障清除后,系统快速恢复到正常运行状态。     

受端混联型多端直流输电系统逆变侧交流故障特性分析及协调控制策略

受端混联型多端直流输电系统具有很好的工程应用前景,但受端不同换流站在交流故障时的耦合特性复杂,其控制策略应能适应各站交流故障穿越的需求。首先研究了受端混联系统逆变侧并联模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)侧交流故障时的电流不平衡、过压过流机理,以及电网换相换流器(line commutated converter, LCC)侧交流故障时的功率返送机理。然后,基于故障特性提出了一种简单的协调控制策略,即通过在MMC从站配置基于有功不平衡量的电压补偿来实现并联站间电流平衡,通过设计合适的LCC定电流整定控制来解决严重过压问题。最后基于白鹤滩—江苏多端直流输电工程实际参数的电磁暂态仿真结果,验证了对故障机理分析的正确性和所提控制策略的有效性。协调控制策略不仅能有效解决MMC功率和电流不平衡问题、减小过压过流和避免功率返送,还能改善系统恢复性能,提升系统安全稳定性。     

机组协同-分布卸荷的风电场-柔直并网系统故障穿越方法

为降低风电场-柔性直流并网系统在交流主网发生低电压故障时的穿越成本,提出一种直流耗能装置与风电机组卸荷电路协同作用的电网故障穿越策略,在电网故障时送端换流器配合风电场快速降低直流功率输出.由于直流耗能装置仅在故障发生的前期、风电场输出功率下降前起到限制直流电压升高的作用,该策略能够显著降低直流耗能装置的体积.在此基础上,该策略将直流耗能装置中的耗能电阻分散置入到受端模块化多电平换流器中,进一步降低了卸荷成本.最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中,构建了风电场-柔性直流并网系统的仿真算例,对所提出的故障穿越方法的正确性和有效性进行了验证.     

提升海上风电经柔直联网系统频率稳定性的协调控制策略

针对大规模海上风电经柔直联网引起的受端电网惯量降低、频率调节能力下降等问题,提出了海上风电与柔直主动支撑系统频率的协调控制策略。在惯量支撑方面,利用直流电容能量主动支撑系统惯量,并通过直流电压建立风机转速与频率的耦合关系,提出了基于差异化转子动能调节的风电场惯量支撑协调控制策略,以提升受端电网惯量水平。在频率偏差调节方面,根据本地直流电压偏差量,提出了基于风机变速控制与桨距角控制的风电场一次调频策略,并设计了基于附加桨距角控制的风电场二次调频策略,以提高系统的频率稳定性。最后,设计了多时间尺度频率支撑控制策略的协调配合流程,并基于RT-LAB OP5600实时数字仿真平台验证了所提策略可有效提升系统的频率支撑能力。     

MMC-HVDC孤岛供电系统直流故障穿越协调控制策略

针对基于架空线输电的MMC-HVDC孤岛供电系统直流线路故障率较高的问题,配置直流断路器隔离故障是有效的解决方案之一.综合考虑了双极换流站灵活的运行方式、直流断路器的故障清除能力和双馈风机的快速响应能力,提出一种适用于MMC-HVDC孤岛供电系统的直流故障穿越协调控制策略,实现了自平衡和非自平衡工况下的功率协调.自平衡...     

基于改进型MMC的风电直流联网系统直流故障穿越协调控制策略

采用双极架空线柔性直流输电技术进行大规模风电远距离外送是其友好型并网的有效手段.针对风电直流联网系统直流故障阻断和功率盈余问题,提出了一种改进电流转移型模块化多电平换流器(M-CT-MMC),使其同时具备直流故障阻断和能量耗散的功能,从而在充分发挥耗散电阻作用的同时实现直流故障穿越.在直流故障阻断方面,通过将M-CT-MMC桥臂吸收支路的引出线互联构造三相中性点,避免了桥臂开关额外承受直流电压偏置导致的成本增加问题,并利用辅助支路间的协调配合,有效阻断了直流故障电流.在盈余功率耗散方面,针对自消纳和非自消纳工况设计了双极M-CT-MMC控制模式切换策略,在提高非故障极功率转带能力的同时自主吸收盈余功率,并基于功率耗散需求设计了耗散电阻分组投切控制策略,避免非故障极M-CT-MMC过载,从而实现不同运行工况下风电直流联网系统的直流故障穿越.最后,基于MATLAB/Simulink仿真平台验证了所提直流故障阻断及盈余功率耗散协调控制策略的有效性和可行性.     

海上风电场与柔性直流输电系统的新型协调控制策略

提出了一种适用于采用双馈机型的海上风电场与柔直输电系统的新型协调控制策略。接入风电场的送端换流站采用基于锁相环的定功率控制,根据风电场的有功参考值控制其有功功率输入,并且在送端换流站的有功功率控制外环中加入有功功率与直流电压平方的下垂特性来加强直流电压暂态稳定性;双馈风电机组采用同步控制,调节海上风电场交流电网的电压幅值和角度。相对于经典协调控制策略,该控制策略可以加强柔直输电系统的直流电压稳定性,对通信延时不敏感,通信成本较低。该控制策略还实现了送端交流电网故障下系统的故障穿越。文中以风电场接入基于多电平的两端柔直输电系统作为仿真研究对象,通过仿真分析验证了该协调控制策略的有效性和优越性。     

一种适用于海上风电经MMC-MTDC并网的电网侧故障穿越方法

海上风电工程逐渐向深远海和多端柔性直流输电技术推进。当岸上交流电网发生故障时,海上风电经多端柔直并网系统应该具有故障穿越的能力。然而现有方法主要研究电网侧换流站的系统级控制策略,未尽限利用风场侧换流站及场站内变流器的协同配合,严重故障时易导致换流站过载。此外,传统两端柔直故障穿越方法未针对多端场景改进,可能会出现风场脱网事故。针对上述问题,首先将故障划分为自消纳和非自消纳场景。自消纳场景下不平衡功率较小,结合风机自身安全减载能力和从站剩余容量,分别提出了基于降压法的超速减载和考虑功率裕度的从站电压偏差下垂控制策略。非自消纳场景下不平衡功率较大,分别提出了调度中心通信正常和异常情况下的故障穿越控制策略。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台建模验证了所提控制方法的有效性。