先进交直流输电技术在中国的发展与应用
摘要：人类社会的发展进步对能源供给和使用模式提出了新的要求。大规模化新能源电力传输,能源供需广域平衡,大容量高效变流等新技术需求相继涌现,对传统的电力输送技术带来了深刻变革与挑战。先进交直流输电技术是在传统输电技术的基础上,通过新的技术来提升输送能力和效率,实现高效、智能、环保的电能传输。文中针对我国基于电力电子技术的先进交直流输电技术发展情况,总结灵活交流输电、特高直流输电、柔性直流输电及直流电网等先进输电技术的发展历程、取得的成果,并指出未来相关技术领域今后的重点发展方向。影响多馈入直流系统换相失败的电网薄弱区域快速识别方法
摘要：准确而快速地识别会导致多馈入直流系统发生同时换相失败的交流电网薄弱区域,对于保证电网安稳运行具有重要意义,针对目前研究方法主要采用仿真手段且应用场合无法覆盖整个交流系统的情况,文中提出一种影响多馈入直流系统换相失败的电网薄弱区域快速识别方法。将交流线路故障点视为广义节点,基于广义节点阻抗矩阵定义电压关联因子,根据最小关断角标准推导临界电压关联因子指标的解析表达式,此指标可以作为表征直流系统抵御换相失败的能力的特征参数。从理论上推导电压关联因子的3种交流线路故障位置分布特性,并给出确定换相失败关联域的方法,通过此方法能够在电网拓扑结构图上直观地展示引起逆变侧发生换相失败的薄弱区域。南方电网多馈入直流系统算例的分析结果表明所提指标的有效性以及薄弱区域快速识别方法的实用性。特高压直流分层接入方式下受端交流系统接纳能力分析
摘要：特高压直流分层接入交流电网方式具有引导潮流合理分布、提高电压支撑能力等优点,将在我国新建的大容量特高压直流工程中广泛应用。在新的接入方式下,大规模的电能将注入同一区域内不同电压等级的电网中,如何准确分析受端系统的接纳能力亟待深入研究。以实际特高压直流分层接入工程为研究对象,建立分层接入方式下交直流系统的等效模型;在影响因素分析的基础上完善分层接入短路比的定义,并分析其对受端电网接纳能力的影响;推导临界短路比和边界短路比的数学公式,提出分层接入方式下受端系统强弱的量化判断标准。云广特高压直流孤岛运行方式下单极闭锁故障分析
摘要：送端孤岛运行方式要作为云广特高压直流的一种正常运行方式,一个基本要求是该方式能够经受长期运行中可能发生的各种典型故障冲击,其中直流单极闭锁故障是必须能够承受的一种严重故障。该文基于孤岛方式现场调试结果,对额定功率运行条件下直流单极闭锁故障试验进行了分析,利用精确的电磁暂态仿真,重点分析单极闭锁后送端孤岛交流系统中发电机组电力系统稳定器（power system stabilizer,PSS）反调作用对故障恢复过程的影响,研究减小PSS输出限幅值对改善故障恢复性能的作用。分析结论为实际运行中采用孤岛运行方式提供了重要的技术支持。直流逆变端扰动对整流端影响机制及应对措施
摘要：特高压直流大容量送电使交直流相互作用程度加剧,直流传播逆变端交流电网扰动及其对整流端电网的影响,已不容忽视。该文首先建立了直流异步联网测试系统;研究了逆变端交流电压慢速起伏波动,以及快速跌落与恢复两种动态过程中,换流器触发角以及直流电流的暂态响应轨迹,揭示了直流传播逆变端扰动的机制;研究了整流站受扰功率响应特性,以及交流电网强度、直流控制参数等因素对其影响。在此基础上,针对哈密—郑州？800 kV/8 000 MW特高压直流输电工程中,逆变端故障引发整流端过电压冲击威胁,提出了加强电网结构和优化网源稳态无功配置的缓解措施,仿真结果验证了措施的有效性。？800kV特高压直流换流阀地震响应分析
摘要：位于地震高烈度区的换流站中换流阀塔的抗震性能对换流站的安全运行有重要意义。以？800 kV特高压直流换流站的高端换流阀厅及换流阀塔为原型,采用非线性弹簧单元模拟悬吊绝缘子,建立了有限元模型进行时程响应的分析计算。结果表明,地震作用下阀塔底部水平位移响应可超过1 m,绝缘子的非线性特性使得阀塔竖向加速度响应剧烈,阀层出现＂弹跳＂现象。阀厅对地震波的放大作用可增大阀塔的加速度响应,但对位移响应影响有限。由于阀塔的高阶局部振型频率与阀厅基频接近,阀厅与阀塔发生共振导致阀塔顶部水平加速度响应巨大。建议采用直径更大的悬吊绝缘子以防止屈曲,并采取措施限制阀塔底部的水平位移。基于行波瞬时频率的高压直流输电线路故障测距方法
摘要：在线路行波类测距方法中,存在行波到达时刻与行波传播速度难以有机统一的问题。在研究直流线路故障行波速度与行波到达时刻的特定瞬时频率关系的基础上,分析瞬时频率影响行波测距的机理,提出一种基于行波瞬时频率且波头到达时刻与波速相有机统一的故障测距思想。利用改进的希尔伯特–黄变换形成故障暂态信号的时频图,依据时频图标定行波到达时刻与该时刻特定的瞬时频率,再经由瞬时频率求取相应的波速度,形成高压直流线路故障测距实用算法。在PSCAD软件上进行的仿真测试,表明所提测距方法及其算法受过渡电阻、故障类型影响较小,不同故障距离下测距精度都较高,也得到了现场实测数据的验证。混合式MMC及其直流故障穿越策略优化
摘要：模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）应用于大容量架空线输电系统是柔性直流输电技术的研究热点,直流故障的处理是研究的难点。针对一种整流侧采用电网换相换流器（line commutated converter,LCC）、逆变侧采用混合式模块化多电平换流器的混合直流输电系统,重点研究混合式MMC的优化设计、过调制及直流故障穿越问题。推导在满足低直流电压过调制运行、直流故障穿越和子模块电容电压平衡条件下其全桥子模块（full bridge sub-module,FBSM）和半桥子模块（half bridge sub-module,HBSM）的数目配置要求。并提出混合式MMC直流故障穿越的优化控制策略,可以更好地平衡子模块电容电压,且在直流故障期间仍可保持对交流系统的无功功率补偿。最后在PSCAD/EMTDC仿真环境中建立该混合直流输电系统模型,对直流故障穿越和过调制运行进行仿真研究,结果证明优化策略的有效性。考虑相对误差和计算复杂度的MMC最佳等效仿真电平数的确定方法
摘要：模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）已经展现出极其重要的工程应用前景,然而,即使采用超高电平数的MMC精确等效模型也无法满足未来直流电网的需求。因此,对MMC高效模型进行相对误差分析,以寻求满足特定模型精度和计算效率的等效仿真最佳电平数具有重要意义。文中以451电平MMC戴维南等效模型为基准,首先提出精确仿真不同电平MMC时的仿真步长计算方法。然后根据MMC等效模型与详细模型的仿真误差,采用基于测量所得客观权重的改进层次分析法,将各电气量的相对误差整合为该电平数下MMC的综合相对误差。在与基准模型电气参数相同的一系列电平数MMC中,分别仿真和计算得到稳态、交流系统暂态和直流系统暂态情况下的相对误差曲线,同时测量3种工况下各电平数MMC的仿真用时,采用归一化方法和曲线拟合,得到各工况下的最佳电平数。进而利用基于客观权重的层次分析法,根据不同场合对精度和效率的需求,得到不同权重比下的综合MMC等效仿真最佳电平数。最后,通过仿真算例验证最佳电平数MMC模型的合理性和有效性，采用功率同步控制的MMC-HVDC功率极限分析
摘要：针对适用于接入弱交流系统的模块化多电平换流器型柔性直流输电（modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC）功率同步控制,该文从3个角度研究影响交直流系统最大可交换功率的因素。首先从系统稳态模型分析得到接入点短路比、系统阻抗角及潮流方向对交直流系统交换功率产生的影响;然后根据功率同步控制策略建立计及电路和控制系统动态的小信号模型,通过与PSCAD/EMTDC中搭建的详细模型比较,验证小信号模型的有效性,分析小信号模型系统矩阵的特征根并经仿真验证可知,采用功率同步控制的MMC连结弱交流系统时可运行于逼近稳态功率极限且保持小信号稳定,连结强交流系统时阻尼不足;最后针对功率同步控制策略特有的同步稳定问题,寻找系统在不对称故障、对称故障、联网向无源供电状态切换等暂态过程中保持稳定时系统最小短路比,得到交流系统短路比稍大于1即可保证额定运行的换流器具备故障穿越能力。基于模型预测控制的模块化多电平变流器新型混合控制策略
摘要：针对已有的模块化多电平变流器控制方法需要多个参数控制器、整定复杂、计算量大及控制精度不稳定等不足,提出一种基于双闭环–模型预测控制的模块化多电平变流器新型混合控制策略。该策略采用双闭环控制实现交流侧功率无静差控制,采用建立代价方程和选取最优开关状态实现环流控制和子模块均压控制,并引入权重因子实现降低器件开关频率的目标。通过搭建11电平MMC仿真控制系统对所述理论进行验证,仿真结果表明,与已有控制方法相比,所提方法计算效率高,控制精度好,鲁棒性强。采用逆阻型子模块的新型模块化多电平换流器
摘要：模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）是高压直流输电系统领域中极具工程应用前景的电压源拓扑之一。在分析典型子模块拓扑特点的基础上,该文提出一种新型的逆阻型半桥子模块（reverse blocking half bridge sub-module,RB-HBSM）的MMC拓扑,用于解决传统MMC的故障穿越能力问题。开展了RB-HBSM及其构成的MMC拓扑的故障电流阻断机理及其主要功率开关器件的电气应力分析研究,提出了故障控制流程,最后通过仿真算例对所提出的子模块拓扑进行了验证。仿真结果表明,新型RB-HBSM-MMC拓扑在不改变原有控制策略与调制策略的情况下,能够迅速实现故障电流阻断效果,有助于进一步降低系统的复杂程度。模块化多电平变流器模块电压纹波抑制策略及应用
摘要：降低子模块电容电压波动可以减少模块化多电平变流器系统成本、延长运行寿命。首先利用数值计算方法分析传统环流抑制策略对纹波抑制的原因,再通过模块瞬时功率波动表征子模块波动状态,以功率波动最低的目标计算出特定的环流量控制最优解来抑制模块电容波动。再根据计算出的电流瞬时值表达式,分析不同调制比及功率因数角对抑制纹波效果的影响。最后通过Matlab仿真系统及RT-Lab半实物样机平台在载波移相及最近电平逼近两种调制方式下对纹波抑制策略进行验证,分析了功率因数对抑制效果的影响,比较了传统环流抑制及瞬时电流注入对电容纹波的效果,验证其在特定工况下对两种调制方法的适用性。模块化多电平换流器的结构可靠性分析
摘要：模块化多电平换流器（modular multi-level converter,MMC）是柔性直流输电系统中的关键设施,其可靠性关系到整个输电系统的安全稳定运行。该文基于拓扑分析,综合考虑子模块、控制保护系统及阀冷系统等部件,建立了详细的MMC可靠性模型,并利用k/n（G）模型和伽玛（Gamma）分布分别构建MMC在两种备用策略下的可靠度函数。基于所建立的可靠性模型,定量分析了元件冗余及其冗余度、子模块备用策略对MMC可靠性的影响,分析结果可为MMC拓扑设计和备用安排提供必要的信息。柔性高压直流输电系统数字物理混合仿真功率接口及其算法
摘要：提出一种适用于模块化多电平换流器高压直流输电系统数字物理混合仿真阻抗实时匹配的接口算法。针对功率接口引起的数字物理混合仿真系统稳定性和精确性问题,在采用戴维南等效方法建立MMC模型的基础之上,构建基于阻尼阻抗法的双端高压直流输电数字物理混合仿真系统;通过数字仿真验证该系统良好的稳定性性能,同时也揭示出接口延时对仿真精确性的影响。提出基于dq坐标变换重构电压信号的延时补偿控制方法,可减小接口延时产生的系统误差,提高数字物理混合仿真系统的精度。仿真结果表明,所提改进阻尼阻抗接口算法能够保证混合仿真系统在不同扰动下稳定运行,功率最大相对误差小于2%,具有优越的稳定性和精确性性能。一种二极管箝位型MMC的高效等值建模方法
摘要：二极管箝位型模块化多电平换流器（modular multilevel converter based on diode clamp sub-module,DCSM-MMC）具有可自清除直流故障、电力电子器件成本低的优点,特别适合远距离架空线直流输电应用。为满足工程研究需求,实现DCSM-MMC的高效率＂一比一＂电磁暂态仿真,提出一种DCSM-MMC的高效等值建模方法。该方法将桥臂级联子模块等效为一个桥臂导通压降模型和一个复合等值模型。复合等值模型由4个辅助二极管、2个转换开关和2个受控电压源构成。通过借助PSCAD/EMTDC自身提供的二极管,复合等值模型有效解决了换流器闭锁、解锁行为的精确模拟问题。同时,所提方法对DCSM-MMC的桥臂导通压降进行了准确建模,简化了受控电压源的等值建模过程。研究结果表明：提出的高效等值建模方法仿真精度良好,仿真效率高,建模过程简洁,适应性好,便于移植。一种模块化多电平换流阀的等效功率对冲试验及其控制方法
摘要：文中分析比较现有模块化多电平换流器的换流阀等效功率试验的试验方法,针对目前方案不能真实反应换流阀的实际运行工况,有些试验方法控制较复杂的不足,对换流阀稳态工况下的电压、电流和功率特性进行详细的分析,并提出一种新型的模块化多电平换流器的换流阀功率对冲试验的试验方法。该方法可以最大程度的构造换流阀的实际运行工况,并可以独立和有效的调节换流阀的有功和无功功率。在分析试验方法原理的基础上,通过实际工程物理样机做试验验证。试验结果验证了所提方案的正确性、可行性和有效性。直流电网潮流分级分区控制方法
摘要：为了解决下垂控制无法实现功率无差控制的缺陷以及方便直流电网的分区管理,设计直流电网潮流的分级分区控制。该控制包括集中控制和本地控制两部分。集中控制利用集控中心的潮流计算程序计算得到的各换流站节点的电压,以直流电压计算值修正各下垂控制站的直流电压参考值从而实现各换流站的功率无差控制。本地控制不依赖于集控中心,包括积差控制、分区控制和联络线功率紧急支援控制。积差控制利用本地监测量修正下垂控制的电压参考值实现换流站功率无差控制。分区控制用于将本区内的功率不平衡限制在本区内,防止对区外直流电网功率产生影响。联络线功率紧急控制用于调控某区内所有换流站的有功功率,为其他区域提供紧急功率支援从而将紧急功率支援任务分散到各个换流站上。所设计的控制器在一个七站两区域直流电网上得到了验证。
