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迄今为止,全球投入商业运行的电压源换流器高压直流输电工程30个左右,均取得了良好的运行业绩。应用于直流输电工程的电压源换流器拓扑结构主要有两电平、三电平及模块化多电平。其中,模块化多电平VSC是2002年由德国慕尼黑联邦国防军大学提出的。2004年17电平2MW的样机在该大学的电力电子实验室研制成功。模块化多电平电压源型换流器通过子模块串联构成换流阀,易于扩展,谐波畸变小,开关损耗低,适用于高电压大功率场合,具有广阔的应用前景。因此MMC一经问世便受到各国学者的广泛关注,MMC在电力牵引、电机拖动及直流输电领域的应用已被广泛研究。2010年,由西门子公司承建的第1项应用MMC的柔性直流输电工程将在美国加利福尼亚州的匹兹堡和旧金山之间实现海底直流电缆联网,旨在解决输电走廊紧张对电网扩建的限制,消除输电瓶颈,并增强系统安全稳定性和可靠性。
MMC的储能元件是电容器,掌握MMC的运行机理,研究MMC子模块电容值的选取方法可以为子模块电容器的合理选型提供理论基础,电容器的合理选型又是MMC-HVDC系统正常运行的基础。正常运行时子模块电压在额定值附近上下波动。投入的子模块因桥臂电流方向的不同而分别处于充电和放电的状态,投入时刻以及持续时间的不同造成子模块电压的波动并不完全一致。通过控制手段使桥臂上所有子模块电容电压的波动趋向一致是MMC元件选型的前提之一,否则就要增大设备的绝缘裕度或者电容值来弥补控制效果的不足,既不经济也不可靠。随着串联模块数的增多,电压平衡控制的数据采集量和计算量激增,选择何种电压平衡控制方法既保证电容电压均一的效果,又能占用较少的硬件资源是MMC-HVDC技术的重点研究对象之一。
本文从子模块电压稳态波动、暂态波动、直流系统动态响应特性及直流双极短路时的设备安全裕度4个方面全面分析子模块电容取值的原则和计算方法。用本文总结的设计方法计算15电平MMC-HVDC系统子模块电容值,并在PSCAD电磁暂态仿真模型上对系统的稳态、暂态、动态特性及直流双极故障时桥臂电流上升速度进行验证。
目的
模块化多电平换流器直流输电系统的储能元件电容器是MMC换流器的核心元件之一,研究MMC子模块电容值的选取方法可以为子模块电容器的合理选型提供理论基础。
方法
从模块化多电平柔性直流输电系统稳态能量交换过程、有功功率控制动态响应特性、暂态能量交换过程及直流双极短路故障时桥臂保护要求4个方面分析了子模块电容值与直流系统运行特性之间的数学关系。根据理论分析结果,给出了模块化多电平子模块电容的选取原则和计算方法,并利用PSCAD电磁暂态仿真进行了验证。
结果
MMC-HVDC系统子模块电容值的选取需要考虑4项原则。PSCAD仿真结果表明,本文的设计方法满足MMC-HVDC系统运行性能的要求,具体如下:1)MMC-HVDC应充分考虑直流系统稳态能量交换、暂态能量交换、动态响应特性及故障后设备的安全裕度。2)稳态子模块电压的波动大小取决于1个周期内交换能量的多少。当换流器运行在STATCOM状态下时,子模块电容波动最大。3)当直流系统的有功功率定值发生变化时,采用定有功功率控制的换流站直流电压要及时跟随其变化,因而子模块电容值不能选得太大,具体的响应时间要根据实际工程的要求确定。4)交流系统发生不对称故障时,换流器中出现负序分量导致子模块电容电压波动增大,如果要求MMC直流系统继续运行,必须选择合适的子模块电容值,使子模块电压波动不能超过允许值。5)发生直流双极短路故障时,子模块电容迅速放电。为了使保护动作前子模块元件不受损坏,子模块电容和桥臂电感值应合理配合,使桥臂电流上升到上限的时间大于保护动作时间。
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6月20日,安徽500千伏金牛输变电工程投运;6月21日,位于庐江县的500千伏舒邑变电站投运。两项工程均为±800千伏陕北—安徽特高压直流输电工程的配套项目,也是安徽电网迎峰度夏重点工程。金牛输变电工程新建500千伏金牛变电站,架设线路152.8千米,新建铁塔370基,新增变电容量200万千伏安。该工程是
日前,±800千伏中衡直流输电线路进入168小时试运行。宁夏超高压工程公司创新应用先进线路验收技术,为该工程投运奠定坚实基础,为优化区域电网结构、服务国家能源战略注入强劲动力。宁夏超高压工程公司以技术创新与高效协同为驱动,全力推进“宁湘直流”工程顺利投运。面对工程路径复杂、地形险峻、工
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5月初,陇东—山东±800千伏特高压直流工程竣工投产,标志着我国首个“风光火储一体化”大型综合能源基地外送工程建成投运。该工程输电距离927公里,总投资202亿元。6月10日,哈密—重庆±800千伏特高压直流工程投产送电。这是我国首个投产送电的沙戈荒新能源基地外送特高压直流输电工程,同时也是是西
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如何让百公里外的巨量风能跨过波涛汹涌的大海,可靠高效地接入电网?国家电网有限公司历经十余年研发了“海上电力高速公路”——海上风电柔性直流并网技术与装备,为大规模海上风电并网提供坚实保障。近年来,积极应对气候变化、加快推进能源转型已成为全球共识。我国海上风电资源丰富,预计到2030年,
面对能源转型的时代课题,国家电网有限公司始终敢为人先,破壁攻坚,贡献了中国智慧和中国方案。5月20日,国家电网公司在2025能源电力转型国际论坛发布4项科技成果。今日刊发4项成果内容。高比例新能源大电网运行控制系统5月1日,国家电力调度控制中心调度员通过高比例新能源大电网运行控制系统分析研
直流反向正在从稀有变成常规。狭义上的直流反向送电是指与常规送电方向相反的送电方式,需要直流线路潮流反转。柔性直流输电系统可以依靠控制换流器改变电流方向实现小时级的潮流反转,但造价相对较高。普通直流输电系统中,由于换流器晶闸管导电的单向性,需要进行控制保护系统升级,通过改变电压极性
4月13日,±400千伏拉萨换流站扩建工程7台换流变压器、2组换流阀、5台平波电抗器等核心主设备安装完成,工程建设取得阶段性进展。拉萨换流站扩建工程位于拉萨市林周县,在原址新增220千伏线路2回,安装换流变压器7台、换流阀2组,更换220千伏断路器2台,在直流场新增改造断路器4台,将直流输送功率由60
近年来,新能源经柔性直流输电(voltagesourcedconverterbasedHVDC,VSC-HVDC)(以下简称“柔直”)送出系统被广泛应用,推动全球电力向着清洁和绿色发展。但是,新能源经柔直送出系统的交流输电线路受两端电力电子装置及控制策略影响,故障时短路电流会存在波形畸变、相角受控、幅值受限等特征。基于
北极星售电网获悉,2月27日,河南许昌市人民政府发布政府工作报告。报告明确2025年工作总体要求和主要预期目标,其中包括积极构建新型能源体系,抓好能信热电、阳光氢能装备产业园等项目建设,实施20个源网荷储一体化项目,新增可再生能源发电装机30万千瓦以上。聚焦未来能源产业,重点发展新型储能、
2月16-17日,南京市市长陈之常带队在香港考察访问,同期南京(香港)科技创新环境推介交流会在香港理工大学举办,林洋储能与香港应用科技研究院(ASTRI)签署了“适用于兆瓦级储能应用的高可靠性及高效率储能变流系统(H2CS)”项目合作协议,并与粤港澳大湾区专家学者深入开展交流、加快落地创新成果
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1月15日,在国家电网有限公司第四届职工代表大会第五次会议暨2025年工作会议上,中国电力科学研究院有限公司副总经理(副院长)、党委委员贺之渊同志被授予国家电网有限公司2024年度科技人物奖。贺之渊表示:“作为一名科研工作者,深感科技创新的责任更加重大。随着新型电力系统建设进入‘无人区’,
2018年至今,累计获得国家专利授权55项;3年间,获得中国电力企业联合会、国家电网有限公司、国网冀北电力有限公司等各级各类科技奖7项;2024年,选派员工参加国网冀北电力标准编制和标准数字化调考,获得团体第二名……这些成绩是国网冀北综合能源服务有限公司提升创新引领能力的体现。一直以来,国网
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