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MMC-HVDC的稳态运行范围研究

电力建设 2015年第3期36卷 1-6页

作者：张静孙维真费建平刘明康张哲任徐政浙江省电力公司杭州市310007 舟山市电力公司浙江省舟山市316021 浙江大学电气工程学院杭州市310027

针对基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC),研究了交流系统对MMC-HVDC稳态运行范围的影响并且揭示了限制直流功率输送能力的关键因素。首先,文章基于... 详细信息

针对基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC),研究了交流系统对MMC-HVDC稳态运行范围的影响并且揭示了限制直流功率输送能力的关键因素。首先,文章基于一个单端的MMC-HVDC系统,列写出完整的数学模型。其次,分别研究了交流系统短路比、换流变压器容量和换流站容量对换流站稳态运行范围的影响。最后,研究了并联无功补偿电容器对MMC-HVDC运行范围的影响。计算结果表明,当交流系统短路比较大时,MMC-HVDC的运行范围主要受到换流变压器容量的限制;当交流系统短路比较小时,MMC-HVDC的运行范围主要受到交流系统短路比的限制。此外,无功补偿电容能改善MMCHVDC的运行范围。

关键词：模块化多电平换流器(MMC) 柔性直流输电稳态运行范围交流系统短路比无功补偿器换流变压器容量

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MMC-HVDC稳态运行范围研究

MMC-HVDC稳态运行范围研究

作者：孙一凡山东大学

学位级别：硕士

我国作为一个幅员辽阔的大国,电力供应能力与电力需求量在地理位置上却极度不匹配,导致了我国必须采用长距离、大规模输电。在这样的背景之下,高压直流输电因其自身技术性、经济性优势,有着广泛的应用前景。模块化多电平换流器（MMC）... 详细信息

我国作为一个幅员辽阔的大国,电力供应能力与电力需求量在地理位置上却极度不匹配,导致了我国必须采用长距离、大规模输电。在这样的背景之下,高压直流输电因其自身技术性、经济性优势,有着广泛的应用前景。模块化多电平换流器（MMC）作为当前最为先进的柔性直流输电换流器,受到了学术界的广泛关注。然而当前对于MMC-HVDC的研究主要集中在了原理,控制与保护方面,对于其稳态运行范围研究较少。本文对MMC-HVDC的稳态运行范围做了相关研究,在PQ平面上分别画出了其在交流系统三相平衡与不平衡时的稳态运行范围,并做了控制策略方面的研究。首先对单端MMC-HVDC进行了数学模型的建立,并设计了对称分量控制策略分别对正负序分量进行控制。然后在交流系统三相平衡情况下,分别从交流系统的影响和换流器自身特性两方面分析了影响MMC-HVDC稳态运行范围的约束条件,并根据约束条件分别用逐点扫描法和解析法在PQ平面上作出其稳态运行范围图。以此为基础,又分析了交流系统三相不平衡会对MMC-HVDC稳态运行范围造成何种影响,对各约束条件进行修正,并同样在PQ平面上用解析法和逐点扫描法画出三相不平衡时的稳态运行范围。针对交流系统三相不平衡时MMC-HVDC稳态运行范围缩小这一现象,设计了相对应的功率越限控制策略,使得交流系统发生不对称故障时,越限的功率运行点可以回到运行范围边界上。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建MMC-HVDC和相关控制系统的电磁暂态模型,对理论分析的结果进行仿真实验的验证,仿真结果表明本文对MMC-HVDC稳态运行范围的分析结果正确,提出的控制策略有效。

关键词：柔性直流输电模块化多电平换流器稳态运行范围三相不平衡功率越限控制策略

柔性直流输电系统在低短路比下的功率运行区间控制方法

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电网与清洁能源 2024年第9期40卷 13-20页

作者：王帆赵路新路鹏程连浩然陈云辉范宏田书欣刘琳琳国网雄安新区供电公司上海电力设计院有限公司上海电力大学

深入探讨柔性直流输电系统的功率运行区间控制策略，对于提高电能传输质量并保障系统稳定至关重要。在此背景下，提出了一种柔性直流输电系统在低短路比下的功率运行区间控制方法。首先，分析低短路比条件下柔性直流系统的功率运行特性... 详细信息

深入探讨柔性直流输电系统的功率运行区间控制策略，对于提高电能传输质量并保障系统稳定至关重要。在此背景下，提出了一种柔性直流输电系统在低短路比下的功率运行区间控制方法。首先，分析低短路比条件下柔性直流系统的功率运行特性和影响因素，并确定了限制模块化多电平换流器的柔性直流输电（modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC）稳态运行区域的约束条件。然后，基于这些约束条件，构建了柔性直流输电系统在低短路比下的功率运行区间的理论计算模型，并开发了低短路比柔性直流系统和弱交流系统相连的柔性系统功率运行范围的计算程序。最后，在仿真环境中使用逐点扫描法和隐函数绘图法绘制了MMC在PQ平面上的稳态运行区域的边界，互相印证计算结果的准确性，同时证实了所提控制方法的有效性。

关键词：柔性直流输电稳态运行范围模块化多电平换流器短路比

考虑内部变量约束的MMC换流站运行控制研究

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考虑内部变量约束的MMC换流站运行控制研究

作者：李东山东大学

学位级别：硕士

模块化多电平换流器（MMC）作为电压源换流器（VSC）家族的新成员,具有控制灵活、器件开关损耗显著减小、可靠性高、电平数高输出质量好等优点被认为是最适合高压直流输电应用的换流器拓扑的一种。在实际运行中,MMC换流器可能会遭遇多... 详细信息

模块化多电平换流器（MMC）作为电压源换流器（VSC）家族的新成员,具有控制灵活、器件开关损耗显著减小、可靠性高、电平数高输出质量好等优点被认为是最适合高压直流输电应用的换流器拓扑的一种。在实际运行中,MMC换流器可能会遭遇多种复杂的运行工况,各种电网条件下MMC换流器的安全运行控制已成为工程技术人员和研究人员关注的主要问题之一。随着新能源占比的持续提升和电力系统电子电子化的不断发展,电网中三相不平衡问题也日益显著,因此,研究电网不平衡工况下MMC的运行与控制具有重要意义。本文对三相不平衡条件下的MMC稳态运行控制进行了相关研究,提出了一种逐点扫描法描述了其稳态运行范围,并且进行了功率越限控制策略方面的研究。首先,以桥臂平均值模型为基础,推导了同步旋转DQ坐标系下包含零序二倍频调制信号分量的28阶MMC状态空间模型,通过求解MMC非线性动态方程的稳态解刻画其稳态运行范围,同时,设计交流系统不平衡时的MMC控制器,分析了不平衡工况下换流器的运行控制。其次,作为求解MMC稳态解的前提,提出了一种考虑交流系统不对称故障影响的不平衡电网模型来求解PCC电压。然后,提出一种内部状态变量的寻峰算法确定各状态变量的峰值。以此为基础,刻画了三相不平衡条件下考虑内部变量约束的MMC换流器稳态运行范围。并且根据所得的各种内部变量的约束,设计了相应的功率越限控制策略,避免MMC在交流系统不对称时越限运行引起故障。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了MMC及其相关控制模块的模型,通过仿真验证了所提出的稳态运行范围分析方法和限功率控制策略的有效性和正确性。

关键词：模块化多电平换流器三相不平衡状态空间模型稳态运行范围功率越限控制

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MMC子模块降容后系统特性研究

MMC子模块降容后系统特性研究

作者：赵宇含华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

随着高电压大容量全控型电力电子器件的发展,以模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）为核心的柔性直流输电技术得到了相应发展,我国已有多个采用MMC作为换流器拓扑的柔性直流输电工程投运。为解决MMC换流阀体积/重... 详细信息

随着高电压大容量全控型电力电子器件的发展,以模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）为核心的柔性直流输电技术得到了相应发展,我国已有多个采用MMC作为换流器拓扑的柔性直流输电工程投运。为解决MMC换流阀体积/重量大、成本高的问题,需在控制系统中加入二次环流抑制和三倍频电压注入等环节来抑制子模块电容电压波动,通过降低子模块电容电压峰值达到降低子模块电容值的目的。然而,采用附加控制策略降容也会在一定程度上对MMC系统的稳态运行范围、故障电流峰值和阀损耗等特性产生影响。本文针对MMC子模块降容后的系统特性开展研究,主要内容如下:首先,以MMC的拓扑结构和降容控制策略为基础,分析了 MMC稳态运行范围的主要约束条件。根据约束条件采用遍历法对MMC的稳态运行区间进行求解,分别得到了子模块降容前和降容后MMC的稳态运行范围,并对稳态运行范围计算方法的有效性进行了仿真验证。对比降容前和降容后系统的稳态运行范围,发现降容后的稳态运行范围比降容前在无功功率大于零方向增大较多,在无功功率小于零方向略有增加,证明了采用二次环流抑制和三倍频电压注入附加控制策略降低子模块电容不会缩小系统的稳态运行范围。然后,采用元件等效的方法对MMC系统直流侧发生故障的情况进行分析。通过对MMC内部元件进行等效和对故障回路进行化简,推导出发生单极接地故障和双极短路故障时故障电流的解析表达式,比较了降容前和降容后的故障电流大小。仿真验证结果表明降容后单极接地故障和双极短路故障的电流峰值是降容前的0.9463倍,证明了采用二次环流抑制和三倍频电压注入附加控制策略降低子模块电容后,系统直流侧单极接地故障和双极短路故障的故障电流可以一定程度降低。最后,提出了一种适用于采用二次环流抑制和三倍频电压注入附加控制策略降低子模块电容后的MMC换流阀损耗计算方法。将换流阀总损耗分为通态损耗、必要开关损耗和附加开关损耗,根据桥臂电流方向和桥臂电压变化情况对这三类损耗进行分段计算,并对损耗计算方法的正确性进行了仿真验证。结果表明,与降容前相比,降容后MMC换流阀的损耗不会增加,若采用三倍频电压注入来提高系统的调制比,换流阀损耗还可以进一步降低。

关键词：模块化多电平换流器(MMC) 降容策略稳态运行范围直流故障特性换流阀损耗

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柔直外送深远海风电集群无功设备配置研究

柔直外送深远海风电集群无功设备配置研究

作者：宋新佳山东大学

学位级别：硕士

近年来,大力发展清洁能源成为研究主流,海上风电因资源稳定、年利用小时数高、不占用不上土地资源、适宜大规模开发等优点成为目前各国能源发展的重要战略方向。随着海上资源的进一步开发,全球风电逐渐呈现规模化、集群化以及远海化的... 详细信息

近年来,大力发展清洁能源成为研究主流,海上风电因资源稳定、年利用小时数高、不占用不上土地资源、适宜大规模开发等优点成为目前各国能源发展的重要战略方向。随着海上资源的进一步开发,全球风电逐渐呈现规模化、集群化以及远海化的趋势。随着风电开发离岸距离的不断增加,柔性直流输电因具有一定无功电压控制能力代替高压交流输电成为远距离风电并网的首选。但由于海上风电规模不断扩大以及风场运行状态随机和多变,单一依靠海上换流站作为无功补偿不能满足要求。因此亟需研究柔直外送深远海风电集群系统的无功电压特性和换流站稳态运行范围,以及适用于工程实际的海上风电柔直系统无功配置设计方案。主要内容如下:(1)研究海上风电场组网、并网方案以及系统无功电压特性。首先对海上风电场主接线、输电系统和无功补偿装置进行了比较分析,给出了目前应用较多的海上风电场组网、并网方案;其次对交流海底电缆进行等效模型的建立,并结合换流站特定无功控制策略,分析了充电功率对系统电压的影响;最后通过改变风机有功出力,对海上风电场内关键节点的电压波动进行分析,节点包括风机机端、汇集系统母线、换流站交流侧母线以及海上升压站高压侧。(2)研究海上换流站的稳态运行范围以及动态无功裕度。首先建立了单端换流站等效模型,分析了送端换流站稳态运行范围需要满足的约束条件,并采用描点法求解了 PQ平面上MMC的稳态运行范围;其次分析了柔直交流电压参考值和高压交流海缆长度对稳态运行范围的影响,为获得风电集群经柔直送出系统的换流站稳态运行范围提供了可行方法;最后定义了换流站动态无功裕度,并针对换流站留有不同无功备用的情况,提出了系统相应的补偿方案。(3)研究柔直外送深远海风电集群系统的无功配置优化方案。首先基于目前已有的无功补偿配置原则,并结合换流站的吸收无功能力,在前述建立的海上风电场经柔直送出系统模型特性分析的基础上,得到多种可选无功补偿方案;其次针对不同工况下的多场景海缆无功补偿与输送能力进行了定量分析,判断是否满足工频过电压分析的最小高抗补偿容量、沿线电流分析的最小线路首端高抗补偿容量以及最大补偿容量的要求,随后对补偿方案进行修正;最后通过对备选方案进行有功损耗比较,得出适用于工程实际的无功补偿配置方案。

关键词：海上风电柔性直流输电稳态运行范围动态无功裕度无功配置