A hybrid of line commutated converters(LCCs)and modular multi-level converters(MMCs)can provide the advantages of both the technologies.However,the commutation failure still exists if the LCC operates as an inverter i...A hybrid of line commutated converters(LCCs)and modular multi-level converters(MMCs)can provide the advantages of both the technologies.However,the commutation failure still exists if the LCC operates as an inverter in a hybrid LCC/MMC system.In this paper,the system behavior during a commutation failure is investigated.Both halfbridge and full-bridge MMCs are considered.Control strategies are examined through simulations conducted in PSCAD/EMTDC.Additionally,commutation failure protection strategies for multi-terminal hybrid LCC/MMC systems with AC and DC circuit breakers are studied.This paper can contribute to the protection design of future hybrid LCC/MMC systems against commutation failures.展开更多
为解决基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)在陆上交流电网故障时出现的盈余功率问题,首先计算验证了能量预警值的合理性,并设计了自适应动作能量值,...为解决基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)在陆上交流电网故障时出现的盈余功率问题,首先计算验证了能量预警值的合理性,并设计了自适应动作能量值,解决距离和控制转换时延造成子模块过电压的问题;然后分析网侧变流器(grid-side converter,GSC)在低压穿越期间的动态输出特性,提出了基于直流电压变化率反馈的海上换流站精准降压控制用以进行风机减载;最终通过整定协同控制的逻辑与控制参数,提出了一种基于风机精准减载与子模块电容能量协同控制的低电压故障穿越策略,解决故障期间系统能量裕度利用率低与耗能装置投资大的问题。在MATLAB/Simulink中搭建系统仿真模型验证方法有效性,并与现有方法比较。仿真结果表明,所提方法可显著减少甚至避免耗能装置的投入,且具有自适应性,可在不同故障工况下尽可能利用MMC-HVDC系统的能量裕度,尤其在故障程度较轻的工况下,能在故障消除时保留部分能量裕度,有效应对电压二次跌落,提高系统低压穿越能力。展开更多
柔性直流电网的故障检测与保护研究是当前电力领域的关键技术。直流电网发生故障时,故障电流迅速上升导致电网系统设备损坏且稳定性下降,因此对故障保护系统的快速性和可靠性要求极高。通过比较线路上限流电感电压值在故障前后的变化,...柔性直流电网的故障检测与保护研究是当前电力领域的关键技术。直流电网发生故障时,故障电流迅速上升导致电网系统设备损坏且稳定性下降,因此对故障保护系统的快速性和可靠性要求极高。通过比较线路上限流电感电压值在故障前后的变化,提出一种利用限流电感两端电压比值实现线路故障识别的方法。在PSCAD/EMTDC仿真平台建立四端模块化多电平换流器型柔性直流输电(modular multilevel converter high voltage direct current,MMC-HVDC)电网模型,对所提出的方法进行故障启动、类型识别和极线选择验证。在故障被正确识别后,相应的直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)能够正确动作并隔离故障。此外,还对系统的性能指标以及故障过渡电阻值、故障后系统的噪声、故障距离和通信误差方面因素进行可行性分析。研究结果表明,所提出的故障保护方案能够准确识别并且快速隔离故障,从而保障电网安全稳定运行。展开更多
针对模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC)系统,提出了一种创新的换流器桥臂保护方法。首先,分析了在换流器单桥臂接地以及单相桥臂间接地情况下电流的流通路径,构建...针对模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC)系统,提出了一种创新的换流器桥臂保护方法。首先,分析了在换流器单桥臂接地以及单相桥臂间接地情况下电流的流通路径,构建了等值电路,并推导了换流器闭锁前后桥臂电流的表达式。基于此,剖析了故障后三相桥臂电流之和的独有特征,提出了通过检测三相桥臂和电流的基频分量是否为零来区分桥臂内部故障与外部故障的保护策略。鉴于现有桥臂保护方法无法有效应对换流器单相桥臂间短路的问题,进一步研究了此类短路情况下的特性,发现故障相上、下桥臂电流仅包含基频分量而不含直流分量,从而制定了相应的动作判据。将三相桥臂和电流保护与单相桥臂间短路保护判据进行,能够全面识别换流器桥臂上发生的各种故障,丰富和完善了换流器桥臂的保护原理。最终,通过在MATLAB/SimulinK中搭建双极MMC-HVDC系统仿真模型验证了所提出保护方法的有效性和可靠性。展开更多
针对可再生能源通过电力电子设备并人电力系统,导致电网系统强度减弱,物理惯性降低的问题,文章提出一种适用于柔性直流输电(Modular Multilevel Converter Based High Voltage Direct Current,MMC-HVDC)连接弱交流系统MMC内部能量控制...针对可再生能源通过电力电子设备并人电力系统,导致电网系统强度减弱,物理惯性降低的问题,文章提出一种适用于柔性直流输电(Modular Multilevel Converter Based High Voltage Direct Current,MMC-HVDC)连接弱交流系统MMC内部能量控制的组网控制策略。在下重组网控制的基础上,加入惯性环节和PI控制环节,使得MMC能够自动跟踪负荷变化调整自身功率输出,实现对交流电压和频率的无差调节。针对组网控制的MMC内部能量波动较大的问题,设计了一种MMC内部能量补偿控制策略,该策略能够有效降低子模块电容电压波动。最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台建立MMC-HVDC系统,并选取交流系统负荷增加、负荷减少两种工况,验证了所提控制策略的可行性和有效性。展开更多
模块化多电平换流器型直流输电系统(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMCHVDC)和交流线路可为重要负荷双路供电,因此MMCHVDC需具备在联网运行状态和孤岛运行状态间稳定转换的能力。该文分析了MMC在联...模块化多电平换流器型直流输电系统(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMCHVDC)和交流线路可为重要负荷双路供电,因此MMCHVDC需具备在联网运行状态和孤岛运行状态间稳定转换的能力。该文分析了MMC在联网状态和孤岛状态间相互转换的过程,并设计了一种基于本地电气量的MMC控制模式切换策略。之后,对MMC无源供电控制器进行改进,设计了一种无需切换控制模式的MMC下垂控制策略。最后,通过PSCAD仿真对上述2种转换策略进行验证和比较,结果表明2种策略均能使MMC在联网状态和孤岛状态间稳定转换。2种策略各有优缺点,实际应用中MMC需依据具体的控制目标选取合适的策略。展开更多
模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)作为一种新型多电平拓扑结构的电压源换流器,具有扩展性强、输出电压质量高、谐波含量少等优点,已经展现出极其重要的工程应用前景。首先介绍了模块化多电平高压直流输电(Modular ...模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)作为一种新型多电平拓扑结构的电压源换流器,具有扩展性强、输出电压质量高、谐波含量少等优点,已经展现出极其重要的工程应用前景。首先介绍了模块化多电平高压直流输电(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current,MMC-HVDC)的拓扑结构及运行原理,然后通过故障附加状态网络分别对区内和区外故障进行了分析,并利用二阶微分法提取了故障时电压、电流的故障分量,得出了保护策略。根据故障网络分析可知,当直流线路发生区内故障时,电流故障分量极性相同;当直流线路发生区外故障时,电流故障分量极性相反。因此,可以根据电流故障分量的极性是否相同来识别区内、外故障,利用二阶微分法来提取故障时电流的故障分量,用以识别区内、外故障。另外,根据故障网络分析还发现,当直流线路发生区内故障时,单极故障时电压故障分量极性相同,双极故障时电压故障分量极性相反。因此,可以根据电压故障分量的极性是否相同来识别故障极。利用二阶微分法来提取故障时电压的故障分量,根据电压故障分量的极性,识别故障所在的极。最后利用PSCAD电磁暂态仿真软件建立了MMC-HVDC的仿真模型。仿真结果验证了故障分析以及保护方法的正确性。展开更多
对于采用模块化多电平换流器技术的柔性直流(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)输电系统,在不对称电网电压下,阀侧电流失衡及功率波动会对其稳定运行会产生负面影响。为解决该问题,通过分析不...对于采用模块化多电平换流器技术的柔性直流(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)输电系统,在不对称电网电压下,阀侧电流失衡及功率波动会对其稳定运行会产生负面影响。为解决该问题,通过分析不对称电网电压条件下MMC内部动态特性,提出一种MMC控制优化方法,可以实现抑制交流电流失衡、瞬时功率波动以及稳定系统直流电压、电流的多目标控制;同时,构建一种基于多复系数滤波器的自适应锁相环,在电网电压不对称工况下实现了对电网相位的快速跟踪,从而提高了系统控制的精度。最后,基于RT-LAB5600实时在线仿真平台,搭建31电平MMC-HVDC仿真模型,验证了所提控制优化方法的有效性。展开更多
首先介绍在远距离大容量输电场合,3种基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)拓扑及其处理直流故障的方法:基于半桥子模块(half bridge sub-module,HBSM)的HMMC-H...首先介绍在远距离大容量输电场合,3种基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)拓扑及其处理直流故障的方法:基于半桥子模块(half bridge sub-module,HBSM)的HMMC-HVDC跳换流站交流侧断路器,基于箝位双子模块(clamp double sub-module,CDSM)的CMMCHVDC通过换流器控制实现直流侧故障自清除,以及基于电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和MMC的混合拓扑在MMC直流出口处加装大功率二极管(LCC-D-MMC-HVDC)。然后,在由MMC-HVDC和交流线路构成的交直流并列简化系统中,基于等面积法则,对上述3种直流故障处理方法的暂态过程进行理论分析,并提出评价指标。最后通过仿真验证了分析结果。展开更多
基金supported by the Science and Technology Project of the State Grid Corporation of China,HVDC Systems/Grids for Transnational Interconnections(Project number:SGTYHT/16-JS-198).
文摘A hybrid of line commutated converters(LCCs)and modular multi-level converters(MMCs)can provide the advantages of both the technologies.However,the commutation failure still exists if the LCC operates as an inverter in a hybrid LCC/MMC system.In this paper,the system behavior during a commutation failure is investigated.Both halfbridge and full-bridge MMCs are considered.Control strategies are examined through simulations conducted in PSCAD/EMTDC.Additionally,commutation failure protection strategies for multi-terminal hybrid LCC/MMC systems with AC and DC circuit breakers are studied.This paper can contribute to the protection design of future hybrid LCC/MMC systems against commutation failures.
文摘为解决基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)在陆上交流电网故障时出现的盈余功率问题,首先计算验证了能量预警值的合理性,并设计了自适应动作能量值,解决距离和控制转换时延造成子模块过电压的问题;然后分析网侧变流器(grid-side converter,GSC)在低压穿越期间的动态输出特性,提出了基于直流电压变化率反馈的海上换流站精准降压控制用以进行风机减载;最终通过整定协同控制的逻辑与控制参数,提出了一种基于风机精准减载与子模块电容能量协同控制的低电压故障穿越策略,解决故障期间系统能量裕度利用率低与耗能装置投资大的问题。在MATLAB/Simulink中搭建系统仿真模型验证方法有效性,并与现有方法比较。仿真结果表明,所提方法可显著减少甚至避免耗能装置的投入,且具有自适应性,可在不同故障工况下尽可能利用MMC-HVDC系统的能量裕度,尤其在故障程度较轻的工况下,能在故障消除时保留部分能量裕度,有效应对电压二次跌落,提高系统低压穿越能力。
文摘柔性直流电网的故障检测与保护研究是当前电力领域的关键技术。直流电网发生故障时,故障电流迅速上升导致电网系统设备损坏且稳定性下降,因此对故障保护系统的快速性和可靠性要求极高。通过比较线路上限流电感电压值在故障前后的变化,提出一种利用限流电感两端电压比值实现线路故障识别的方法。在PSCAD/EMTDC仿真平台建立四端模块化多电平换流器型柔性直流输电(modular multilevel converter high voltage direct current,MMC-HVDC)电网模型,对所提出的方法进行故障启动、类型识别和极线选择验证。在故障被正确识别后,相应的直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)能够正确动作并隔离故障。此外,还对系统的性能指标以及故障过渡电阻值、故障后系统的噪声、故障距离和通信误差方面因素进行可行性分析。研究结果表明,所提出的故障保护方案能够准确识别并且快速隔离故障,从而保障电网安全稳定运行。
文摘针对模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC)系统,提出了一种创新的换流器桥臂保护方法。首先,分析了在换流器单桥臂接地以及单相桥臂间接地情况下电流的流通路径,构建了等值电路,并推导了换流器闭锁前后桥臂电流的表达式。基于此,剖析了故障后三相桥臂电流之和的独有特征,提出了通过检测三相桥臂和电流的基频分量是否为零来区分桥臂内部故障与外部故障的保护策略。鉴于现有桥臂保护方法无法有效应对换流器单相桥臂间短路的问题,进一步研究了此类短路情况下的特性,发现故障相上、下桥臂电流仅包含基频分量而不含直流分量,从而制定了相应的动作判据。将三相桥臂和电流保护与单相桥臂间短路保护判据进行,能够全面识别换流器桥臂上发生的各种故障,丰富和完善了换流器桥臂的保护原理。最终,通过在MATLAB/SimulinK中搭建双极MMC-HVDC系统仿真模型验证了所提出保护方法的有效性和可靠性。
文摘针对可再生能源通过电力电子设备并人电力系统,导致电网系统强度减弱,物理惯性降低的问题,文章提出一种适用于柔性直流输电(Modular Multilevel Converter Based High Voltage Direct Current,MMC-HVDC)连接弱交流系统MMC内部能量控制的组网控制策略。在下重组网控制的基础上,加入惯性环节和PI控制环节,使得MMC能够自动跟踪负荷变化调整自身功率输出,实现对交流电压和频率的无差调节。针对组网控制的MMC内部能量波动较大的问题,设计了一种MMC内部能量补偿控制策略,该策略能够有效降低子模块电容电压波动。最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台建立MMC-HVDC系统,并选取交流系统负荷增加、负荷减少两种工况,验证了所提控制策略的可行性和有效性。
文摘模块化多电平换流器型直流输电系统(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMCHVDC)和交流线路可为重要负荷双路供电,因此MMCHVDC需具备在联网运行状态和孤岛运行状态间稳定转换的能力。该文分析了MMC在联网状态和孤岛状态间相互转换的过程,并设计了一种基于本地电气量的MMC控制模式切换策略。之后,对MMC无源供电控制器进行改进,设计了一种无需切换控制模式的MMC下垂控制策略。最后,通过PSCAD仿真对上述2种转换策略进行验证和比较,结果表明2种策略均能使MMC在联网状态和孤岛状态间稳定转换。2种策略各有优缺点,实际应用中MMC需依据具体的控制目标选取合适的策略。
文摘模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)作为一种新型多电平拓扑结构的电压源换流器,具有扩展性强、输出电压质量高、谐波含量少等优点,已经展现出极其重要的工程应用前景。首先介绍了模块化多电平高压直流输电(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current,MMC-HVDC)的拓扑结构及运行原理,然后通过故障附加状态网络分别对区内和区外故障进行了分析,并利用二阶微分法提取了故障时电压、电流的故障分量,得出了保护策略。根据故障网络分析可知,当直流线路发生区内故障时,电流故障分量极性相同;当直流线路发生区外故障时,电流故障分量极性相反。因此,可以根据电流故障分量的极性是否相同来识别区内、外故障,利用二阶微分法来提取故障时电流的故障分量,用以识别区内、外故障。另外,根据故障网络分析还发现,当直流线路发生区内故障时,单极故障时电压故障分量极性相同,双极故障时电压故障分量极性相反。因此,可以根据电压故障分量的极性是否相同来识别故障极。利用二阶微分法来提取故障时电压的故障分量,根据电压故障分量的极性,识别故障所在的极。最后利用PSCAD电磁暂态仿真软件建立了MMC-HVDC的仿真模型。仿真结果验证了故障分析以及保护方法的正确性。
文摘对于采用模块化多电平换流器技术的柔性直流(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)输电系统,在不对称电网电压下,阀侧电流失衡及功率波动会对其稳定运行会产生负面影响。为解决该问题,通过分析不对称电网电压条件下MMC内部动态特性,提出一种MMC控制优化方法,可以实现抑制交流电流失衡、瞬时功率波动以及稳定系统直流电压、电流的多目标控制;同时,构建一种基于多复系数滤波器的自适应锁相环,在电网电压不对称工况下实现了对电网相位的快速跟踪,从而提高了系统控制的精度。最后,基于RT-LAB5600实时在线仿真平台,搭建31电平MMC-HVDC仿真模型,验证了所提控制优化方法的有效性。
