柔性直流电网串联直流潮流控制器及其控制策略研究

首先给出直流电网的线路直流潮流控制原理,分析直流电压及线路等效电阻对直流潮流的影响。在此基础之上,结合双极柔性直流输电系统,提出一种基于双有源桥(dual active bridge,DAB)拓扑的线路直流潮流控制器。与已有研究相比,所提出的直流潮流控制器无需额外配备外部电源,能够实现直流输电线路功率的双向灵活控制。通过PSCAD/EMTDC软件仿真平台所搭建的包含直流潮流控制器的两端双回路双极柔性直流输电系统,对直流潮流控制的静态、动态响应特性进行仿真分析,并研制实验原理样机,进行相应的动模实验验证。仿真和动模实验结果表明,该直流潮流控制器能够实现直流电网线路直流潮流的有效控制。     

柔性直流电网主动限流开断直流故障研究

基于混合型模块化多电平变换器的柔性直流输电系统可通过主动控制来限制直流故障电流,即将在昆柳龙三端混合直流输电工程中应用。然而,关于混合型MMC的主动限流开断原理、故障电流演变特性、限流控制效果与影响因素尚缺少相关理论研究。针对上述问题,该文首先分析采用直流电压前馈的主动限流控制策略限流机理,研究计及延时后,换流器直流电压、电流在故障期间的演变特性。提出换流器与直流断路器协调控制策略,并分析采用不同协调控制策略时故障线路电流的动态演变过程。分析采用主动限流控制策略后的柔性直流电网对DCCB的开断电流大小需求。针对基于半桥MMC构建的直流电网和基于混合型MMC构建的直流电网2种技术方案,在DCCB开断电流需求、DCCB经济性以及直流电网故障特征等方面对二者进行对比分析。研究表明,与半桥MMC型直流电网相比,基于混合型MMC的直流电网在使用主动限流控制技术后,DCCB开断电流大小减小为原来的22%,使得DCCB的成本减小为原来的45%,故障后换流站直流功率最短时间恢复时间减小为原来的30%,故障后功率模块电容过电压减小为原来的33.3%。最后,通过仿真验证理论分析的合理性。     

柔性直流电网直流线路故障主动限流控制

针对架空线柔性直流电网线路故障,提出了基于混合型MMC的主动限流控制方法,从而降低对直流断路器开断速度、开断容量以及吸收能量的要求,减少直流电网建设成本、提高直流电网可利用率。该文首先研究了换流器的交/直流电压解耦可控性,给出了主动限流控制器的控制架构。为了解决直流故障穿越期间,桥臂电容电压可能会短时越限的问题,提出了在内环直流电流控制器附加直流电流指令动态限幅控制器的方案。提出了主动限流控制策略的一种优化手段—电流目标预设控制,分析了不同控制器延时对主动限流控制的影响。计及主动限流控制,研究了单换流器系统和直流电网故障前后直流故障电流演变机理。最后,分别在单换流器系统和直流电网系统中仿真验证了前文理论分析的正确性的有效性。     

含直流断路器的架空柔性直流电网直流故障保护方案研究

对于配置直流断路器的架空柔性直流电网,快速可靠的直流故障检测是主要技术瓶颈之一。该文利用小波变换提取故障时刻高频暂态电压分量,基于区内外暂态能量差异提出故障识别方法;根据正负极电压变化量差异提出故障极判别方法;设计含故障启动、故障识别、故障选极和直流断路器多次重合闸判据的线路保护方案。该方案通过测量本地电气量实现全线路保护,无需通信,具备较强的耐受过渡电阻和抗扰动能力。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建四端架空柔性直流电网模型,仿真分析保护整定值的选取方法,并通过大量算例证明所设计线路保护方案的快速性和可靠性。     

柔性直流电网工程

正柔性直流采用全控型电力电子器件,具有动态无功支撑能力。基于柔性直流构建的直流电网具有更好的灵活性和可靠性,可将风电、光伏、抽水蓄能与负荷中心直接连接,构成多种形态能源灵活互补的能源互联网,实现多电源供电、多落点受电和新能源孤岛接入,有效平抑新能源间隙性和波动性。     

特高压交/直流电网仿真技术研究

电力系统的规模日趋扩大,复杂程度不断增加,迫切需要建立与特高压电网发展形势相适应的特高压电网仿真系统。首先分析了各种仿真系统的特点及其适用范围,然后结合我国特高压电网研究对仿真系统的要求,讨论了可用来对大规模交/直流电网的机电暂态与电磁暂态现象进行实时仿真的全数字实时仿真系统与数模混合仿真系统的原理、功能、特点、发展现状及适用范围,指出了其现存的局限性,提出了改进与完善的思路。     

柔性直流电网线路保护与直流断路器优化协调配合策略研究

采用架空线作为传输线路是未来高压大容量长距离柔性直流电网进行功率传输的主流形式,然而,架空线的应用势必会造成直流线路故障概率的大大增加,因此,研究如何快速隔离直流故障线路这一关键问题显得十分突出。该文基于直流断路器的保护技术路线,在深入分析传统保护配合策略的基础上,以行波保护为例,提出两种线路保护与直流断路器优化协调配合策略,降低故障期间近端换流站闭锁和直流电网主设备电力电子开关损坏的风险。最后,针对典型工况,对所提出的优化协调配合策略进行仿真分析。     

基于混合型MMC和直流开关的柔性直流电网直流故障保护研究

提出了采用混合型模块化多电平换流器(hybrid modular multilevel converter,hybrid MMC)和直流开关构建柔性直流电网进行架空线远距离电能传输的方案。针对由全桥型子模块和半桥型子模块组成的混合型MMC,分析了其拓扑结构、基本运行原理和直流电压运行区间,提出了混合型MMC的三自由度控制架构,并详细分析了直流故障穿越控制策略,进而设计了混合型MMC构成的柔性直流电网的故障清除策略和多次重启动时序。故障期间,混合型MMC无须闭锁IGBT,可控制故障电流至0,从而保持不间断运行、持续向交流系统提供无功支撑。3次重启动失败后,架空柔性直流电网配置的直流开关在零故障电流下开断以隔离故障电流通道,直流电网重启,线路潮流发生转移。最后在PSCAD/EM TDC仿真平台验证了所提出的故障清除策略及重启动时序的可行性。     

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。     

混合式直流断路器在柔性直流电网中应用初探

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流电网技术是未来电力系统输电技术的发展方向之一,但面临快速清除直流侧故障的巨大挑战。分析比较3种隔离直流侧故障的方法,选择混合式直流断路器作为隔离直流侧故障的方案。结合基于差动电流的直流故障检测技术,提出考虑线路分布电容的柔性直流电网保护方案,包括线路保护和母线保护,并论述保护参数的选取原则。在PSCAD/EMTDC仿真平台上建立一个4端柔性直流电网模型,验证所提基于混合式直流断路器的差动保护方案的有效性和可行性。结果表明,所提的差动保护方案满足了保护的选择性和速动性要求,运用混合式直流断路器可在数ms内清除柔性直流电网的直流侧故障。     

基于直流断路器的柔性直流电网架空线路故障隔离策略研究

柔性直流输电技术未来将向大规模柔性直流电网发展,从经济性和通用性来看使用架空线路的柔性直流电网最具发展前景,然而架空线路故障率较高,如何实现直流线路故障的快速隔离和系统恢复成为制约柔性直流电网发展的关键因素。针对该问题,文中基于张北柔性直流电网示范工程,以半桥结构的模块化多电平换流器进行了研究,提出了适用于工程应用的直流架空线路故障隔离措施和线路故障恢复策略,并基于RT-LAB实时仿真平台搭建了张北工程四端直流电网系统,对相应的隔离方法及故障恢复策略进行了仿真验证,结果表明,可降低直流线路故障对交流系统的影响,降低直流限流切除对系统稳定性和安全性的影响,为柔直电网工程的实际应用提供了依据。     

柔性直流电网协调控制策略

针对包含新能源孤岛送出、孤岛供电以及双极结构的复杂柔性直流电网,提出了一种协调控制策略。整个协调控制系统包含广域协调控制系统和换流站协调控制系统。发生换流站故障或直流线路故障后,广域协调控制系统根据工况对各柔性直流换流站及其他子系统进行总功率调控,同时各换流站根据工况和指令切换控制模式或改变自身功率,配合进行协调控制。通过对典型柔直电网中典型工况的仿真,验证了本文提出的协调控制策略可明显改善故障情况下的柔性直流电网响应特性,提高柔性直流电网安全稳定运行能力。     

多端柔性直流电网故障隔离技术研究

直流故障隔离技术是多端柔性直流输、配电系统发展的关键技术。然而,直流系统直流侧故障存在电流快速上升、过流幅值大等特点,对隔离技术提出了极为苛刻的要求。该文针对工程实际中最为典型的两电平电压源换流器(two-level voltage source converter,two-level VSC)型和模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)型直流系统,结合国内外研究成果,以交流断路器、换流器和直流断路器为分类依据,归纳、阐述了各自适用的隔离措施。同时,对各种隔离措施的优缺点进行了分析说明。基于Matlab/Simulink仿真平台,分别搭建了基于两电平VSC和MMC的直流系统,对相关隔离方法进行了仿真测试、验证与比较,为工程实际中隔离措施的配置提供理论依据。     

柔性直流电网紧急限流控制策略研究

柔性直流电网对高速大容量直流断路器的需求限制了其发展和应用。基于混合型模块化多电平换流器(modular multi-levelconverter,MMC)的限流控制方案受限于拓扑结构,不适用于广泛采用的半桥型MMC柔直工程。该文提出了一种具有拓扑结构通用性与故障类型通用性的紧急限流控制策略,能够降低直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)的开断电流和耗散能量。该文首先介绍了紧急限流控制的原理以及其与DCCB的协调策略,分析并推导了限流控制作用下故障电流的计算方程;研究了限流控制不同投入时刻对故障电流发展的影响;最后在基于半桥型MMC的四端直流电网中进行了仿真验证。仿真结果表明:紧急限流控制使得DCCB的开断电流减小了4.29kA(40.74%),耗散能量减小了23.4MJ(60.47%),并且适用于高阻性故障。     

柔性直流电网超高速保护方案研究

柔性直流电网发生直流短路故障时,为保障非故障线路持续正常运行,需要快速隔离故障线路。传统柔性直流输电线路保护动作时间过长,无法满足速动性要求。为此首先对柔性直流电网直流短路故障特性进行分析,得到超高速保护动作时间指标;然后借鉴常规直流超高速保护策略,考虑直流线路故障与直流母线故障的甄别方法,提出一种适用于柔直电网的超高速保护方案,采用行波保护、电压突变量保护与电流突变量保护相结合的方式实现直流短路故障的快速检测和定位,利用双端线路故障检测结果实现保护动作快速出口,能够满足直流短路故障保护的快速性要求。最后在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型对超高速保护方案进行了仿真验证。     

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。     

多端直流输电与直流电网技术

基于常规直流及柔性直流的多端直流输电和直流电网技术是解决中国新能源并网和消纳问题的有效技术手段之一。从对直流输电发展的背景分析入手,概述了两端直流输电技术,深入探讨了多端直流输电和直流电网的基本概念,结合多端直流和直流电网的区别与联系及其各自的技术特点,指出了构建未来直流电网需要解决的关键技术问题、产生原因和国内外的研究进展,为中国直流电网技术的研究方向提出了思考和建议。     

柔性高压直流输电仿真技术研究方法综述

柔性直流输电工程应用前景广阔,采用各种高精度高效率仿真技术对柔性直流系统进行理论分析和运行特性研究是柔性直流技术发展的关键;实时数字仿真、物理动模仿真和数字物理混合仿真是常用的系统仿真研究方法。总结柔性直流输电系统结构及核心装备;分别介绍三种仿真方法,从基本理论与算法原理、实现方式和柔直装备建模方法等方面进行论述,并总结各种方法的适用性和优缺点。最后,对柔性高压直流输电仿真技术的发展趋势和关键问题进行了总结和展望,提出了几点可能的研究思路。     

柔性直流电网用混合式高压直流断路器特征参数提取及应用

在半桥型模块化多电平换流器联合混合式高压直流断路器构建的柔性直流电网中,直流断路器特征参数与直流系统配置参数之间存在紧密关联。特征参数是系统能力投射到断路器上的外在表现,一方面反映系统的出力水平,另一方面反映断路器承受最苛刻整机应力能力。特征参数提取是实现混合式高压直流断路器在柔性直流电网中工程应用的理论基础。该文在对混合式高压直流断路器应用、原理、工况理论分析的基础上,提取混合式高压直流断路器五种特征参数,并揭示各参数之间的数学联系,论证各特征参数的具体影响。建立的系统级混合式高压直流断路器PSCAD/EMTDC运行数字仿真电路验证了特征参数提取与其影响效果的正确性。实施的200k V断路器整机分断试验结果验证仿真电路和数学分析的准确性。该文结论能够有效指导混合式高压直流断路器的设计与应用。