适用于远距离大容量架空线路的LCC_MMC串联混合型直流输电系统_徐政
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向无源网络供电的MMC型直流输电系统建模与控制
向无源网络供电的MMC型直流输电系统建模与控制管敏渊;徐政【摘要】模块化多电平换流器(MMC)是一种适合用于电压源换流器型高压直流输电(VSC-HVDC)的多电平电压源换流器拓扑.本文分析了向无源网络供电的MMC 型VSC-HVDC的系统结构和工作原理,给出了MMC型VSC-HVDC通用的换流系统和受端交流系统的数学模型,据此建立了无源逆变的内环电流和外环电压的双闭环控制系统.通过给定无源逆变的同步相位,保证了供电频率的不变性.在PSCAD/EMTDC中搭建了向无源网络供电的MMC型VSC-HVDC仿真系统,对有功和无功负荷增加以及交流电压抬升等三种工况进行了仿真研究.仿真结果表明所设计的控制器可以实现快速精确的电压电流反馈控制,具有良好的稳态精度和暂态响应特性,能够向无源网络提供高质量的电能供应.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2013(028)002【总页数】9页(P255-263)【关键词】模块化多电平换流器;电压源换流器型高压直流输电;无源网络;矢量控制;双闭环【作者】管敏渊;徐政【作者单位】浙江大学电气工程学院杭州 310027;浙江大学电气工程学院杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TM7211 引言基于晶闸管的传统直流输电技术需要借助外部电源实现换相，因此无法向无源网络供电[1]。
这是传统直流输电的重要技术缺陷。
电压源换流器型直流输电技术，也称为柔性直流输电技术，是新一代的直流输电技术。
VSC-HVDC采用可关断器件，无须借助外部电源实现换相，可以向无源网络供电，从而拓展了直流输电技术的应用领域[2-5]。
随着国民经济的发展，向城市中心和海上孤岛等无源负荷供电以及间歇型分布式能源系统并网的需求日益增加。
在实际工程方面，ABB公司的 Troll A VSC-HVDC工程已于2005年投运，用于向海上油气平台提供低成本、高可靠性的清洁电能，取得了很好的经济技术效果[6]；另外，该公司的Valhall等多个类似的工程也正在建设当中[7]。
基于LCC和混合型MMC的混合直流输电系统控制策略
基于LCC和混合型MMC的混合直流输电系统控制策略徐雨哲;徐政;张哲任;肖亮;陆翌;李继红;裘鹏【摘要】混合直流输电系统应用于远距离大容量输电时,存在直流侧故障自清除问题和送端交流系统故障后的功率续传问题,这两个关键问题的一种解决方案是采用整流站使用电网换相换流器、逆变站使用混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的混合直流输电系统.为此首先分析混合型MMC的运行原理,及直流运行范围与子模块配比之间的关系;然后设计两种混合直流输电系统的控制策略,并介绍闭锁处理和无闭锁故障穿越两种可行的直流故障处理方法;最后在PSCAD/EMTDC中搭建双极混合直流输电系统,对比分析不同控制策略和直流故障处理方法的响应特性.仿真结果表明,所设计的混合直流输电系统控制策略能够有效地处理直流侧故障和送端交流系统故障.【期刊名称】《广东电力》【年(卷),期】2018(031)009【总页数】13页(P13-25)【关键词】混合型模块化多电平换流器;混合直流输电;直流故障清除;子模块配比;降压运行【作者】徐雨哲;徐政;张哲任;肖亮;陆翌;李继红;裘鹏【作者单位】浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;国网浙江省电力有限公司,浙江杭州310007;国网浙江省电力有限公司,浙江杭州310007;国网浙江省电力有限公司,浙江杭州310007【正文语种】中文【中图分类】TM721.1;TM76目前已有的大多数高压直流输电工程均采用基于电网换相换流器(line commutated converter，LCC)的传统直流输电技术，具有造价低、损耗小、技术成熟等优点，但同时也存在逆变侧易换相失败、无法向弱交流系统或无源系统送电等缺点[1-5]。
基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)的柔性直流输电技术近年来受到学术界和工业界的广泛关注，相比传统直流输电技术，具有无换相失败风险、可以向无源电网供电、有功无功独立控制、谐波水平低等优势[6-8]，但也存在运行损耗较大，投资成本高等缺点。
含MMC的交直流输电系统短路电流统一求解方法
含MMC的交直流输电系统短路电流统一求解方法
刘昕宇;王国腾;徐政;张哲任;高熠莹;韩奕;刘天阳
【期刊名称】《电力自动化设备》
【年(卷),期】2022(42)4
【摘要】针对含模块化多电平换流器(MMC)的交直流输电系统短路电流水平校核问题,在考虑MMC的运行方式和控制系统的基础上,建立了MMC交流侧故障模型。
在对比分析了同步机电源和MMC输出短路电流的机理后,通过近似求解并网点(PCC)处电压将MMC交流侧故障模型简化为电流源模型以实现PCC处电压和MMC输出电流之间的解耦。
对支路进行合理编号并筛选出电源支路和待求短路电流所在无源支路,基于电网络理论将联络节点构成的无源网络用混合参数表征,经推
导得到了含MMC的电网短路电流计算的统一求解方法。
不同工况下的仿真结果
表明,通过建立各控制策略下的MMC交流侧故障模型,所提算法能准确统一求解不同MMC交流侧故障下的短路电流,可用于含MMC的交直流输电系统的设备选型
和保护系统设计。
【总页数】6页(P184-189)
【作者】刘昕宇;王国腾;徐政;张哲任;高熠莹;韩奕;刘天阳
【作者单位】浙江大学电气工程学院;中国电力科学研究院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM721.1;TM46
【相关文献】
1.含VSC-HVDC的交直流混合系统潮流统一迭代求解算法
2.子模块混联MMC-HVDC系统直流侧短路故障电流抑制方法
3.基于分解的多目标进化算法的含MMC-HVDC交直流混合系统最优潮流研究
4.交流系统短路故障下MMC对短路电流的影响及抑制策略
5.基于短路发电机系统的MMC型电压源换流器短路电流试验方法研究
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LCC-MMC混合三端直流输电系统送端交流故障下的不间断运行协调控制策略
LCC-MMC混合三端直流输电系统送端交流故障下的不间断运行协调控制策略唐岚;濮永现;邢超;耿樾;王成磊;束洪春;卜祥帅【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2024(44)1【摘要】为实现基于电网换相换流器与模块化多电平换流器(LCC-MMC)的混合三端直流输电系统送端交流故障下的直流低电压穿越,提出兼顾传输容量与响应速度的自适应电压协调控制策略及有功功率分配策略。
在维持故障期间功率续传的前提下,定量分析了模块化多电平换流器(MMC)的降压值以减少传输功率的绝对值损失量,并设计MMC根据本地直流电流偏差快速减投子模块总数的降压方式;考虑到半桥型MMC的调制比约束,设计正极MMC定量吸收无功功率与负极MMC动态调整交流电压参考值的换流站极间协同控制策略;同时,为抑制从站的过电流及避免送端严重交流故障时主站的潮流反转,提出各受端换流站有功功率自适应调整的控制方式。
最后通过对输电系统送端交流电压跌落不同幅度时的故障穿越效果进行仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。
【总页数】7页(P174-180)【作者】唐岚;濮永现;邢超;耿樾;王成磊;束洪春;卜祥帅【作者单位】昆明理工大学电力工程学院;云南电网有限责任公司电力科学研究院;中国南方电网有限责任公司超高压输电公司曲靖局【正文语种】中文【中图分类】TM721.1【相关文献】1.LCC-MMC三端混合直流输电系统整流站交流故障穿越协调控制策略2.LCC-MMC型混合直流送端交流系统故障时直流电流的暂态过程解析3.极弱受端交流系统下LCC-MMC型混合直流输电系统的附加频率-电压阻尼控制4.LCC-MMC型三端混合直流输电系统控制策略研究5.LCC-FHMMC混合直流输电系统受端交流系统故障穿越控制策略因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
一种LCC
专利名称：一种LCC‑MMC交错混合双极直流输电系统专利类型：发明专利
发明人：胡鹏飞,杨平,熊静琪,韩杨
申请号：CN201710432442.7
申请日：20170609
公开号：CN107204626A
公开日：
20170926
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种LCC‑MMC交错混合双极直流输电系统，包括送端换流站和受端换流站；送端换流站的正极由LCC组成，送端换流站的负极由MMC组成；受端换流站的正极由MMC组成，受端换流站的负极由LCC组成；送端换流站的正极通过直流输电线与受端换流站的正极相连，送端换流站的负极通过直流输电线连接受端换流站的负极。
本发明的LCC‑MMC交错混合双极直流输电系统占地面积比基于晶闸管的传统直流输电系统和完全基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统小，并且能够连接弱交流系统，实现有功功率和无功功率的解耦控制；直流线路的单向二极管能避免直流双极短路故障时，三相短路电流流过模块化多电平换流器。
申请人：电子科技大学
地址：611731 四川省成都市高新区(西区)西源大道2006号
国籍：CN
代理机构：成都宏顺专利代理事务所(普通合伙)
代理人：周永宏
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基于LCC-MMC混合双极直流输电系统的新能源并网控制策略研究
基于LCC-MMC混合双极直流输电系统的新能源并网控制策略研究朱建富【期刊名称】《能源工程》【年(卷),期】2018(000)005【摘要】研究了基于电网换相变流器(LCC)和模块化多电平变流器(MMC)的混合双极直流输电系统应用于新能源并网场景的控制策略,该混合双极直流输电系统包括两个LCC和两个MMC,分别呈对角排布.LCC控制直流电压,MMC调节有功功率和无功功率(或系统频率和交流电压),此外,MMC还兼具有源滤波功能,用于平抑交直流侧的谐波电流.该并网系统的优势在于不需要交直流滤波器和大容量直流平波电抗器,节省了占地面积和成本,能够实现有功功率和无功功率的解耦控制,同时具备兼容新能源功率间歇性波动的能力.因此,该系统兼具传统直流和柔性直流的优点,有良好的经济性和应用前景.最后基于PSCAD/EMTDC软件平台的仿真,验证了该并网系统的可行性和对应控制策略的有效性.【总页数】7页(P30-36)【作者】朱建富【作者单位】国网浙江海盐县供电有限公司,浙江嘉兴314300【正文语种】中文【中图分类】TM72【相关文献】1.基于LCC-HVDC和VSC-HVDC的混合双极直流输电系统的建模及仿真分析 [J], 高淑萍;朱航舰;张保会;宋国兵2.双端混合高压直流输电系统单极极对地直流故障特性 [J], 宋伟宏;林磊;徐晨;何震3.正负双极混合多端直流输电系统控制策略的研究 [J], 黄松;易映萍;朱龙臻;杨美娟4.极弱受端交流系统下LCC-MMC型混合直流输电系统的附加频率-电压阻尼控制[J], 王燕宁; 郭春义; 郑安然; 殷子寒5.基于LCC-MMC的混合直流输电系统优化控制方法 [J], 吴芳柱因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于F-MMC和LCC的混合型三极直流系统及其控制策略
基于F-MMC和LCC的混合型三极直流系统及其控制策略许烽;徐政;刘高任;黄弘扬【摘要】现有的三极直流输电系统因极3采用晶闸管换流器而存在交流电压易波动、过渡阶段易引发过电压和过电流等固有缺陷.为此提出了一种改进式的混合型系统,即极3换流站改用基于全桥子模块的模块化多电平换流器.为使系统获得较好的响应特性,提出了无功(电压)平衡、电流平衡和子模块电容电压平衡3个控制要求,并根据控制要求给出了模块化多电平换流器采用改进直流电流控制和交流电压控制、子模块采用电容电压平衡控制等控制措施.利用时域仿真软件PSCAD/EMTDC对所提出的系统进行了仿真研究,仿真结果验证了所提出的混合型三极直流系统及其控制策略能够很好地实现系统电压平衡、电流平衡和子模块电容电压平衡.【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2014(034)010【总页数】8页(P102-109)【关键词】直流输电;混合型三极直流;电网换相换流器;全桥模块化多电平换流器;无功(电压)平衡;电流平衡;电容电压平衡;控制【作者】许烽;徐政;刘高任;黄弘扬【作者单位】浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TM721.10 引言伴随着电力负荷需求的快速增长，现有的交流线路传输容量已难以满足发展要求。
而土地资源的限制和时间、费用等问题也增加了新建一条线路走廊的困难和不可行性［1-3］。
因此，需要选择其他有效的途径对现有交流线路进行扩容。
传统扩容方法有多种，如采用紧凑型输电线路、提高导线的温度等级、装设 FACTS 设备等［1，4］。
但是，将交流线路改造成直流的方式更吸引人［5-7］，这种方式不仅具有更大的扩容潜力，而且还具有快速控制和网络分割能力，能够缓解交流系统存在的一些问题，如短路电流越限、低频振荡加剧、故障大范围传递等。
连接无源网络的LCC-FHMMC混合直流输电系统送端交流故障穿越控制策略
连接无源网络的LCC-FHMMC混合直流输电系统送端交流故
障穿越控制策略
朱博;徐攀腾;崔远卓;娄伟涛;辛业春
【期刊名称】《高压电器》
【年(卷),期】2024(60)3
【摘要】LCC-FHMMC型混合直流输电系统可以完全解决逆变侧换相失败问题,在向无源网络供电领域具有广阔的应用前景。
建立了双端混合直流输电系统的数学模型,在分析送端交流故障机理和无源网络工作特性的基础上提出一种基于桥臂电压控制的故障穿越控制策略。
通过让负荷主动参与调节换流站不平衡功率,快速恢复直流功率传输的同时有效避免切负荷,同时实现受端换流站和负荷的故障穿越。
依靠全桥子模块拓扑能够输出负电平的特点扩大逆变侧直流电压的调节范围,避免子模块电容过度放电导致的换流站闭锁,有效减小了故障清除后直流冲击电流。
设计了不同严重程度交流故障下相关参数的选取原则,后基于电磁暂态仿真软件搭建双端混合直流输电系统的仿真模型验证了所提控制策略的有效性。
【总页数】10页(P151-160)
【作者】朱博;徐攀腾;崔远卓;娄伟涛;辛业春
【作者单位】中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局;东北电力大学电气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM7
【相关文献】
1.向无源网络供电的MMC-HVDC送端交流故障穿越策略
2.LCC-MMC三端混合直流输电系统整流站交流故障穿越协调控制策略
3.混合直流输电系统交流故障穿越控制策略
4.LCC-FHMMC混合直流输电系统受端交流系统故障穿越控制策略
5.LCC-MMC混合三端直流输电系统送端交流故障下的不间断运行协调控制策略
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1 串联混合型直流输电系统拓扑结构
以单极系统为例，所述系统的基本拓扑结构如 图 1(a)所示。系统每一极均由 12 脉动 LCC 和模块 化多电平换流阀组(bank of MMCs，MMCB)串联构 成，其中 MMCB 为低端换流器组(直流侧电压较 低)，LCC 为高端换流器组(直流侧电压较高)。其中 URL、URM 和 UR 依次指整流侧 LCC、MMC 和整体
第 40 卷 第 1 期 2016 年 1 月 文章编号：1000-3673（2016）01-0055-09
电 网 技 术 Power System Technology 中图分类号：TM 72 文献标志码：A 学科代码：470·40
Vol. 40 No. 1 Jan. 2016
适用于远距离大容量架空线路的 LCC-MMC 串联混合型直流输电系统
(a) 系统拓扑结构
(b) MMCB
(c) MMC
(d) HBSM
Fig. 1
图 1 系统基本结构 Basic structure of the system
第 40 卷 第 1 期
电
网
技
术
57
的直流电压，UIL、UIM 和 UI 依次指逆变侧 LCC、 MMC 和整体的直流电压。 MMCB 的结构如图 1(b)所示，其由若干 MMC 并联构成， 以便克服现阶段 MMC 制造的容量限制。 为限制故障下的浪涌电流，换流站每一极出口处均 配置了平波电抗器。 如图 1(c)所示，MMC 由 6 个桥臂构成，每一 桥臂由桥臂电感和 N 个子模块(submodule module， SM)串联组成， 同一相的 2 个桥臂构成一个相单元。 子模块采用 HBSM，结构如图 1(d)所示，其由 2 个绝 缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor， IGBT)(T1、T2)、2 个二极管(D1、D2)和 1 个子模块 电容(C0)构成，USM 和 ISM 分别指子模块电压和电 流。通常，H-MMC 难以通过换流器自身动作处理 直流故障，原因在于闭锁后交流系统仍能通过反并 联二极管向故障点注入电流。本文所述的系统则可 以通过 LCC 和 MMC 的协同控制处理直流故障， 其 原理将在第 3 节介绍。
Vol. 40 No. 1
输 电 系 统 (modular multilevel converter based HVDC，MMC-HVDC)因其可独立控制有功功率和 无功功率、不存在换相失败、开关频率低、无需交 流滤波器和可向无源系统供电等优点而愈发受到 学术界与工业界青睐 ，并已逐步具备应用在远距 离大容量输电场合的潜力。理论上，MMC-HVDC 可采用 3 种方法处理直流故障：1）配置直流断路 器；2）利用交流侧断路器；3）采用具有直流故障 穿越能力的换流器。方法 1）最为直接有效
XU Zheng1, WANG Shijia1, LI Ningcan1, XIAO Huangqing1, JIANG Wei2
(1. College of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, Zhejiang Province, China; 2. Fujian Electric Power Corporation Research Institute, Fuzhou 350007, Fujian Province, China) ABSTRACT: In this paper, a hybrid HVDC topology with line commutated converter (LCC) and modular multilevel converter (MMC) in series connection is proposed, suitable for bulk power overhead line transmission. This topoloቤተ መጻሕፍቲ ባይዱy is flexible in operation in terms of active and reactive power control, and able to withstand ac and dc faults with cooperative control of LCC and MMC. First, operation principle and mathematical model are presented. Then, strategies coping with ac faults at rectifier and inverter side are discussed respectively, preventing current cut-off under ac fault at rectifier side and maintaining part of active power if LCC commutation failure occurs under ac fault at inverter side. Feasibility dealing with dc fault is theoretically demonstrated by analyzing characteristic of MMC under block state. A detailed control strategy for dc fault is further proposed combined with a test system. Finally, effectiveness of the control strategy for ac and dc faults is verified with time-domain simulation with the test system. KEY WORDS: line commutated converter; modular 能力； 基于闭锁状态下 MMC 的输出电压特性分析， 提出了 直流故障下系统的控制策略。 通过时域仿真验证了所述交直 流故障下控制策略的有效性。 关键词：电网换相换流器；模块化多电平换流器；混合直流 输电系统；直流故障清除；架空线路；大容量输电 DOI：10.13335/j.1000-3673.pst.2016.01.008
徐政 1，王世佳 1，李宁璨 1，肖晃庆 1，江伟 2
（1．浙江大学 电气工程学院，浙江省 杭州市 310027； 2．国网福建省电力有限公司电力科学研究院，福建省 福州市 350007）
A LCC and MMC Series Hybrid HVDC Topology Suitable for Bulk Power Overhead Line Transmission
，但
其目前仍缺乏工程中的实际运行经验。方式 2）最 为经济，目前国内已投运的柔性直流输电工程均采 用该方法。然而，由于机械开关动作速度慢，系统 在直流故障下过电流严重，换流站需要采用具备较 高通流能力的功率器件；此外，机械开关动作慢将 导致系统恢复时间长，这也不利于交直流系统的暂 态稳定。方式 3）实质上是利用具有故障穿越能力 的换流器替代直流断路器，这类换流器包括基于全 桥 子 模 块 的 模 块 化 多 电 平 换 流 器 (full bridge submodule based MMC，F-MMC)[9-10]、基于箝位双 子 模 块 的 模 块 化 多 电 平 换 流 器 (clamped double submodule based MMC， C-MMC)[11-14]等。 然而相比 采用半桥子模块的模块化多电平换流器(half bridge submodule based MMC，H-MMC)，此类换流器需 要采用更多的功率器件，因而具有更高的制造成本 和运行损耗，经济性相对较差[15]。 除以上 3 种直流故障处理方法，整流侧采用 LCC、逆变侧采用 MMC 的混合拓扑结构亦能够有 效处理直流故障，例如整流侧采用 LCC、逆变侧采 用 F-MMC 的 LCC-F-MMC[16]、整流侧采用 LCC、 逆变侧采用 C-MMC 的 LCC-C-MMC[6]和整流侧采 用 LCC、 逆变侧采用 H-MMC 并在逆变侧出口装设 二极管的 LCC-Diode-MMC[17]。此类拓扑结构的主 要缺点在于，由于逆变侧 MMC 的直流电压响应速 度慢，整流侧交流故障下很可能导致直流电流断 流。此外，文献[18]曾提出一种 LCC 和 2 电平电压 源型控制器(voltage sourced converter，VSC)串联的 混合拓扑结构，然而在该拓扑中 VSC 主要被用于 动态滤波和无功补偿。 为综合 LCC 和 MMC 的优势， 同时降低制造成 本和运行损耗，本文提出了一种适用于远距离大容 量架空线路的 LCC-MMC 串联混合型直流输电系 统。 该系统换流站的正极和负极均由 LCC 和 MMC 串联构成，其中 MMC 采用半桥子模块(half bridge submodule，HBSM)。该系统具有如下 5 个主要优 点：1）能够独立控制有功功率和无功功率，具有运
[7-8] [6]
行灵活性；2）能够依靠 LCC 的强制移相和 MMC 的 闭锁清除直流故障，系统自身具有直流故障穿越能 力；3）逆变侧由于 LCC 的存在直流电压响应迅速， 整流侧交流故障下不会发生断流；4 ）逆变侧由于 MMC 的存在即使发生换相失败，系统仍能保持一定 的功率输送能力； 5） MMC 的容量问题可以通过换流 器并联加以解决，这与现有的制造能力相适应。 本文提出了该串联混合型直流输电系统稳态 和故障下运行的控制方式，在 PSCAD/EMTDC 中 搭建了所述系统并验证了其在交直流故障下控制 策略的有效性。
0
引言
直流输电在我国西电东送工程中应用广泛，这
是由于相对于交流输电，直流输电在输电距离大于 600 km 时已具有明显的经济优势[1]。此类直流输电 通常具有如下 3 个特点： 1）潮流方向固定。潮流通常由能源集中区域流 向负荷集中区域，潮流反转问题通常不需要考虑。 2）系统容量通常在 GW 级。系统具有较高的 额定电压与额定电流，例如±800 kV/4 kA。 3）传输途径广泛采用架空线路。架空线路相 对于电缆故障率较高，换流器的故障穿越能力需要 着重考虑。 基于电网换相换流器的高压直流输电系统(line commutated converter based HVDC，LCC-HVDC)的 技术已经非常成熟，其已被广泛应用在远距离大容 量输电场合。 然而， LCC-HVDC 存在逆变站换相失 败、消耗大量无功以及滤波器和无功补偿设备占地 面积大等缺点[2]。我国华东和珠三角地区直流落点 密集，交流故障可能引发多回直流同时换相失败， 其进一步导致的功率缺失将对受端系统稳定性造 成严重的不利影响[3-5]。 近年来，基于模块化多电平换流器的高压直流