半月刊

ISSN 1000-1026

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  • 柔性直流输电
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    • 特约主编寄语

      2013, 37(15):1-2. DOI: 10.7500/AEPSd1315001

      摘要 (1882) HTML (0) PDF 648.71 K (4133) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • 百万千瓦级柔性直流接入大连电网后的系统特性分析

      2013, 37(15):15-19. DOI: 10.7500/AEPS201210089

      摘要 (2643) HTML (0) PDF 2.04 M (2576) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于电压源换流器和脉宽调制控制的柔性直流输电是一种新一代的高压直流输电技术,应用前景广阔。继上海南汇风电场柔性直流接入示范工程后,根据规划,2014年大连电网将投运世界上首个百万千瓦级柔性直流输电工程。为保障工程顺利实施,需详细分析大容量柔性直流接入对电网的影响。文中首先在国内广泛使用的电力系统机电暂态仿真程序中,开发了柔性直流输电系统模型与算法,并通过与电磁暂态计算的对比,验证了模型与算法的正确性。针对柔性直流接入后大连电网典型运行方式,研究了送受端交流电网故障以及直流控制方式和控制参数等对混联电网恢复特性的影响。研究结论为混联电网和交直流设备的安全稳定运行提供了技术支撑。

    • DFIG风电场经模块化多电平柔性直流并网控制策略

      2013, 37(15):20-26. DOI: 10.7500/AEPS201301230

      摘要 (2334) HTML (0) PDF 1.10 M (2862) 评论 (0) 收藏

      摘要:比较了风电场常见的3种并网方式,分别讨论了适用于风电接入的模块化多电平柔性直流输电系统启动控制策略及双馈感应发电机(DFIG)自身的启动控制,设计了稳态运行时的模块化多电平柔性直流控制器,以可靠接纳风电并网。基于PSCAD/EMTDC仿真平台分析了所提出的控制理论,验证了在稳定运行及风速改变等不同工况下,模块化多电平柔性直流输电系统均可实现风电场启动及可靠高效并网。

    • 柔性直流输电系统控制保护方案

      2013, 37(15):59-65. DOI: 10.7500/AEPS20130409009

      摘要 (2504) HTML (0) PDF 1004.91 K (2716) 评论 (0) 收藏

      摘要:在系统论述柔性直流输电系统的基本控制策略、上层控制功能和保护策略的基础上,提出了适合于柔性直流输电系统的控制保护功能配置方案以及控制保护与换流阀设备的接口方案。所述方案已在上海南汇柔性直流输电示范工程中得到了成功应用,很好地满足了柔性直流输电系统控制保护快速性、高性能的要求。

    • 模块化多电平换流器子模块故障冗余容错控制策略

      2013, 37(15):66-70. DOI: 10.7500/AEPS201301158

      摘要 (2536) HTML (0) PDF 1.80 M (2440) 评论 (0) 收藏

      摘要:阐述了模块化多电平换流器(MMC)子模块故障类型,包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块故障、直流电容故障和控制信号故障。分析比较了3种子模块冗余容错方案的优缺点,选择采用对MMC影响较小的子模块热备用的冗余容错方案。该方案的缺点是MMC运行于不对称状态,导致MMC直流电流出现波动。为此,在推导MMC冗余运行状态的基本数学模型、得出桥臂能量数学表达式的基础上,提出了基于桥臂能量平衡的冗余容错控制策略来抑制直流电流的波动。在时域仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建了61电平MMC模型,仿真结果验证了提出的冗余容错控制策略的有效性。

    • 模块化多电平柔性直流输电系统网侧故障控制策略及验证

      2013, 37(15):71-75. DOI: 10.7500/AEPS20130409008

      摘要 (2217) HTML (0) PDF 3.80 M (2347) 评论 (0) 收藏

      摘要:介绍了基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电系统在网侧出现不平衡运行状态下的故障控制策略,对比了各种控制方式的优劣。在分析和推导MMC数学模型的基础上,提出了一种基于故障负序电压叠加的故障控制方法。利用离线仿真工具对该方法进行了仿真研究,并在实际工程中对该方法进行了实验验证,给出了仿真和工程试验结果。采用不同控制策略时的仿真结果比较以及仿真与工程实验结果对比表明,采用所提出的故障控制策略对提高柔性直流输电系统在发生网侧故障时的持续运行能力有所帮助。

    • 基于并联电容参数识别的VSC-HVDC输电线路纵联保护

      2013, 37(15):76-82. DOI: 10.7500/AEPS201211231

      摘要 (2486) HTML (0) PDF 1.20 M (2451) 评论 (0) 收藏

      摘要:电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)输电线路两端并联有大电容,在故障发生瞬间,大电容迅速向故障点放电,对高频故障分量系统侧可等效为并联大电容。根据VSC-HVDC这种特有的系统结构,提出了一种基于并联电容参数识别的VSC-HVDC输电线路纵联保护新原理。该保护原理采用时域算法,通过识别VSC-HVDC输电线路两侧的电容值来区分区内、区外故障。当直流输电线路发生区内故障时,能同时准确识别出线路两端的电容值;当直流输电线路发生区外故障时,不能同时准确识别出线路两端电容值。根据此特征,构造纵联保护判据。理论分析和仿真结果表明,该原理不受过渡电阻、故障类型、故障位置、控制方式和线路类型的影响,在各种工况下均能快速可靠地区分区内、区外故障,而且该方法计算简单,易于实现,具有一定的实用价值。

    • 利用行波电压分布特征的柔性直流输电线路单端故障定位

      2013, 37(15):83-88. DOI: 10.7500/AEPS20130221007

      摘要 (2459) HTML (0) PDF 985.48 K (2464) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种基于分布参数模型的柔性直流输电线路单端故障定位原理。由于柔性直流输电线路两端并联有大电容,直流线路发生单极接地故障后,1模故障分量网络中的电压行波具有以下2个特点:在两端直流母线处全反射,故障点处主要为折射;反射改变极性,折射不改变极性。据此可以在1模故障分量网络中计算本端第1次电压反射波及其前行路径上的电压分布,找出该电压分布的最强正跳变点,该点到对端的距离即为故障距离。该方法的故障定位精度高,理论上不受过渡电阻的影响,无需人工识别行波波头,易于实现故障定位的自动化,仿真结果表明该方法具有全线的适用性。

    • 模块化多电平换流器桥臂电抗器参数设计方法

      2013, 37(15):89-94. DOI: 10.7500/AEPS201212088

      摘要 (2533) HTML (0) PDF 1014.82 K (3377) 评论 (0) 收藏

      摘要:作为模块化多电平换流器(MMC)的重要组成部分,位于换流器桥臂的桥臂电抗器能够起到抑制换流器输出电流谐波以及限制暂态和故障电流的作用,其电感值的选取对于MMC的运行特性极为关键。文中提出了一种能够抑制交流侧电流波动量的桥臂电抗器值的设计方法。通过对MMC拓扑结构和工作原理的分析,对桥臂电抗器进行了简化等效,详细推导了等效电感值与交流侧电流波动量之间的关系,得出了一定交流侧电流波动量条件下的等效电抗器最小值的四阶方程,并利用MATLAB对方程求解,最终得到对应的桥臂电抗器值的下限值。在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了双端21电平MMC直流输电系统模型,对设计方法的可行性和准确性进行了验证。仿真结果表明,设计的桥臂电抗器能够有效抑制交流谐波电流,且计算值与实验值基本吻合。

    • 柔性直流输电网用新型高压直流断路器设计方案

      2013, 37(15):95-102. DOI: 10.7500/AEPS20130530012

      摘要 (2760) HTML (0) PDF 1.14 M (4333) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于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,而高压直流断路器是构建直流电网的核心设备之一。从多端直流系统发生直流侧短路故障的机理及故障电流的发展趋势入手,以舟山5端柔性直流输电工程为例,分析了发生最严酷短路故障时,直流母线上故障电流的特性,基于分析结果提出了直流电网对直流断路器的需求;结合对现有直流断路器技术路线的对比分析,提出了一种适用于柔性直流输电网的新型快速直流断路器技术方案,并通过仿真分析验证了所提出的新型直流断路器能够满足柔性直流输电网快速切除故障电流的需求。

    • 多端MMC直流输电系统的优化设计方案及比较

      2013, 37(15):103-108. DOI: 10.7500/AEPS201301258

      摘要 (2275) HTML (0) PDF 934.57 K (2363) 评论 (0) 收藏

      摘要:模块化多电平换流器(MMC)是柔性直流输电领域中具有广阔应用前景的换流器拓扑。在交流侧电压相对较低时,可以通过对换流器子模块数量的优化设计,降低所需的级联子模块数目,并可以使换流器直接接入较低电压等级的交流电网。这种优化设计方法也为柔性直流输电系统的工程方案设计提供了多种选择。文中结合±160 kV/200 MW的三端柔性直流输电示范工程,给出了多种系统的工程设计方案,并对各种方案的特性和主要参数进行了分析比较,提出了实际工程中MMC优化方案的设计选择原则。

    • 基于分段解析公式的MMC-HVDC阀损耗计算方法

      2013, 37(15):109-116. DOI: 10.7500/AEPS20130403003

      摘要 (2491) HTML (0) PDF 1.32 M (2423) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统(MMC-HVDC),提出了一种采用分段解析公式计算换流站阀损耗的方法。首先,通过移除最近电平逼近中的取整函数,将桥臂电压转化成理想的光滑波形,根据桥臂电流过零点时刻,对换流阀通态损耗进行分段解析计算。其次,将开关损耗分为必要开关损耗和附加开关损耗。对于前者,通过引入变化率函数进行分段解析计算;对于后者,给出了估算其大小的方法。随后,给出了使用分段解析公式计算MMC-HVDC阀损耗的详细流程。最后,基于时域仿真软件PSCAD/EMTDC下搭建的300 MW/±150 kV数字仿真模型,验证了所提方法的有效性。

    • 柔性直流电缆绝缘料及电缆结构设计

      2013, 37(15):117-124. DOI: 10.7500/AEPS20130607005

      摘要 (2372) HTML (0) PDF 4.01 M (3325) 评论 (0) 收藏

      摘要:重点探讨了柔性直流电缆绝缘料及电缆的结构设计。分析指出,空间电荷问题是柔性直流电缆绝缘急需解决的难题,电缆绝缘空间电荷测量装置的研制及空间电荷陷阱能量分布的测量均有助于空间电荷问题的研究。添加纳米填料抑制交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘中空间电荷时,可以通过表面物理或化学修饰等改性手段解决纳米粒子与XLPE的相容性问题。文中指出,柔性直流XLPE电缆绝缘中电场分布与体积电阻率呈正比分布,而电阻率取决于温度和场强。由于受到空间电荷的影响,运行中柔性直流电缆经受的反极性冲击电压是电缆绝缘的关键因素。最后,提出了开发高载流90℃工作温度绝缘料,并设计出绿色环保的高压、超高压陆地和海底电缆结构。

    • 适用于多端柔性直流输电系统的新型直流电压控制策略

      2013, 37(15):125-132. DOI: 10.7500/AEPS201210037

      摘要 (2816) HTML (0) PDF 1.56 M (3102) 评论 (0) 收藏

      摘要:重点关注适用于多端柔性直流输电系统的直流电压协调控制策略,分析了现今最受认可的直流电压偏差控制策略以及直流电压斜率控制策略的缺陷,并结合2种控制策略的优点,提出了一种新型直流电压控制策略———直流电压偏差斜率控制策略。该控制策略利用直流电压偏差控制策略的偏差特性,实现了换流站直流功率的跟踪;利用直流电压斜率控制策略的斜率特性,加快了其动态响应能力。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中针对直流电压偏差斜率控制策略的特性进行了稳态仿真分析以及暂态仿真分析,仿真结果表明:采用直流电压偏差斜率控制策略后,多端柔性直流输电系统能够稳定、可靠运行。

    • 基于改进定有功功率控制特性的VSC-MTDC系统仿真

      2013, 37(15):133-139. DOI: 10.7500/AEPS201208066

      摘要 (2290) HTML (0) PDF 2.26 M (2419) 评论 (0) 收藏

      摘要:对基于电压源型换流器的多端直流输电(VSC-MTDC)系统在不同运行状态下的协调控制策略进行了研究。提出了改进的VSC-MTDC系统直流电压 — 有功功率控制特性曲线,在现有定有功功率控制的调节特性曲线中增加了斜率控制和定直流电压控制,并基于此实现了系统的协调控制策略;推导了环网式接线的VSC-MTDC系统正常运行时各换流站直流侧电压与所传输直流功率的关系式,并给出了各换流站直流电压 — 有功功率控制特性曲线中拐点处直流电压的计算方法。最后,在PSCAD/EMTDC中分别对不同运行状态下的VSC-MTDC系统进行了仿真,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。

    • 基于MMC的多端直流输电系统直流侧故障控制保护策略

      2013, 37(15):140-145. DOI: 10.7500/AEPS201210274

      摘要 (2836) HTML (0) PDF 1.32 M (3240) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于模块化多电平换流器(MMC)的多端直流(MTDC)输电技术,兼具MMC技术和多端柔性直流输电技术的优势,具有广阔的应用前景。文中分析了MMC的拓扑结构和运行机理,设计了基于电压裕度的多点直流电压控制策略,并对控制器进行了设计。在此基础上,分析了直流侧单极接地故障、极间短路故障、断线故障对基于MMC的MTDC系统的影响,并进一步提出了相应的控制保护策略与保护时序。利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对以上几种直流侧故障及控制保护策略进行了仿真,结果表明所提出的控制保护策略能够实现系统故障后的快速恢复,有效提高多端系统的可靠性和可用率。

    • 柔性直流输电工程技术研究、应用及发展

      2013, 37(15):3-14. DOI: 10.7500/AEPS20130224003

      摘要 (3899) HTML (0) PDF 1.67 M (5945) 评论 (0) 收藏

      摘要:柔性直流输电作为新一代直流输电技术,在世界范围内已经得到广泛发展和应用。文中针对柔性直流输电在工程技术、工程应用与未来发展3个方面分别进行了总结和分析。针对柔性直流输电系统主接线、换流器拓扑结构、控制和保护技术、柔性直流电缆、换流阀试验等多方面进行了全面的技术分析,并指出其技术难点以及未来发展的目标和方向。介绍了国内外柔性直流输电工程应用领域及现状,并结合未来电网发展特点及需求,分析了柔性直流输电工程应用的趋势,表明了柔性直流输电技术对促进未来电网的发展具有极其重要的作用。

    • 模块化多电平换流器桥臂电流直接控制方案

      2013, 37(15):35-39. DOI: 10.7500/AEPS201210015

      摘要 (2506) HTML (0) PDF 1.25 M (2867) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过分析模块化多电平换流器(MMC)拓扑结构,提出一种MMC桥臂电流直接控制方案,该方案对MMC上/下桥臂电流实施独立控制。建立了MMC系统小信号传递函数模型,对桥臂电流反馈控制策略进行了分析与设计。以MMC并网逆变器为例,结合多层次电容电压平衡控制策略,得到了基于桥臂电流内环控制的MMC综合控制方案,以实现网侧电流控制及电容电压平衡控制。仿真结果表明,所提出的MMC桥臂电流直接控制方案具有优良的动静态特性,并能有效抑制三相内部环流,验证了该方案的可行性和有效性。

    • 一种适用于风电场送出的混合型高压直流输电系统拓扑

      2013, 37(15):146-151. DOI: 10.7500/AEPS201212089

      摘要 (2358) HTML (0) PDF 2.27 M (2049) 评论 (0) 收藏

      摘要: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。

    • 基于MMC的柔性直流输电阀基控制器及其动模试验

      2013, 37(15):53-58. DOI: 10.7500/AEPS20130314002

      摘要 (2573) HTML (0) PDF 1.02 M (3110) 评论 (0) 收藏

      摘要:介绍了模块化多电平换流器(MMC)及其应用于柔性直流输电的基本原理,指出了基于MMC的柔性直流输电阀基控制器与传统阀基电子设备的区别,并对其功能和特点进行了研究。搭建了49电平动模试验平台并进行了功能验证,以期为柔性直流输电的研究提供参考。

    • 基于PCHD模型的柔性直流输电鲁棒控制

      2013, 37(15):40-46. DOI: 10.7500/AEPS201212128

      摘要 (2436) HTML (0) PDF 1.16 M (2640) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于柔性直流输电系统的数学模型与端口受控耗散哈密尔顿(PCHD)方程建立了换流器三相坐标系下的PCHD模型,并导出了换流器在dq旋转坐标系下的PCHD模型,证明了换流器的严格无源性。通过配置连接矩阵与阻尼矩阵构造期望能量函数,并确立为Lyapunov函数。通过注入阻尼矩阵消除了换流器直流侧等效电阻对系统的影响。由期望平衡点、状态变量及互联和阻尼分配无源性(IDA-PB)控制原理设计了换流器的IDA-PB控制器。在不同的运行条件下用PSCAD/EMTDC软件对控制系统进行了仿真,结果表明所提出的控制策略具有良好的动、静态性能和鲁棒性。

    • MMC-HVDC三相解耦二次谐波环流抑制算法

      2013, 37(15):47-52. DOI: 10.7500/AEPS201212206

      摘要 (2235) HTML (0) PDF 982.52 K (2375) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着模块化多电平换流器(MMC)高压直流输电工程电压等级和输送容量的大幅提升,其拓扑结构中的桥臂串联子模块数急剧增加,使得整个换流阀的控制系统更加复杂,子模块电容电压均衡及二次谐波环流抑制等技术问题将更加突出。如果采用传统的最近电平逼近调制(NLC)策略对换流器进行控制,MMC内部存在明显的二次谐波环流。为了抑制二次谐波环流,假设环流中只含有直流分量,根据换流器交、直流侧瞬时功率平衡,推导出直流环流电流的计算公式,进而分别求得上、下桥臂子模块电容电压的参考值,该参考值在一个工频周期内围绕某一恒定值呈周期性变化,可使得各子模块电容电压的不均衡程度明显降低,二次谐波环流得到有效抑制。与传统的NLC策略相比,文中算法可以降低子模块电容电压的波动幅度,改善交流侧输出电压、电流的波形。当电容器容值存在差异时,文中算法还可以减小容值较小的电容器投入运行的时间,延长其寿命。最后,仿真结果验证了文中算法的有效性。

    • 含多端柔性直流输电系统的交直流电网动态特性分析

      2013, 37(15):27-34. DOI: 10.7500/AEPS201209055

      摘要 (2692) HTML (0) PDF 1.83 M (2900) 评论 (0) 收藏

      摘要: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。