多端柔性直流输电

正柔性直流输电是高压直流输电领域的"新生代"。目前,柔性直流的关键技术仅被少数发达国家掌握,国内的研究刚刚起步。由于适用分散能源介入的多端柔性直流系统复杂、技术难度大,迄今世界上已投运的柔性直流工程都是两端系统,还没有多端工程的先例。多端柔性直流输电系统模块化多电平(MMC)技术,可灵活接入多个站点的风能、太阳能、地热能、小水电等清洁能源,     

含多端柔性直流输电系统的交直流电网动态特性分析

根据半桥式模块化多电平换流器(MMC)的数学模型和控制策略,搭建出基于PSCAD/EMTDC的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)仿真模型.设计了适合于交直流耦合电网的MMC-MTDC多级控制系统,包括阀组级控制器、换流站级控制器和系统级控制器,并进行了交直流电网暂态稳定分析.在建立的仿真系统中模拟交流电网事故、直流线路故障、冲击负荷等多种苛刻运行条件,以校验MMC-MTDC接入交流电网后的动态响应特性.仿真结果表明:各级控制器间的相互配合使得所构建的MMC-MTDC在交流电网故障情况下具备送端转移的能力;系统在任意一端换流站故障退出后仍具备稳定运行的能力;在MMC-MTDC发生直流线路故障退出运行后,交流电网仍能保持稳定运行.     

多端柔性直流输电系统

<正>柔性直流输电是指基于电压源型换流器(VSC)的直流输电技术。多端柔性直流输电系统是由3个或3个以上柔性换流站及相互之间输电线路组成的输电系统。其运行灵活,可靠性高,经济性好,并可提高电能质量,改善系统稳定性,可应用于分布式发电接入、新能源发电接入、孤岛供电、城市供电等领域。张北柔性直流电网示范工程首次建设±500 kV四端柔性直流环形电网,预计2020年全面投运。工程建设张北、康保2个送端,丰宁调节端和北京受端共4座柔直换流站,为世界首个     

含多端柔性直流电网的调度计划优化建模

发展建设多端柔性直流电网为大规模风光等清洁能源并网提供了一种新的技术手段。当直流电网与交流电网紧密耦合时,电网调度运行业务中的传统调度计划应用由于缺少对直流控制单元、交直流互动方式、直流电网潮流约束等问题的考虑,在调度对象、计划模式、平衡策略及交直流双侧网络约束等方面均缺少考虑。针对上述问题,提出了含多端柔性直流电网的调度计划优化建模方法。该模型可灵活处理交直流互动方式,新增了直流电网有功平衡及交直流双侧网络传输限额等约束,为直流电网纳入传统调度计划应用提供了一种建模策略。将所述模型应用于5端直流与新英格兰10机系统相结合的电网,验证了模型在处理交直流互联电网调度计划方面的灵活性及有效性。     

多端柔性直流输电系统接入某海岛电网的研究

多端柔性直流输电系统是理想的风电场与电网的联接方式。根据规划,将在某海岛建设多端柔性直流输电工程。岛上风电场及岛上负荷将经交直流混合输电线路与陆上交流电网实现互联,电网运行特性复杂。根据建设坚强智能电网的要求,需详细分析多端柔性直流输电系统的接入对电网影响。在PSCAD/EMTDC中搭建含多端柔性直流输电系统的交直流混合输电模型,分析混合输电方式下电网运行的稳定性。仿真结果表明多端柔性直流输电系统的接入增强了风电场出口处电压的稳定性,确保了风电的可靠输出。若交流线路由于故障或检修退出运行,与其并列运行的换流站改变功率传输模式,承担整个风电场功率的传输,提高了系统运行的稳定性。     

多端柔性直流输电系统协调控制策略

为兼顾系统动态响应速度和换流站精确控制有功功率的能力,并保证系统直流电压控制具有一定刚性,本文提出将直流电压偏差控制特性曲线中定功率特性改为斜率特性,并将其作为辅助站的控制特性,而主导站采用定直流电压控制,其余换流站采用定功率和斜率混合控制。为实现该控制策略,根据各换流站的控制特性设计相应的控制器结构和参数,并在控制器中引入滞环以避免控制模式频繁切换。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建5端柔性直流输电系统,对系统处在不同的运行状态分别进行仿真,仿真结果表明,该协调控制策略能够满足系统在不同运行状态下的运行要求。     

多端柔性直流输电经济性问题研究

针对多端柔性直流输电的经济性,建立多端柔性直流输电经济模型,分别从拓扑结构及经济调度两方面对其进行分析,并给出问题的目标函数及约束条件,运用遗传算法进行了求解。以某多端柔性直流输电系统为例进行验证,结果表明基于加权斯坦纳树的多端柔性直流输电经济拓扑相比于点放射式拓扑,减少了大量的建设投资及运行费用。     

多端柔性直流输电系统直流故障保护策略

直流故障保护是多端柔性直流输电系统的一个关键性问题。本文在全桥型模块化多电平换流器的基础上,提出适用于多端直流输电系统的换流器级和系统级直流故障保护策略。根据全桥型模块拓扑特性,换流阀闭锁实现故障电流快速清除;然后换流器等效为双星型级联H桥STATCOM并联运行,为故障清除和隔离开关动作隔离故障点提供条件;最后转换换流器运行模式完成多端柔性直流输电系统的快速恢复。在PSCAD/EMTDC中搭建了三端柔性直流输电系统仿真模型,分析了直流故障和系统重新启动的运行特性,仿真结果证明了控制策略的有效性。     

多端柔性直流输电系统主接线方案的应用分析

本文主要介绍了柔性直流输电的特点以及目前世界上柔性直流输电工程的应用现状,并结合世界上首个五端柔性直流输电工程—舟山多端柔性直流输电示范工程的实际特点,从工程应用可行性、经济性的角度对基于MMC换流器技术原理的多端柔性直流输电系统的主接线结构进行了分析,给出了基于MMC换流器技术原理的多端柔性直流输电系统主接线方案并指出了该型方案在应用中可能面临的问题及相应的解决措施,可为今后多端柔性直流输电工程的应用设计提供参考。     

参与电网调频的多端柔性直流输电系统改进下垂控制策略

参与电网调频的传统下垂控制策略能够利用频率偏差和直流电压实现多端柔性直流输电系统频率之间的相互支撑。然而传统电压下垂系数固定,在分配不平衡功率时容易忽略电网的运行状态和换流站自身容量,导致换流站过载以及弱电网承担功率时频率波动较大。为解决这一问题,提出了一种参与电网调频的改进下垂控制策略。首先分析了参与电网调频的传统下垂控制策略能量调配关系。其次考虑电网的频率裕度以及换流站的自身容量重新设计电压下垂系数。在系统受到扰动后,提出的控制策略能够保证换流站不发生过载,同时实现弱电网的稳定运行。最后通过仿真软件MATLAB/SIMULINK进行仿真验证,结果表明所提控制策略提高了多端柔性直流输电系统的频率调节能力,使系统的运行水平得到有效提升。     

多端柔性直流系统直流故障保护方案

多端柔性直流系统直流故障保护是直流系统发展的关键技术之一,主要技术难点包括直流故障的可靠识别和快速隔离。该文从故障快速隔离和提高供电可靠性的角度出发,设计基于直流断路器和不基于直流断路器的直流故障保护方案。设计的直流故障保护方案无需通信,能可靠实现故障识别。同时与传统基于交流断路器的保护方案相比,所设计的方案在动作速度和供电可靠性方面均有显著改善。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台上分别搭建基于直流断路器和不基于直流断路器的四端柔性直流系统,通过仿真测试验证所设计的保护方案的可行性以及与已有保护方案相比所具有的优越性。     

参与电网调频的多端柔性直流输电系统自适应下垂控制策略

针对连接大型海上风电场的多端柔性直流(VSC-MTDC)输电系统,推导了传统直流电压下垂控制的功率分配机理,并分析了该控制策略对受端电网频率可能产生的不利影响。利用VSCMTDC系统的直流电容储能,将受端电网频率和VSC-MTDC系统直流电压耦合,提出了可参与交流电网频率调整的自适应下垂控制方法。该方法根据交流系统的频率偏差,实时调整直流电压下垂系数,使各换流站在无需站间通信的前提下,快速调整各自的输出功率,保证交流系统频率稳定在合理范围内。最后,基于DIgSILENT/PowerFactory仿真软件搭建了五端VSC-MTDC系统,通过3个算例验证了所提方法的有效性。     

含风电场的多端柔性直流输电系统小信号建模方法

含风电场连接的多端柔性直流输电系统易发生系统失稳现象,构建一个精确的小信号模型分析系统小干扰稳定性是必要的。然而,在建立含风电场的有源直流系统小信号模型时,已有文献大多未对风电场进行建模。据此,文中以平均值模型为基础,在时域下建立了包括风电场在内的直流系统小信号模型。为体现换流器自身损耗,计及直流侧等效桥臂阻抗,提出利用部分直流线路电容简化换流器直流侧模型推导;同时,考虑到风电场接入的影响,引入交流公共耦合点滤波电容。在风电场模型构建上,建立了全功率聚合风电场的小信号模型,与风电场侧换流站构成单个状态空间。算例部分搭建了含风电场三端柔性直流输电系统的小信号模型,与PSCAD模型进行阶跃响应及稳定裕度对比,结果表明所提小信号建模方法能够精确模拟小干扰动态响应,且在系统稳定性分析中性能优越。     

多端柔性直流输电系统有功优化分配

多端柔性直流输电系统有功优化分配对交直流系统运行的经济性有很大的影响。建立了一种多端柔性直流输电系统日前优化调度模型,以一天交直流系统总网损最小为优化目标,考虑电压源换流站功率调节范围、调节次数、功率状态的最小持续时间限制和静态安全约束,最后应用遗传算法求解模型。通过IEEE 39节点系统进行验证,优化所得多端柔性直流输电系统有功功率计划曲线,可以有效降低交直流系统总网损,提升系统运行的经济性,同时保证系统运行的安全性。     

多端柔性直流输电系统启动控制及其仿真

启动控制是多端柔性直流输电（VSC-MTDC）系统中重要的附加控制。合适的启动控制策略可以减小VSC-MTDC启动时产生的过电压和过电流,缓解其对交流电网和各个元器件的冲击,防止设备损坏。为此,首先分析了VSC-MTDC系统过电压过电流的形成原因,针对不同的启动阶段设计了适合于VSC-MTDC系统的启动控制策略,最后在PSCAD/EMTDC环境下建立了VSC-MTDC系统的模型,验证了设计的启动控制策略。仿真结果表明,该控制策略可以有效地抑制启动过程中的过电压和过电流,保证系统平稳地过渡到额定运行状态。     

一起多端柔性直流输电系统短路故障分析

直流系统的故障快速隔离和系统重启动是构建直流电网的核心技术,国内已有部分柔性直流工程装设了直流断路器及故障恢复系统,但尚无相关报道讨论其安装效果。以舟山五端柔性直流工程发生的海缆正极故障为例,介绍了舟山柔直系统直流断路器和阻尼恢复系统配置情况、直流故障处理策略和重启动策略,分析了伪双极换流站直流单极故障下直流故障电压变化情况及故障电流突变特征和重启动顺序逻辑,可为未来直流电网配置直流断路器和故障恢复系统提供参考。     

多端柔性直流输电直流电压控制策略研究

多点直流电压控制常用于系统功率经常变化的多端柔性直流输电系统,因此系统功率调节和分配的性能就成为保证系统正常运行的一项重要指标。基于换流站容量裕度和调节速度,提出一种直流电压自适应斜率控制策略,把常规直流电压斜率控制策略中斜率参数固定修正为根据实际运行工况变化的自适应斜率控制,实现了不平衡功率基于换流站容量裕度的合理分配。运用PSCAD/EMTDC软件平台建立中压四端柔性直流输电系统模型,仿真结果验证了所设计的直流电压自适应斜率修正控制策略能有效维持系统的稳定运行。     

多端柔性直流输电系统的启动控制策略

为了平稳快速地启动基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC),提出了一种启动控制策略。首先,为了最大限度地降低启动过程中直流电压的跌落,给出了一种直流侧预充电的有序解锁方案。其次,从充电等值电路的二阶RLC回路出发,推导出了限流电阻选取的表达式。随后,考虑交流系统的强弱情况,推导出了交流电压跌落比与系统短路比之间的关系,并给出了相应的启动控制策略。最后,在时域仿真软件PSCAD/EMTDC下搭建了5端系统进行仿真。结果表明:直流侧预充电的有序解锁方案能够最大限度地降低解锁过程中直流电压的跌落;以电压跌落0.1倍额定值为界限,当交流系统短路比(SCR)3.5时,此系统连接的换流站适合交流侧预充电启动,否则,应采用直流侧预充电启动。     

多端柔性直流输电系统滑模电流控制策略

针对多端柔性直流输电系统(voltage source converter multi-terminal DC,VSC-MTDC)具有强非线性和不确定性的特点,提出了一种新型基于指数趋近律的滑模电流控制策略。直流输电系统换流站采用直接电流控制时的内环电流PI控制环节用滑模电流控制代替,与传统双闭环PI控制相比减少了一个内环PI控制环节,简化了系统的参数调节过程。在旋转坐标系下构造了以内环d轴电流、q轴电流误差为滑模面的滑模变结构控制器,并结合李雅普诺夫函数对控制系统的全局稳定性进行了分析,实现了在换流站因故障退出运行时,系统能保证功率的快速调节,在交流系统等效阻抗发生变化时,系统仍能维持直流电压的稳定。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了大规模海上风电场多端直流输电系统模型,将所提控制策略与传统PI控制策略进行了对比,仿真结果表明所提控制策略具有良好的动态性能和稳态性能。     

多端柔性直流输电故障特征仿真分析

电压源变换器的高压直流输电技术具有有功、无功功率的独立调节,不需要无功补偿设备以及易于构建多端直流输电系统等特点,使其在近年来得到了快速发展和广泛应用。基于PSCAD/EMTDC电磁暂态软件建立了中压四端VSC-MTDC系统仿真模型,对直流系统单极接地、双极故障、断线故障和交流系统单相接地、相间短路以及三相短路进行了仿真研究,通过对仿真得到的直流电压、电流以及有功功率等故障数据进行分析,得出其故障特征,为多端柔性直流输电保护装置的研制提供了丰富翔实的仿真数据。