全半桥混合MMC启动特性研究及实验验证

目前,对模块化多电平换流器(MMC)的启动特性研究主要集中在半桥MMC的启动方法的研究与分析,未对全半桥混合型MMC启动过程进行过多分析.从全半桥混合型MMC的基本结构及交流侧不控充电的原理出发,详细分析了换流器启动过程中直流侧的电压及功率模块电压.提出了一种全半桥混合MMC启动方法.在PSCAD/EMTDC中搭建了全半桥混合型MMC充电仿真模型,对全半桥混合型MMC的充电过程进行仿真研究,仿真研究结果在±10 kV混合型换流阀样机实验中得到了验证.     

基于MMC的背靠背柔性直流输电系统控制策略

首先研究了基于模块化多电平换流器的高压直流(MMC-HVDC)输电系统的基本控制策略。然后,分析了背靠背MMC-HVDC输电系统的特性,其整流侧换流器与逆变侧换流器的控制系统可共用机柜,因此能实现两侧换流器控制信号的无时延共享。在此基础上,针对背靠背柔性直流的应用需求,提出了一种适用于背靠背MMC-HVDC的控制策略。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了背靠背MMC-HVDC系统仿真模型,验证了所提控制策略的控制效果。     

基于半压钳位子模块的MMC直流短路故障穿越研究

基于模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)的柔性直流输电技术,在高压大容量输电领域有广阔的应用前景。直流故障穿越是MMC应用必须解决的关键问题。目前,具有直流故障穿越能力的MMC改进拓扑在功率器件成本和换流器损耗方面依然偏高,并且缺乏物理实验验证。首先,提出一种基于半压钳位子模块的MMC改进拓扑;然后利用子模块电容电压来主动抑制二极管续流效应,迅速清除故障电流和实现自动重启,并且额外成本很低;最后,相应地搭建了1 k V/20 k W物理样机,通过物理实验详细地研究了所提拓扑的直流故障清除和恢复过程,并验证了该拓扑的直流故障穿越能力。     

基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统设计

换流阀是柔性高压直流输电工程中完成电能变换的核心模块,其运行可靠性直接关系到整个直流输电系统的稳定性,因此需对换流器阀进行严格的型式试验.运行试验是型式试验的重要一环,主要检测换流阀对电流、电压和温度应力的耐受情况.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,设计了一种基于MMC...     

基于桥臂阻尼的柔性直流故障快速恢复方案

现有柔性直流工程中采用的半桥型模块化多电平换流器具有较高的经济效益,但不具备直流故障清除能力。文中介绍了一种具备直流故障清除能力的桥臂阻尼故障恢复系统,并提出基于桥臂阻尼的直流故障恢复方案。该故障恢复方案通过单极和双极故障选线策略选择故障线路,采用桥臂阻尼和谐振开关配合,分别实现故障电流快速抑制以及故障线路的切除,最终使健全的柔性直流系统在最短的时间内重新恢复运行。为了验证故障恢复方案的有效性,采用PSCAD/EMTDC建立了五端柔性直流模型。仿真结果表明了所提出的故障恢复方案的可行性和有效性。     

半桥–全桥子模块混合型MMC的换流阀损耗分析方法

随着架空线路在直流输电工程中的应用和多端直流电网的逐步建设,半桥-全桥子模块混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converters,MMC)具有广阔的应用前景,其损耗计算也具有重要的工程意义.针对控制环节中加入二次环流抑制和三倍频电压注入的半桥-全桥子模块混合型MMC,对其工作原理和调制策...     

柔性直流输电工程用电容参数研究

柔性直流输电工程用电容器是柔直工程的关键组成部分,为柔直系统提供直流电压支撑,决定了直流侧的电压波动范围。本文介绍了模块化多电平换流器中子模块电容和两电平换流器中直流侧电容的电容参数设计方法及影响因素,对比分析发现两者电容值的选取存在等效关系。     

基于背靠背MMC的柔性互联变电站系统小信号模型

介绍动态系统的Lyapunov线性化方法,并依此作为理论依据对柔性互联变电站(FIPS)中双端背靠背模块化多电平换流器(MMC)和控制系统进行建模;考虑到变电站作为交、直流系统连接的关键节点,将模型拓展至交、直流系统,再将各部分模型整合到一起构成基于背靠背MMC的FIPS系统小信号模型,即整体模型包括MMC、控制系统、交流系统和直流系统四个部分。通过MATLAB实现所得全局系统的小信号模型,并在不同工况下与PSCAD/EMTDC暂态模型所得波形进行对比,验证了所建小信号模型的准确性。     

柔性直流配电系统线路保护与定值整定

目前,随着电力电子技术的逐渐成熟,柔性直流系统受到广泛关注。作为柔性直流配电系统发展的关键技术,保护所面临的主要挑战是如何利用受限和持续过程极短的故障电流可靠识别和快速隔离故障。文中针对基于具有直流故障隔离能力换流器的柔性直流配电系统,分析了直流线路发生单极接地故障、双极短路故障以及断线故障时的故障特性,提出直流线路的保护方案。同时依据继电保护对四性的要求以及各保护之间的配合关系,确定保护动作的边界条件,反推出保护定值的合理范围,最终形成直流保护定值整定原则和整定计算方法,为实际工程中的保护设计和应用提供了参考。最后,在PSCAD仿真平台搭建仿真模型,仿真结果验证了保护方案的可行性以及保护定值整定的合理性。     

基于RT-LAB的MMC半实物仿真平台设计

设计了一种包含上位机、OP5600硬件仿真机、模块化多电平换流器(MMC)、数字和模拟仿真平台接口、控制保护系统的半实物仿真平台,详细阐述了该平台设计方案。同时分析了MMC控制系统结构,采用一种电容电压分层的均压控制方式及基于比例谐振(PR)的环流抑制策略,实现了MMC稳定运行,并在该半实物仿真平台上进行了实验验证。结果表明该平台为MMC的控制技术研究提供了一种高效便捷的手段。     

具有直流故障自清除能力的新型MMC子模块及其混合拓扑

针对传统半桥型模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converters,MMC)在高压大功率领域不能通过换流器自身控制来实现直流故障的阻断问题,提出一种新型的类半桥型(Similarity Half Bridge Sub-Module,SHBSM)子模块拓扑结构。直流侧发生极间短路故障时,需同时闭锁所有IGBT脉冲信号。为降低IGBT触发一致技术要求,进一步提出一种类半桥-半桥混合型子模块,无需所有IGBT同时闭锁。在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建双端MMC-HVDC系统,仿真结果表明,所提出的类半桥型子模块,类半桥-半桥混合型子模块MMC能有效阻断直流侧故障电流,隔离故障。相比于传统半桥型子模块MMC,类半桥型子模块MMC以及半桥-半桥混合型子模块MMC均无需增加IGBT的投入,即可以实现对直流侧故障电流的有效阻断,因此,具有较好的应用前景。     

基于MMC的柔性直流输电换流阀型式试验方案

为了保证柔性直流输电工程的可靠运行,在投入运行之前必须通过一系列试验来考察换流阀的安全可靠性,这就需要制定一套科学全面的型式试验方案来验证考核换流阀设计的正确性.针对模块化多电平换流阀(modular multilevelconverrter,MMC)的结构和工作原理,参考相关标准,以南澳多端柔性直流输电工程为例,研究提出了详细的MMC的型式试验方案,该方案能够较全面地验证基于MMC拓扑结构的换流阀及其相关电路设计的正确性.     

基于架空线路简化模型的柔性直流电网双极短路故障定位法

在模块化多电平换流器(MMC)组建的多端柔性直流输电系统中,准确定位直流侧双极短路故障位置是确保快速功率恢复的重要举措。针对目前故障测距存在的问题及获取架空线路参数的困难,文中提出了一种基于架空线路简化R-L模型的柔性直流电网双极短路故障定位方法。通过预设双极短路故障试验可反推出架空线路故障态下的单位电阻和电感值,从而得到R-L线路模型。在此模型的基础上推导故障定位公式,代入故障线路两端的实测电压和电流数据即可较为准确地计算出故障位置。通过PSCAD/EMTDC中的四端柔性直流系统验证了所提定位算法的有效性。仿真结果表明,所提定位算法具有很高的精度和可靠性,几乎不受过渡电阻和系统传输功率的影响,同时这也证明了简化R-L模型具有很高的精度。     

基于PMU误差校正的输电线路参数在线辨识方法

线路参数辨识对准确反映电网的实际运行状态具有重要作用,但其对相量量测单元(Phasor Measurement Unit,PMU)数据精度要求极高,实测数据难以直接满足应用需求。对此,提出了一种基于PMU误差校正的输电线路参数辨识方法。首先,根据误差类型及测量数据特点,分类型对PMU数据进行预处理。然后,针对缺乏显著特征的偏置误差,基于输电线路物理等效模型提出了考虑数据规律及误差灵敏度特性的PMU测量误差的校正方法。最后,在上述校正方法的基础上,提出了全厂站PMU数据质量的治理方案。通过模拟和实际数据进行仿真,结果表明所提方法相较于现有方法可改善PMU量测数据质量,进而实现输电线路参数的有效辨识。     

基于模块化多电平的柔性直流系统故障稳态特性分析

直流故障稳态特性对直流电网设计、保护配置以及一次设备选型等具有重要意义。针对模块化多电平的柔性直流系统,考虑了桥臂电抗对两极短路故障不控整流稳态运行期间换相重叠的影响,分析了可能出现的换相重叠角范围及各自对应的故障场景。针对不同的换相重叠角范围,分析了相应的桥臂导通工作情况,并据此推导出直流故障后稳态阶段直流电流、电压、桥臂电流、交流电流的精确计算公式。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了基于模块化多电平的柔性直流输电系统模型,通过不同故障距离的仿真算例验证不同换相重叠角范围下理论计算的准确性。     

双极MMC-HVDC系统直流故障特性研究

直流故障是模块化多电平换流器高压直流输电(MMC-HVDC)的主要故障类型,目前国内外对于MMC-HVDC直流侧故障的研究主要集中于伪双极系统,而对于真双极系统直流侧故障的研究还处于起步阶段。首先,介绍真双极MMC的拓扑结构和工作原理,并根据实际交直流系统电气参数、桥臂子模块电容及电抗的放电机制,建立真、伪双极两种拓扑MMC-HVDC系统直流故障状态下的对应等效电路。然后,对比分析两种拓扑不同阶段故障电流在MMC桥臂上的流通路径,重点研究了故障短路电流对换流站桥臂阀组影响程度的差异,并指出三种电气参数与故障短路电流变化之间的内在关系。最后,基于RT-LAB仿真平台,搭建51电平双极MMCHVDC双端直流输电模型,仿真结果证明了直流故障特性研究方法的正确性。     

基于故障录波数据同步技术的输电线路参数辨识方法

输电线路多源参数的差异性及其受外部环境影响的易变性使得常规离线测量结果不准确,利用故障录波信息进行在线参数辨识可以满足实际线路参数需及时更新的要求。该方法基于线路双端故障录波信息,考虑双端故障录波信息不同步时间,构建约束方程求解区内外故障时的线路双端数据的不同步时间。在此基础上利用双端同步的电压电流相量,进行线路参数辨识。通过IEEE9节点模型分析验证表明,该对齐方法的对时精度等级约为10-5 s,提高了利用故障录波信息进行输电线路参数辨识的有效性。     

基于谐波注入信息传递的海上风电柔直并网故障穿越方法

海上风电柔直送出系统在交流电网发生故障时应该具备故障穿越能力.然而,风电场和柔直系统中的多类型换流设备在没有高速通信的情况下,很难协同控制实现系统低电压穿越过程中的直流电压稳定.因此,提出基于谐波注入信息传递的海上风电柔直送出系统故障穿越协调控制方法.在故障期间,风电场侧换流器检测到直流电压超过阈值后降低风电场交流电压幅值,并向系统注入谐波,使得风电机组换流器根据不同谐波阈值协同限制注入电网的功率,实现无通信条件下系统多换流设备协同的故障穿越.通过与常规的只由风电场侧换流器单独降功率的方法进行比较,在电网的各种故障类型下,所提方法可以更快速地将柔直直流电压限定在允许范围之内,系统可实现安全、可靠的故障穿越.     

混合直流输电系统直流故障处理策略比较分析

基于电网换相换流器(line commutated converter,LCC)以及模块化多电平换流器(modular multilevel converter,M M C))的混合型高压直流输电技术是实现远距离大容量输电的有效技术手段。为了快速清除直流短路故障,主要有2种实现方法:一是逆变侧换流器采用具有直流故障自清除能力的子模块,如全桥型子模块及箝位双子模块;二是在逆变侧直流出口加装大功率二极管以切断故障后的电流流通通路。该文通过研究不同直流故障处理策略的物理机理及控制流程,对其可行性及适用性进行深入研究。通过在PSCAD/EMTDC中搭建典型模型,考察直流故障下的系统响应特性,对不同处理策略下的系统暂态特性进行综合比较。最后,对基于全桥型子模块的不闭锁穿越式直流故障处理策略进行了仿真验证,仿真结果表明此种策略不适用于真双极直流系统,无法实现直流短路故障的有效清除。