极弱受端交流系统情况下利用STATCOM启动LCC-HVDC系统研究

传统电网换相高压直流输电(LCC-HVDC)要求交流电网提供换相支撑,因此受端交流系统要有足够的强度。当受端系统为极弱交流系统时,LCC-HVDC系统的启动和运行就十分困难。将静止同步无功补偿器(STATCOM)接入LCC-HVDC逆变侧的交流母线,组成混合直流输电系统,来启动受端是极弱交流系统的LCC-HVDC系统。首先,搭建了由STATCOM和LCC-HVDC组成的混合直流输电系统的模型,设计了STATCOM和LCC-HVDC的控制策略,提出一种混合直流输电系统的启动控制方法。采用分步启动的方式,先启动STATCOM,然后启动LCC-HVDC系统,在启动时,STATCOM串联了限流电阻,并采用了基于DQ轴解耦的控制策略。LCC-HVDC系统则采用软启动的方式,启动过程中逐渐增大电流调节器整定值至额定值,直到系统完全切换为正常运行时的控制策略,启动结束。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了该启动控制方法的可行性和有效性。     

降低直流线路损耗的并联电容换相换流器单位功率因数控制策略

电网换相换流器的交流滤波器组和无功补偿装置占地面积大,在交流电网故障时容易发生换相失败;改进型并联电容换相换流器(ESCCC)能减小换流器占地面积,提高抵御换相失败的能力,但通过阀侧电容投切实现单位功率因数控制会影响谐波特性。针对此问题,并考虑直流线路损耗优化,文中提出了一种基于ESCCC并结合交流母线侧电容投切的新型单位功率因数控制策略。首先,建立了拓扑结构和数学模型,分析了单位功率因数控制的原理;然后,提出新型控制策略,采用新的谐波评价指标设计了滤波电感、电容等参数;最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,验证控制策略的有效性和参数设计的合理性。仿真结果表明,ESCCC能在全工况下实现单位功率因数控制,并且降低了直流线路损耗和换相失败概率。     

特约主编寄语

直流输电换相失败抵御能力提升新技术     

电能质量问题的环境经济学视角分析

电能质量作为电能商品的主要属性，得到了越来越多的关注。文中分析电能质量问题的影响，从环境经济学视角，通过比较电能质量问题和环境经济学的异同点，得到电能质量问题和环境污染问题一样，其排放行为均具有外在性的特点，因此解决电能质量问题的核心是使污染排放行为外部性内部化。借鉴环境经济学理论，提出解决电能质量问题的3个新观念，即预防为主的电能质量观、可持续发展电能质量观、循环经济电能质量发展观。     

基于MMC的柔性直流输电站级控制器的设计及其动模实验

站级控制器是模块化多电平换流器柔性直流输电控制系统的核心部分,与上位机、下层控制器协同配合实现柔性直流输电的可靠控制。对基于MMC-HVDC站级控制器主要功能进行了分析,提出了一种站级控制器硬件结构设计方案,并针对该硬件结构以及功能需求设计了软件程序逻辑。研制了基于该站级控制器的4kV/100kW的MMC-HVDC实验样机,在样机上进行稳态实验以及电压阶跃实验,结果表明系统能够正确快速进行有功类无功类物理量的调节,并能对交流系统故障以及控制器通信故障进行清除,验证了站级控制器硬件结构及程序逻辑的正确性。     

VSC-HVDC系统控制体系框架

控制系统是VSC-HVDC系统的核心之一.目前虽已有许多研究者在该领域做了大量的工作,但多数成果集中在VSC-HVDC控制器的设计和控制方法的研究上,对整个VSC-HVDC系统控制体系框架的研究并不多见.本文在介绍VSC-HVDC系统结构的基础上,阐述了VSC-HVDC控制系统的基本功能,指出采用多重化配置和分层控制结构设计的必要性,具体提出建立四层结构的VSC-HVDC系统控制体系框架的观点,即直流系统控制层、换流器控制层、阀组控制层和独立控制层.文章在讲述各层配置原则的基础上,详细阐述了每个控制层次的控制功能和范围以及各层次之间的相互关系,并进一步介绍了控制系统和保护功能的协调配合问题,为VSC-HVDC控制系统的开发奠定了基础.     

VSC-HVDC联接弱交流系统下的新型附加频率阻尼控制方法

电压源型换流器高压直流输电(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)联接弱交流系统时,很容易受到锁相环(phase-locked loop,PLL)特性的影响而使传输功率受限甚至出现系统不稳定的现象。该文从传统交流发电机的运行原理角度出发,提出了一种简单有效且适用于V S C-H V D C联接弱交流系统时的附加频率阻尼控制(supplementary frequency-based damping control,SFDC)方法,该方法基于PLL的输出频率特征量同时引入阻尼系数Dk,产生了有功功率的附加阻尼分量来抑制或消除由于PLL引起的系统失稳现象。首先,建立了基于传统电流矢量控制的VSC系统的小信号模型,采用特征根分析和参与因子分析方法,研究了PLL参数对系统小干扰稳定性的影响及不同短路比(short circuit ratio,SCR)下PLL参数的可行域。然后,建立了含有SFDC控制的VSC系统联接弱受端交流系统时的小信号模型,并通过详细电磁暂态仿真验证了模型的正确性;基于特征根分析方法研究了阻尼系数Dk对VSC系统小干扰稳定性的影响及其参数可行域。最后,对比研究了SFDC控制闭锁和投入时,VSC系统在不同SCR下的最大传输有功功率及不同PLL参数下所允许的最小短路比的变化规律,并提出了一种基于阻尼系数Dk的临界短路比裕度增加量指标,来定量评价所提出的SFDC控制对VSC系统稳定裕度的提升能力。结果表明,所提出的SFDC方法不仅可以有效抑制或消除弱交流电网下由于PLL引起的VSC系统失稳现象,而且可以提升VSC系统的最大传输功率及临界稳定裕度。     

换流站通用集成控制保护平台体系结构

针对各种直流输电工程控制保护系统的通用水平较差的问题,开发了一种新型的适用于多种直流输电工程的换流站通用集成控制保护平台,可用于常规高压直流输电(highvoltage direction current,HVDC)、电压源换流器型直流输电(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)以及混合直流输电等复杂输电形式的场合。提出了通用集成平台的整体功能需求和平台的设计原则,并从功能和设备2个角度出发,提出了该平台的2种体系结构方案,阐述了平台每部分的控制保护设备、控制保护系统的功能和范围以及各部分之间的隶属和通信关系。该体系框架可将不同种直流输电的控制保护功能有效集成,为通用控制保护平台的开发奠定了基础。     

含有STATCOM的高压直流输电系统控制方法

为了减小含有STATCOM的HVDC输电系统发生换相失败的概率,对STATCOM和HVDC系统原有的控制策略进行了改善。故障时,基于STATCOM的定交流电压控制,投入交流电压参考值调节功能;基于HVDC的定直流电流控制和定关断角控制,投入附加直流电流和附加关断角控制功能。在PSCAD/EMTDC中进行的仿真分析表明:当换流母线处分别发生故障水平为23.08%、84.24%的单相电感接地故障时,交流电压参考值调节功能可以有效抵御换相失败、防止连续换相失败;当故障更严重,故障水平上升为120.34%时,附加直流电流和附加关断角控制功能可以有效防止连续换相失败。所提出的控制方法可以有效提高HVDC对换相失败的抵御能力,改善系统的运行性能。     

基于模块化多电平高压直流输电系统接地故障特性仿真分析

模块化多电平电压源换流器型高压直流输电采用子模块级联结构,解决了开关器件直接串联所带来的动态均压问题,同时具有输出电压波形品质高、开关频率和损耗低等诸多优点,因此成为极具市场应用价值的输电技术之一。在故障时,工作机理、调制策略和拓扑结构的差异导致系统呈现出与传统直流和电压源换流器型直流输电不同故障特性。分别以交流系统侧、阀侧和直流侧接地故障为例,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型基础上,针对联接变压器绕组不同接线方式,分析其不同故障特性以及对系统运行的影响,并提出了应对策略。