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柔性直流电网线路保护与直流断路器优化协调配合策略研究

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中国电机工程学报 2018年第S1期38卷 11-18页

作者：裴翔羽汤广福庞辉张盛梅陈龙龙孔明中国电力科学研究院先进输电技术国家重点实验室(全球能源互联网研究院) 华北电力大学

采用架空线作为传输线路是未来高压大容量长距离柔性直流电网进行功率传输的主流形式,然而,架空线的应用势必会造成直流线路故障概率的大大增加,因此,研究如何快速隔离直流故障线路这一关键问题显得十分突出。该文基于直流断路器的保护... 详细信息

采用架空线作为传输线路是未来高压大容量长距离柔性直流电网进行功率传输的主流形式,然而,架空线的应用势必会造成直流线路故障概率的大大增加,因此,研究如何快速隔离直流故障线路这一关键问题显得十分突出。该文基于直流断路器的保护技术路线,在深入分析传统保护配合策略的基础上,以行波保护为例,提出两种线路保护与直流断路器优化协调配合策略,降低故障期间近端换流站闭锁和直流电网主设备电力电子开关损坏的风险。最后,针对典型工况,对所提出的优化协调配合策略进行仿真分析。

关键词：柔性直流电网架空线行波保护直流断路器保护配合

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配电网电压不确定水平区间分析模型

中国电机工程学报 2018年第4期38卷 1035-1044页

作者：陈鹏伟陶顺肖湘宁王旭辉汤广福新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 合肥工业大学数学学院安徽省合肥市230009 先进输电技术国家重点实验室(全球能源互联网研究院) 北京市昌平区102200

为定量评估配电网运行状态不确定性条件下强不确定因素对各节点电压的不确定性影响边界,该文从线性建模的角度出发,提出一种用于电压不确定水平分析的区间线性模型。首先,利用虚拟期望运行点与仿射潮流估计不确定因素作用下的节点电压... 详细信息

为定量评估配电网运行状态不确定性条件下强不确定因素对各节点电压的不确定性影响边界,该文从线性建模的角度出发,提出一种用于电压不确定水平分析的区间线性模型。首先,利用虚拟期望运行点与仿射潮流估计不确定因素作用下的节点电压响应区间,进而构造出回归分析样本用于区间线性模型的参数辨识。然后,针对区间回归分析保守性的不同要求,分别建立了基于二次规划与基于随机规划的两种参数求解模型。最后,采用IEEE 33节点与实际113节点配电系统验证了所提区间线性模型及求解方法的有效性,且验证结果表明所提模型能准确评估出运行状态多不确定性条件下不确定因素对节点电压的影响边界。

关键词：配电网不确定影响区间线性回归二次规划随机规划

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模块化柔直换流器内部环流振荡机理研究

中国电机工程学报 2020年第16期40卷 5302-5313页

作者：季柯孔明庞辉杨杰许韦华刘杉汤广福中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192 先进输电技术国家重点实验室(全球能源互联网研究院有限公司) 北京市昌平区102200

作为一个典型的电力电子设备,模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)内部的子模块电容、桥臂电感等储能元件以及控制系统相互作用可能会诱发MMC的内部振荡。该文从小信号阻抗的角度出发研究MMC内部的环流振荡问题,建立... 详细信息

作为一个典型的电力电子设备,模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)内部的子模块电容、桥臂电感等储能元件以及控制系统相互作用可能会诱发MMC的内部振荡。该文从小信号阻抗的角度出发研究MMC内部的环流振荡问题,建立MMC的环流阻抗模型,并评估主电路参数、环流控制器参数以及控制器延迟对MMC内部环流谐振特性的影响。该模型可以有效指导MMC内部稳定性设计,具有清晰的物理意义且方便工程设计人员的理解和使用。理论分析和仿真结果的对比表明,所提模型是有效的,并且具有较高的精度。

关键词：模块化多电平换流器环流振荡阻抗分析法

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可控电流源型换流器功率解耦控制策略

中国电机工程学报 2024年第9期44卷 3619-3631,I0024页

作者：陈龙龙魏晓光张闻闻汤广福崔翔高冲新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 先进输电技术国家重点实验室(国网智能电网研究院有限公司) 北京市昌平区102209

可控电流源型换流器(current source converter,CSC)是高压直流输电技术重要研究方向,随着逆阻型IGCT器件的发展,推动其应用技术上已经可行。但由于其电流源特性,大部分研究主要考虑定直流电流策略,针对定直流电压下的功率控制策略研究... 详细信息

可控电流源型换流器(current source converter,CSC)是高压直流输电技术重要研究方向,随着逆阻型IGCT器件的发展,推动其应用技术上已经可行。但由于其电流源特性,大部分研究主要考虑定直流电流策略,针对定直流电压下的功率控制策略研究较少,严重制约其工程化发展。该文首先建立可控CSC的数学模型,获得有功、无功的影响变量。接着,对电容电压的d-q轴分量进行解耦,提出换流器内环和外环控制策略。然后,以直流电压和调制比为约束条件,对换流器的功率运行范围进行分析。最后,搭建基于常规直流和可控电流源的混合输电系统,对所提的控制策略进行分析,重点对单位功率因数运行和定直流电压时策略下功率调节特性进行仿真分析,对CSC在单相接地故障下抵御换相失败能力和向孤岛系统送电进行仿真。研究结果表明:所提的功率控制策略,能够实现有功、无功的解耦控制,以及对功率的有效调节,具备抵御换相失败的能力。

关键词：高压直流输电系统电流源型换流器功率控制解耦控制

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HVDC阀晶闸管结温计算等效电路模型

中国电机工程学报 2013年第15期33卷 156-163+3页

作者：杨俊汤广福曹均正查鲲鹏魏晓光高冲中国电力科学研究院国家电网智能电网研究院

该文讨论了应用于高压直流输电(high voltage directcurrent,HVDC)换流阀晶闸管结温计算的福斯特(Foster)网络和考尔(Cauer)网络模型的含义及优缺点;提出一种直观、方便、灵活的分段集总电路模型,仿真研究了电路响应的收敛性并分别模拟... 详细信息

该文讨论了应用于高压直流输电(high voltage directcurrent,HVDC)换流阀晶闸管结温计算的福斯特(Foster)网络和考尔(Cauer)网络模型的含义及优缺点;提出一种直观、方便、灵活的分段集总电路模型,仿真研究了电路响应的收敛性并分别模拟了晶闸管内部硅片、钼片及晶闸管整体的暂态热阻抗特性;采用分段集总电路模型计算了锦屏至苏南800 kV特高压直流输电工程换流器桥臂短路故障条件下晶闸管的结温,并与福斯特模型计算的结果进行了对比验证,证明了分段集总电路模型在解决损耗分布、热物参数与温度耦合关系以及晶闸管温度轴向分布求解等方面的有效性,是一种方便、灵活的计算模型。

关键词：高压直流输电晶闸管结温等效电路模型福斯特网络模型考尔网络模型分段集总模型

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直流输电网规划关键技术与展望

电力系统自动化 2019年第2期43卷 182-191页

作者：陆晶晶贺之渊赵成勇安婷汤广福庞辉全球能源互联网研究院有限公司北京市102209 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市102206 先进输电技术国家重点实验室北京市102209 直流电网技术与仿真北京市重点实验室北京市102209

新能源的大力发展促使传统能源供给和使用模式发生了根本性变化,大型煤炭、水力、光伏以及风能等多种能源并存发电的新局面,给传统的输电技术带来了巨大的挑战和深刻的变革。以常规直流(基于电网换相换流器(LCC))和柔性直流(基于电压源... 详细信息

新能源的大力发展促使传统能源供给和使用模式发生了根本性变化,大型煤炭、水力、光伏以及风能等多种能源并存发电的新局面,给传统的输电技术带来了巨大的挑战和深刻的变革。以常规直流(基于电网换相换流器(LCC))和柔性直流(基于电压源换流器(VSC))为基础的直流输电网为研究对象,对直流输电网规划的研究动态进行了综述。首先,分析直流输电网的特点与优势,提出并详细阐述直流输电网规划的总体框架;接着,分别从新能源广域并网、多馈入多落点地区直流组网、多电力电子设备协同优化三个方面,提出了直流输电网应用规划的关键技术;最后对张北±500kV柔性直流电网示范工程进行了简要的说明,并展望了未来直流输电网规划研究中需要关注的问题。

关键词：直流输电网电力规划新能源并网多馈入电压源换流器

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模块化混合式高压直流断路器研究与应用

中国电机工程学报 2020年第6期40卷 2038-2046页

作者：魏晓光周万迪张升汤广福贺之渊高冲先进输电技术国家重点实验室(全球能源互联网研究院有限公司) 北京市昌平区102209

多端柔性直流与直流电网为提升大规模可再生能源并网与消纳提供了灵活高效的解决途径,高压直流断路器可实现直流电网故障区域快速隔离,是构建直流电网的核心设备。混合式直流断路器兼顾传统机械式和固态式优点,低损与快速开断特征满足... 详细信息

多端柔性直流与直流电网为提升大规模可再生能源并网与消纳提供了灵活高效的解决途径,高压直流断路器可实现直流电网故障区域快速隔离,是构建直流电网的核心设备。混合式直流断路器兼顾传统机械式和固态式优点,低损与快速开断特征满足高压大容量直流系统需求。该文针对模块化混合式直流断路器拓扑,详细阐述了其构成、基本原理与技术特点,完成了设计参数数学解析。结合舟山五端直流和张北直流电网应用需求,开发200kV和500kV等级直流断路器,开展部件功能与整机型式试验。建立PSCAD仿真模型,分析直流断路器应用于舟山工程开断性能,实现了200kV直流断路器工程运行,完成系统故障电流和人工短路试验电流开断。试验和运行结果验证设计正确性及样机性能,为灵活可靠的多端及直流电网建设提供了技术支撑。

关键词：多端柔性直流直流电网混合式直流断路器样机开发短路试验

张北500 kV直流电网关键技术与设备研究

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高电压技术 2018年第7期44卷 2097-2106页

作者：汤广福王高勇贺之渊庞辉周啸单云海李强全球能源互联网研究院有限公司

随着张北地区风电、光电等可再生能源不断开发,大规模清洁能源并网与传输对柔性直流电网的发展与构建提出了迫切需求。综合考虑了柔性直流（VSC-HVDC）输电技术的优点,设计了一种对称双极结构作为张北四端直流电网主拓扑,采用半桥式模... 详细信息

随着张北地区风电、光电等可再生能源不断开发,大规模清洁能源并网与传输对柔性直流电网的发展与构建提出了迫切需求。综合考虑了柔性直流（VSC-HVDC）输电技术的优点,设计了一种对称双极结构作为张北四端直流电网主拓扑,采用半桥式模块化多级换流器（MMC）拓扑结构和架空线进行电力传输。同时,提出了一种新型模块化级联直流断路器拓扑,并开发了500 kV柔直换流阀和直流断路器样机,以满足张北四端直流电网的需求。

关键词：直流电网直流断路器架空线电压源换流器柔性直流输电

柔性直流输电系统高频稳定性分析及抑制策略(三):有源阻尼分频协调抑制策略

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中国电机工程学报 2024年第23期44卷 9392-9408,I0024页

作者：李云丰汤广福贺之渊杨杰孔明李强许杰锋电网防灾减灾全国重点实验室(长沙理工大学) 湖南省长沙市410114 北京怀柔实验室北京市怀柔区101499 先进输电技术全国重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京市海淀区100192

柔性直流输电系统链路延时是导致换流站输出阻抗在高频段存在负阻尼的根本原因,诱发不同频率的高频振荡。针对多频率高频振荡产生机理与抑制问题,该文首先建立换流站适用于高频区域的正负序阻抗模型,阐述负阻尼效应产生机理,分析单个有... 详细信息

柔性直流输电系统链路延时是导致换流站输出阻抗在高频段存在负阻尼的根本原因,诱发不同频率的高频振荡。针对多频率高频振荡产生机理与抑制问题,该文首先建立换流站适用于高频区域的正负序阻抗模型,阐述负阻尼效应产生机理,分析单个有源阻尼控制器策略在多频率高频振荡抑制方面的不适用性;其次,首次采用阻抗实部余弦函数相位数学表征方法,揭示阻尼抑制策略改变阻抗特性以及负阻尼效应频率区域转移机理,给出阻尼控制策略不能在高频段将换流站阻抗大范围重塑为正阻尼特性的结论;再次,针对多个高频振荡风险区域抑制需求,提出分频有源阻尼协调抑制策略,分析该策略对阻抗实部余弦函数相位特性的影响以及参数之间的约束关系;最后,基于多个高频区域分频抑制需求,研究分频阻尼控制器参数选择范围解析计算方法与表达式,给出适用于交流系统多工况运行的分频阻尼控制器参数,并对其有效性进行电磁暂态仿真验证。

关键词：柔性直流输电高频振荡有源阻尼分频抑制参数计算

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