混合MIDC馈入下的工频变化量阻抗方向保护动作特性分析

交流电网故障引发线路换相换流器高压直流(Line Commutated Converter High Voltage Direct Current,LCC-HVDC)换相失败,改变了原有交流电网工频变化量方向保护动作特性。针对这一问题,建立了由电压源换流器高压直流(Voltage Source Converter HVDC,VSC-HVDC)系统与LCC-HVDC系统组成的混合多馈入直流(bybrid multi-infeed HVDC,HMIDC)输电系统模型,并与馈入同一交流电网的单条LCC-HVDC的交直流系统进行对比分析。结合分析工频变化量方向保护原理的特点,定量分析了在两种不同输电结构,同一换相失败情况下的等值工频变化量阻抗特性。基于PSCAD/EMTDC对两种不同结构的直流输电系统,以同一故障引发换相失败进行仿真分析,验证了理论分析的准确性和有效性。表明该HMIDC系统能改善LCC-HVDC换相失败对工频变化量方向保护的影响;理论分析方法为电网直流规划提供了评估依据。     

直流馈入下的工频变化量方向纵联保护动作特性分析(一)直流系统等值工频变化量阻抗模型

直流馈入将造成交流电网工频变化量方向保护动作特性发生变化。结合交直流互联电网相 互作用机理,针对工频变化量方向保护原理的分析特点,建立了适用于工频变化量方向保护动作特 性分析的直流系统等值工频变化量阻抗模型,并在不同短路容量及故障条件下,对其特性进行了理 论分析。基于PSCAD/EMTDC对各种直流换相失败进行仿真,验证了所建模型的有效性和准确 性。该模型为进一步分析直流馈入下的工频变化量方向保护动作特性提供了依据。     

直流馈入下的工频变化量方向纵联保护动作特性分析（二）故障线路的方向保护

基于不同换相失败情况下的直流系统等值工频变化量阻抗特性,结合工频变化量方向保护原理,分析了不同输电线路故障时,直流换相失败对故障线路工频变化量方向元件产生影响的机理,并对各种情况下导致故障线路工频变化量方向纵联保护拒动的条件进行了深入分析。基于PSCAD/EMTDC的仿真验证了理论分析的正确性。     

直流馈入下的工频变化量方向纵联保护动作特性分析（三）非故障线路的方向保护

基于各种换相失败情况下的直流系统等值工频变化量阻抗特性,对非故障线路的工频变化量方向元件动作特性进行了理论研究,分析了直流换相失败暂态过程造成非故障线路方向元件所感受到的暂态功率方向突变的问题;在此基础上结合方向纵联保护不同的动作逻辑,对直流换相失败暂态过程引起非故障线路方向纵联保护误动情况进行了分析;基于PSCAD/EMTDC的仿真验证了理论分析的正确性。     

双馈入直流输电系统中VSC-HVDC的控制策略

针对多馈入直流输电(multi-infeed direct current,MIDC)系统的稳定性问题,提出将基于电压源换流器的高压直流输电(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)引入到MIDC系统中,用以改善MIDC系统公共连接母线的电压特性。建立HVDC和VSC-HVDC双馈入系统的物理模型,导出相应的数学模型。并通过坐标变换得出VSC功率传输方程的直角坐标形式。采用多变量非线性控制的逆系统方法,设计VSC-HVDC系统的非线性控制器。PSCAD/EMTDC 环境下的仿真实验表明,所设计的VSC-HVDC非线性控制器不仅能有效改善VSC-HVDC的动态特性,而且在交流系统发生扰动时能有效稳定系统电压,减少HVDC逆变站发生换相失败的几率,提高HVDC系统的运行可靠性。     

交直流混联电网工频变化量距离保护动作特性分析

分析了交直流混联电网中工频变化量距离保护的动作特性.换流站附近交流线路发生故障时,由于控制系统的快速调节,直流侧对外表现为弱电源系统,具有弱馈的特点.工频变化量距离保护的动作范围与系统等值阻抗和整定阻抗之比有关,该比值越大,保护动作范围就越小.因此,直流系统的存在会造成工频变化量距离保护动作范围大幅缩小甚至没有保护范围.最后,以实时数字仿真器试验数据验证了理论分析的正确性.     

直流馈入下的输电线路距离保护动作特性分析

直流馈入使传统输电线路距离保护的运行环境发生了改变,从而对其动作特性产生影响。结合距离保护原理的特点分析了直流馈入对输电线路距离保护影响的机理,指出其影响主要在于直流系统等值电流作用于故障过渡电阻而造成测量电抗的波动变化;基于受端电网故障引发各种换相失败情况下直流系统等值工频量电流的变化特性,从理论上分析、比较了不同输电线路情况下的距离保护受直流系统影响的特点。基于PSCAD/EMTDC仿真验证了该理论分析的正确性。     

电网换相换流器和电压源换流器串联组成的混合直流换流器控制和保护研究

基于电网换相换流器和电压源换流器串联的混合直流换流器在克服交流故障时的换相失败和直流故障时的重启动具有优势。分析了该混合直流换流器运行方式、控制策略、电压源换流器保护原理、抵御换相失败原理和直流线路重启过程,认为由该混合直流换流器组成的高压直流输电系统,可克服传统直流和柔性直流输电的主要缺点。当逆变侧的交流系统发生故障时,电压源换流器可提供电压支撑来抑制直流电流增加,缓解电网换相换流器换相失败效应。当直流线路发生故障时,逆变侧电网换相换流器可阻断电压源换流器产生的故障电流,具备直流线路故障重启能力。另外,电压源换流器还为电网换相换流器提供无功功率,从而减少换流站无功设备配置。     

多馈入短路比及多馈入交互作用因子与换相失败关系研究

本文将传统的两端直流系统短路比延伸到多馈入直流系统,建立了多馈入短路比(MSCR)表达式。基于CIGRE模型建立了三馈入直流输电模型,分析了与MSCR相关的变量,并将其与当地换相失败的关系进行了探讨。结合换相失败免疫因子（CFII）分析,结果表明：增大多馈入短路比能够降低发生当地换相失败的风险。同时,从多馈入交互作用因子（MIIF）的角度分析了发生同时换相失败的风险规律,并分析了MIIF的影响因素。     

电网故障下多馈入直流输电系统相继换相失败机理与特性

在多馈入的电网换相换流器型高压直流(LCC-HVDC)输电系统中,交直流系统以及不同LCC-HVDC之间的复杂耦合作用造成换相失败形态产生变化,使得LCC-HVDC的控制保护系统面临挑战.目前,由电网故障直接引发的多回LCC-HVDC同时换相失败现象受到关注,但是换相失败过程中LCC-HVDC系统之间的相互影响却被忽视.LCC-HVDC换相失败后的状态和输出特性急剧变化,通过交流系统的耦合势必对相邻LCC-HVDC产生直接的影响.为此,文中研究了LCC-HVDC换相失败对相邻健全LCC-HVDC的影响,分析了受端弱电网故障下多馈入LCC-HVDC系统中相继换相失败的产生机理和换相失败期间控制系统作用下逆变站的动态无功特性;推导了计及控制系统响应的逆变站无功功率表达式,解析了相邻LCC-HVDC无功交换特性,分析了相继换相失败的特征和影响因素.最后,通过标准模型验证了理论分析的正确性.     

伪双极LCC-VSC型混合高压直流输电系统 向无源网络供电的研究

电网换相换流器高压直流输电系统(Line Commutated Converter based High Voltage Direct Current,LCC-HVDC)在功率传输特性、线路故障时的自防护能力、过负荷能力等方面均优于交流输电,但却无法向弱交流系统和无源网络供电。电压源换流器高压直流输电系统(Voltage Source Converter based HVDC,VSC-HVDC)可实现向无源网络供电的目的,但由于电力电子技术的局限性,VSC-HVDC系统投资成本过高。结合两者的优势,提出了一种新型混合高压直流输电系统(Hybrid High Voltage Direct Current,H-HVDC)。该系统的整流侧为两个6脉动LCC接一交流网络,逆变侧为三相二电平VSC接无源网络。在此基础上,对该H-HVDC的稳态数学模型、启动特性、稳态特性与暂态特性、单极闭锁进行了研究。仿真结果表明,该H-HVDC系统能实现向无源网络供电,且具有较高的稳定性,为混合直流的进一步发展提供了理论基础。     

基于LCC-FHMMC混合直流输电的控制策略研究及试验验证

搭建了一种混合直流输电物理动模平台,其整流站采用串联的电网换相换流器(LCC),逆变站采用半桥和全桥子模块混合的模块化多电平换流器(FHMMC)。为提高系统容量,逆变侧的FHMMC换流器采用高低阀组串联的拓扑结构。对不同全桥子模块配比下高低阀组的在线投退、直流故障穿越等关键技术进行了研究,并在所设计的动模平台上进行了实验验证。实验结果表明所提出的控制策略能够实现混合直流输电系统的高低阀组在线投退及故障自清除,为多种混合直流输电以及新型电压源换流器的工程应用提供了论证平台。     

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。     

混合双极高压直流输电系统的特性研究

为了充分发挥电网换相换流器高压直流输电系统(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)和电压源换流器高压直流输电系统(voltagesource converter based HVDC,VSC-HVDC)的优势,针对一种新型的混合双极高压直流输电系统(hybrid bipolar basedhigh voltage direct current,HB-HVDC)进行了研究,该系统的正极是传统的12脉动LCC-HVDC系统,而负极是VSC-HVDC系统。建立了由LCC正极和VSC负极组成的混合双极高压直流输电系统的模型,推导了其在稳态时的数学模型,并设计了正负极之间的协调控制策略。在PSCAD/EMTDC环境下对HB-HVDC系统的稳态和暂态运行特性进行了研究分析。最后对HB-HVDC系统和闭锁负极VSC-HVDC后LCC-HVDC系统的运行特性进行了对比研究。结果表明:HB-HVDC系统可以更好地调节交流母线电压,减少LCC极换相失败的可能性,并且具有快速的故障恢复能力;同时也证明所设计的协调控制策略可以有效地改善HB-HVDC系统的稳态和动态特性。     

基于主动限流的混合直流输电换相失败抑制策略

针对混合直流输电系统换相失败时冲击电流较大的问题,本文推导了冲击电流幅值与电压源型换流器（Voltage Source Converter, VSC）的关系,分析确定了换相失败时VSC投入的子模块数量是决定冲击电流的关键参数。研究了影响电网换相换流器（Line Commutated Converter, LCC）换相能力的主要因素,提出了一种基于主动限流的换相失败抑制策略,通过对VSC调制波交流分量与直流分量附加扰动因数来改变子模块的投切,实现了对换相失败冲击电流的抑制。本文通过在Matlab/Simulink中搭建相应的仿真模型,对提出的抑制策略在逆变交流侧故障下的有效性进行了仿真验证,结果表明,该策略不仅能够限制冲击电流,还可以有效预防连续换相失败的发生。     

基于时域卷积功率差的多端混合高压直流线路快速纵联保护方法

针对现有直流线路差动保护速动性不足、双端数据需要严格同步的问题,以三端混合高压直流输电系统为对象,在S域上对不同故障情况下的功率特性进行数学解析,发现利用S域功率差特征可以有效识别区内外故障,并实现故障区域的准确定位;在此基础上,构造了一种时域故障特征量——卷积功率,实现对S域功率特征的有效提取;进而提出了一种基于时域卷积功率差的多端混合高压直流线路快速纵联保护方法。基于PSCAD/EMTDC的仿真验证表明,该方案能在4 ms/10 kHz的时间窗内正确识别区内故障和故障区域,并具有故障选极的特性,无需双端数据严格同步,且具有较高的可靠性、灵敏性及抗干扰能力。     

混合多馈入直流输电系统连续换相失败抑制策略

随着直流输电工程应用的增多,一旦常规直流发生连续换相失败将会对电力系统的稳定运行产生极大的影响,因此为了抑制混合多馈入直流输电系统中常规直流的连续换相失败,本文从提升常规直流换相电压的角度出发,提出了混合多馈入直流输电系统的协调控制策略。该策略根据常规直流的实时无功缺额动态调节柔性直流输出的无功功率与有功功率,从而改变其暂态稳定运行点。通过该策略的协调控制可以抑制常规直流的连续换相失败以及较大限度提升直流输电系统有功功率的传输能力。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了混合双馈入直流输电系统的仿真模型,验证了该协调控制策略的有效性。