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采用低比例全桥的混合MMC及其直流故障穿越策略

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中国电机工程学报 2024年

作者：张紫如赵西贝贾秀芳熊岩周月宾袁智勇徐义良新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 直流输电技术全国重点实验室(南方电网科学研究院有限责任公司)

通过模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)进行远距离、大容量输电，是推广可再生能源外送的重要方案。半全混合MMC可利用全桥子模块的负压输出能力，满足阀组在线投退、无闭锁直流故障穿越等运行需求，但全桥子模块... 详细信息

通过模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)进行远距离、大容量输电，是推广可再生能源外送的重要方案。半全混合MMC可利用全桥子模块的负压输出能力，满足阀组在线投退、无闭锁直流故障穿越等运行需求，但全桥子模块占比通常不得低于50%，使得混合MMC的成本居高不下。为提升混合MMC工程经济性，本文提出了一种全桥占比降低的混合MMC设计方法。首先，利用子模块短时升压能力，分析不同直流电压调节需求下的混合MMC全桥占比要求，提出低全桥占比的混合MMC运行原理。其次，针对全桥占比降低导致的故障阶段全桥子模块过压风险，从子模块电容电压控制与定直流电流控制两个维度提出抑制子模块过压的故障穿越控制策略。最后，提出了暂态子模块电压峰值的离散化计算方法。基于PSCAD的仿真表明，全桥占比40%的MMC升压1.25 倍后，可具备与全桥占比50%的MMC相似的故障穿越能力，子模块电压最大为1.37 p.u.，处于安全运行区间内，验证了所提方案可行性与计算方法有效性。

关键词：高压直流输电模块化多电平换流器全桥子模块子模块电压直流故障半全混合

高压大容量柔性直流换流阀关键设计和发展趋势

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电源学报 2024年第3期22卷 1-14页

作者：饶宏周月宾陈煜坤杨柳赵彪易荣盛俊毅直流输电技术全国重点实验室(南方电网科学研究院有限责任公司) 广州510663 清华大学电机系北京100084 荣信汇科电气股份有限公司鞍山114051 特变电工西安柔性输配电有限公司西安710061

柔性直流输电技术具有控制灵活性高、无换相失败问题和动态无功支撑能力强等突出优点,已广泛应用于点对点输电、背靠背联网和构建直流电网等场景。柔性直流换流阀通过功率器件的频繁开断来实现交、直流的电能转换,是柔性直流输电工程的... 详细信息

柔性直流输电技术具有控制灵活性高、无换相失败问题和动态无功支撑能力强等突出优点,已广泛应用于点对点输电、背靠背联网和构建直流电网等场景。柔性直流换流阀通过功率器件的频繁开断来实现交、直流的电能转换,是柔性直流输电工程的核心设备。首先,结合工程实践经验,系统梳理并提出了不同应用场景下柔性直流换流阀的关键设计要求,对比分析了柔性直流输电工程中常用的功率器件及柔性直流换流阀拓扑,展望了柔性直流换流阀的发展趋势。此外,针对2种典型的未来应用场景,对比了不同的技术方案,可为柔性直流输电技术应用于高压大容量远距离输电场景提供有益借鉴。

关键词：电压源型换流器高压直流输电模块化多电平换流器电力电子器件新能源

大规模新能源超远距离送出的柔性直流系统集成设计方案

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南方电网技术 2024年第3期18卷 34-44页

作者：冯俊杰辛清明赵晓斌傅闯袁智勇黄碧月周月宾邹常跃侯婷直流输电技术全国重点实验室(南方电网科学研究院) 广州510663 强电磁技术全国重点实验室(华中科技大学) 武汉430074

沙漠、戈壁、荒漠等地区大规模新能源输送负荷中心是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要举措。介绍了基于常规直流和柔性直流的大规模新能源超远距离送出方案,从适用场景、过电压、电压与无功功率调节能力、经济性等方面对比了两种方案... 详细信息

沙漠、戈壁、荒漠等地区大规模新能源输送负荷中心是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要举措。介绍了基于常规直流和柔性直流的大规模新能源超远距离送出方案,从适用场景、过电压、电压与无功功率调节能力、经济性等方面对比了两种方案的优劣,柔性直流送出方案具有较好的技术经济优势。提出了适用于千万千瓦级新能源基地超远距离送出的柔性直流系统集成设计方案,包括±800 kV/10 GW四端柔性直流输电系统的电气主接线、主回路参数、协调控制策略、交直流卸荷装置配置等。研究了双极单阀组和高低阀组方案选择、送端多阀组交流电压协同控制、高低阀组直流电压平衡控制等关键技术,提出了交直流卸荷装置的配置方案及投切策略。基于电磁暂态仿真验证了所提柔性直流设计方案的有效性。

关键词：大规模新能源常规直流柔性直流超远距离集成设计

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电网抵御凝冻灾害融冰关键技术及其应用

中国科技成果 2024年第8期25卷 54-55页

作者：无曾华荣傅闯马晓红赵庆明许建中周月宾班国邦杨旗张迅贵州电网有限责任公司南方电网科学研究院有限责任公司贵州理工学院南京南瑞继保电气有限公司北京四方继保自动化股份有限公司华北电力大学中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司不详

低温凝冻灾害是电力系统面临的主要威胁.我国南方地区常年受到低温凝冻灾害的侵袭.如何高效、可控、安全、精准地进行除冰,以应对大规模灾害对电网的侵害,一直是国内外的难题.特别是2008年南方17省区遭受百年一遇的低温凝冻灾害,贵州电... 详细信息

低温凝冻灾害是电力系统面临的主要威胁.我国南方地区常年受到低温凝冻灾害的侵袭.如何高效、可控、安全、精准地进行除冰,以应对大规模灾害对电网的侵害,一直是国内外的难题.特别是2008年南方17省区遭受百年一遇的低温凝冻灾害,贵州电网受灾最为严重,几乎陷入瘫痪.项目针对以贵州为代表的南方区域电网抵御凝冻灾害的实际需求,在国家和省部级科技项目支持下,历时10余年持续创新,全面突破电网抵御凝冻灾害融冰关键技术,成功抵御2011年以来南方区域大范围低温凝冻天气的侵袭,保障了电力基础设施安全和能源正常供应.

关键词：凝冻灾害贵州电网电力系统区域电网电力基础设施融冰百年一遇持续创新

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柔性直流输电技术在大电网中的应用与实践

高电压技术 2022年第9期48卷 3347-3355页

作者：饶宏黄伟煌郭知非周月宾直流输电技术国家重点实验室(南方电网科学研究院有限责任公司) 广州510663

柔性直流输电是基于电压源换流器原理的新型直流输电技术,具有无换相失败、有功无功解耦、运行稳定等优点,改善交直流相互影响问题和提高电网稳定性的作用显著。该文对柔性直流的技术特点和发展现状进行了介绍,系统性地阐述了柔性直流... 详细信息

柔性直流输电是基于电压源换流器原理的新型直流输电技术,具有无换相失败、有功无功解耦、运行稳定等优点,改善交直流相互影响问题和提高电网稳定性的作用显著。该文对柔性直流的技术特点和发展现状进行了介绍,系统性地阐述了柔性直流输电技术提升大电网稳定性方面的作用,介绍了我国柔性直流技术在大电网应用的工程实践经验,并展望了新型电力系统下柔性直流技术在电网惯性支撑、大规模新能源传输的新技术,为柔性直流技术在新型电力系统的发展与应用提供参考。

关键词：柔性直流输电电网稳定性电网结构优化惯性支撑新型电力系统新能源送出

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柔性直流输电技术的工程应用和发展展望

电力系统自动化 2023年第1期47卷 1-11页

作者：饶宏周月宾李巍巍邹常跃王泽青直流输电技术国家重点实验室(中国南方电网科学研究院有限责任公司) 广东省广州市510663 华南理工大学电力学院广东省广州市510640

柔性直流输电技术作为新一代的直流输电技术,具有有功无功独立控制、响应快速灵活、扩展性强等突出优点,广泛应用于风电送出、电网互联、无源网络供电和远距离大容量输电等场景。在中国新型电力系统建设的背景下,针对新能源送出和多直... 详细信息

柔性直流输电技术作为新一代的直流输电技术,具有有功无功独立控制、响应快速灵活、扩展性强等突出优点,广泛应用于风电送出、电网互联、无源网络供电和远距离大容量输电等场景。在中国新型电力系统建设的背景下,针对新能源送出和多直流馈入电网安全稳定提升等重大需求,柔性直流输电技术优势将进一步凸显。文中对柔性直流输电技术的发展现状和趋势进行梳理,以多个代表性的柔性直流输电工程为例,系统地阐述了中国柔性直流输电技术的工程实践经验,重点介绍了柔性直流输电技术在新能源送出、电网互联和远距离大容量输电的典型应用及工程运行情况。最后,文中分析了新型电力系统下柔性直流输电技术的发展前景并指出所面临的挑战,为柔性直流输电技术的发展与应用提供参考。

关键词：高压直流柔性直流输电新型电力系统新能源

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模块化多电平换流器的三轴解耦控制策略

电力建设 2022年第5期43卷 29-39页

作者：王凯伦宋强周月宾杨柳张楠电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室(清华大学) 北京市100084 直流输电技术国家重点实验室(南方电网科学研究院) 广州市510663 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心广州市510663

通过对采用传统dq两轴解耦控制器的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的分析,揭示了直流端口电压和子模块电容电压的耦合效应,及其所引起的直流端口等效电容效应和子模块电容电压偏差效应。将上、下桥臂电压之和作... 详细信息

通过对采用传统dq两轴解耦控制器的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的分析,揭示了直流端口电压和子模块电容电压的耦合效应,及其所引起的直流端口等效电容效应和子模块电容电压偏差效应。将上、下桥臂电压之和作为可变的直流内电势,并将直流电流作为新的内环状态量,提出了具有三个内环状态变量的三轴解耦控制器。基于新引入的直流电流状态变量,可以使直流端口电压与子模块电容电压控制解耦,同时实现子模块电容的直接控制和直流端口电压/电流的快速灵活控制。基于所提出的内环三轴解耦控制器,针对不同运行场合需求设计了多种外环控制器,可以灵活实现直流电压、有功功率、无功功率、电容电压的控制,适应MMC的各种运行方式。对不同运行方式的MMC进行了仿真研究,验证了所提出的三轴解耦控制的有效性。

关键词：模块化多电平 dq解耦控制直流内电势三轴解耦控制

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含柔性互联节点的高压配电网优化调控

南方电网技术 2023年第1期17卷 55-62页

作者：班国邦蔡欢袁旭峰熊岩周月宾贵州电网有限责任公司电力科学研究院贵阳550002 南方电网公司防冰减灾重点实验室贵阳550002 贵州大学电气工程学院贵阳550025 直流输电技术国家重点实验室(南方电网科学研究院) 广州510663

传统配电网中变电站常通过改变母线分段开关对运行方式进行调控,难以实现实时连续的功率调节作用。利用智能软开关(soft open point,SOP)替代变电站主变母线分段开关,对变电站相关节点进行柔性互联构造柔性互联节点,从而能够增强电网灵... 详细信息

传统配电网中变电站常通过改变母线分段开关对运行方式进行调控,难以实现实时连续的功率调节作用。利用智能软开关(soft open point,SOP)替代变电站主变母线分段开关,对变电站相关节点进行柔性互联构造柔性互联节点,从而能够增强电网灵活的功率交换控制能力并实现潮流优化。同时,以全网有功功率损耗最低为目标,优化调度SOP控制变量及相关节点无功补偿设备的投切。由于涉及到的问题属于混合整数规划问题,提出一种混合粒子群算法进行求解,并在某地实际高压配电网验证所提策略的有效性和合理性。

关键词：智能软开关配电网变电站柔性互联粒子群算法

应用于远距离架空线直流输电的混合MMC直流故障清除方式比较分析

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南方电网技术 2022年第2期16卷 3-13页

作者：许树楷周月宾杨柳张楠曹琬钰直流输电技术国家重点实验室(南方电网科学研究院) 广州510663 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心广州510663

全桥子模块和半桥子模块混合的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)可以采用闭锁清除方式和主动清除方式实现直流线路故障清除,但是对于两种方式的故障清除特性差异、参数设计要求以及适用场合等仍缺乏全面的分析和... 详细信息

全桥子模块和半桥子模块混合的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)可以采用闭锁清除方式和主动清除方式实现直流线路故障清除,但是对于两种方式的故障清除特性差异、参数设计要求以及适用场合等仍缺乏全面的分析和比较。分别针对直流故障的闭锁清除方式和主动清除方式,建立了混合MMC故障清除过程的精确动态模型,比较分析了架空线路长度和桥臂全桥子模块比例对两种清除方式的故障清除时间和子模块电容过电压的影响。针对主动清除方式,还提出了故障清除过程中直流电压和子模块电容电压的控制策略,可以通过直流电压动态变化清除故障电流,并同时实现子模块电容的稳定控制和避免出现过压。基于所建立模型,以一个基于混合MMC的1500 km远距离高压直流输电系统作为研究实例,通过多种工况的理论分析和数字仿真,对两种不同方式的直流故障清除过程和性能进行了比较研究,揭示了两种故障清除方式所受到的主要限制因素,提出了直流故障清除方式选择和混合MMC参数设计的依据。

关键词：直流输电混合模块化多电平换流器直流故障清除