|
上期内容：浙江大学徐德鸿教授当选IEEE PELS执行委员会委员   中国·武汉 欢迎各位专家踊跃投稿参会 摘要截稿日期：2017年3月13日 会议官网：http://rpg2017.events./ 柔性直流输电，是目前受到广泛关注的大型输电方式，其主要特点是采用全控电力电子器件构成的电压源换流器，取代常规的直流输电中的基于半控晶闸管器件的电流源换流器。 具有无需滤波器，快速独立调节有功和无功，适合多端系统等多种优点。 Tips：视频文件较大，请打开WIFI后观赏。 附讲座PPT：
以下是讲座中的经典问答： 1.请详细介绍一下什么是直流短路故障穿越？为什么直流故障的时候不直接断开电路呢？比方说断路器 柔直最开始用的就是半桥型的MMC，用半桥一个一个模块串起来，组成桥臂，然后上下桥组成一相，ABC三相组成拓扑。这是目前工程应用最广的一种拓扑，全桥只在国外有一个工程应用，了解比较少。半桥当直流侧发生短路故障时，即使把整个变换器的IGBT全部闭锁，也会通过二极管形成通路。因为交流侧的交流断路器分断时间比较长，这段时间回路的阻抗比较小，相当于线电压直接加在短路通路上，造成电流较大，即使闭锁变换器也没办法。目前有两条技术路线：1.断路器加半桥型MMC，也就是在直流侧加一个断路器分断；2.应用具备直流短路故障穿越能力的子模块拓扑，也就是通过变换器去分断短路电流。这是两个不同的技术路线，但工程上的实现能力不同。就断路器加半桥MMC来说，例如在±800kV柔直工程中，这种断路器还没有研究出来，而具备直流短路故障穿越能力的子模块拓扑实际上是一个分散式的固态断路器，两者本质上是一样的，但后者工程上实现较快。
2.风电通过变流器输出的是交流，接入柔直系统时再转成直流吗？若采用这种方式，风电直接输出直流是否更好？ 风电变流器是可以直接输出直流的，我们应用的一般是海上风电。相对来说，交流输电用电缆的输电能力是很有限的，所以在海上风电一般采用直流输电，输出容量和距离都是不受限的。目前也在考虑现在很多新的接入方式，比如通过风电变流器串联生成一个高压直流电，输送后通过输入端MMC整流到电网，具体是否应用还不太了解。
3.CS&HB-CCDSM这种拓扑在工程中现在有应用吗？或者有那个工程中计划应用这种拓扑吗？ 这个在工程上应该没有应用，交联拓扑器件因为电容反接，每一个器件耐压都是两个电容电压之和，也就是两倍电压，虽然从器件个数上来看比较少，但是从成本上来说，对比伏安等级不具备优势，没有半桥加全桥串联或者钳位单子加半桥串联拓扑有优势。  4.对于具有直流故障穿越能力的MMC拓扑，对系统闭锁前和闭锁后的故障电流进行分析，需要考虑交流馈能现象吗？ 我认为是需要考虑的，研究中会出现分段电流一样，但仿真短路电流冲击量不一样的情况，是因为交流侧馈能了。因为我主要做变换器本身的研究，对系统的研究不是很深入，在这样一个直流短路故障出现能力对比时，考虑短路电流冲击量，是考虑交流侧的馈能的。
5.请问分别从可靠性和成本方面考虑的话，FBSM拓扑断流相对于直流断路器断流的优缺点。 直流断路器在工程上应用比较广泛的是机械开关加IGBT混合式技术方案，这样的优势是损耗较小，而且能直接分断各个故障，所以适合多端系统，但是其更高电压更大容量目前在工程上很难实现。全桥具备分断短路电流能力，而且它比半桥多了两个IGBT器件，在工程上较容易实现。成本暂时没有对比，直流断路器的主要成本是技术成本，全桥拓扑主要是材料成本，从材料上来讲全桥可能会贵一些。从可靠性考虑，因为全桥是分散式断路器，模块还有冗余，可靠性相对更高。 6.现在的柔直项目基本上都是采用的什么调制方法，就是国网公司目前正在运行的柔直工程？ 目前柔直工程上采用最近电平逼近，因为当电平数达到二十几个以上，谐波就没有什么问题了，而且这种调制技术在工程上很容易实现，一般做输电MMC模块数特别多，大部分都是采用最近电平逼近这种方法。 7.现在研究MMC子模块拓扑的人非常多，各家都提出了自己的子模块拓扑并且称自己的子模块拓扑更有优势。但是据悉，此次张北仍然使用半桥子模块，请问，为何在故障自清除已经研究这么久的情况下，目前工程上仍然多使用半桥子模块？ 半桥MMC加断路器这种技术路线目前是国网在用，具备直流短路故障穿越能力的技术路线是南网在用，张北因为是多端系统，用断路器是最有优势的，比如说一站坏掉了，可以通过断路器直接把这一站故障给隔离掉，其他站可以不用停止工作。但是如果将直流短路故障穿越能力的技术用在多端系统的话，这种情况或者全部闭锁清除故障，或者不闭锁，将所有站的直流电压都降为零。这样会带来一个问题，整个多端系统所有的功率中断，对电网的冲击比较大，所以在多端系统里面，运用半桥加断路器比较合适。还有另外一个因素，具备直流短路故障穿越能力实际上是一个分散式的固态断路器，损耗比较大，除了这个缺点它在功能上是很容易实现的，不受限于断路器的研究，比如说直接可以上到±800kV，但是国网的±800kV的断路器还没有研究出来。具备直流短路故障穿越能力的子模块拓扑相对于半桥子模块来说，运行区间是要宽泛一些，典型应用就是交直流侧电压比例可以大范围调节。另外，它的自由度较高，优化空间比较大，可以用来降低电容电压波动，降低开关频率，优化损耗等。 8.做柔直输电的MMC一般有多少子模块串联？如果模块数非常多的话，MMC的控制是采用集总式的控制还是分布式控制呢？MMC系统内部各模块之间的通信有什么明显的缺点或者挑战吗？ 柔直方面，MMC的模块数是根据系统的直流电压等级和交流电压等级来选的，每一个模块的电容电压是根据目前所能买到IGBT全控器件的耐压和耐流的等级来确定。目前容量最大的子模块，特变电工采用ABB的压接式IGBT研制的半桥模块算一个，它的模块容量大概是4.8兆瓦。由于容量比较大，一般用在±500kV、±800kV、3GW、5GW这样的系统里面，这样的模块数有几千个，一个桥臂几百个，六个桥臂就是几千个。控制器也是比较复杂的，最高端的有站控，下面有极控，就是每一个换流阀，有真双极或者伪双极，还有换流阀的阀控、桥臂控制或者模块控制，控制器的结构相对来说比较复杂，内部通信基本采用光纤。
9.具备直流故障穿越能力子模块，穿越时间一般是多少，这样是不是会对保护的动作时限要求降低，会不会对闭锁命令的时间有影响？还有这个子模块拓扑结构的电压上升较快，因为IGBT的耐压低，对器件本身有什么影响? 具备直流故障穿越能力子模块，它的IGBT动作非常快，一般一个控制周期50微秒或者100微秒，就可以闭锁，或者作一个直流侧的低穿。因为自身的响应速度快，所以对保护动作的要求没那么高。电压上升至一点几倍，会考虑对器件本身的影响电流，但是在这种一次设备里的预留量都比较大。
10.MMC电容电压基频波动是传递有功功率的主要成分，如果将它消除的话，会不会影响功率的传输？ 电容电压的基频波动不是传递有功功率的主要成分，实际上调制基频波动才是传递有功功率的主要成分，它带来的实际上是电容电压的二倍频波动，之所以有基波波动是因为有两部分基波电流流过电容，桥臂中有直流电流流过补充能量，经过基波调制，以基波形式流过电容，另一部分是桥臂中的基波电流，经过直流调制，以基波的形式流过电容。我的工作是通过合理设计交直流调制比，使流过电容的基波电流最小，不影响功率传递。 11.综合各方面因素，在直流故障阻断能力方面，你觉得钳位单子模块（CSSM）是最有优势的吗？工程上有使用的吗？ 我不认为钳位单子是最有优势的，钳位端子实际上是全桥的简化版，从规程上来说仅次于全桥，它的损耗也仅次于全桥，但是它的直流故障穿越能力是和全桥类似的。但是我们在做这些分析的时候不需要在某一个方面做到极端性，比如说非得按全桥的穿越能力来做，所有的拓扑都具备直流故障穿越能力，只是对于时间和冲击量的要求不同，我们同时还要考虑规程和损耗，这样来说钳位端子的优势并不明显，而且也是三相线运行，不具备一些优化运行的能力，也不具备直流低穿的能力，不适合以后的多端系统。
12.请问咱们在仿真之前，咱们如何通过对状态方程的数学分析，提前得到各状态变量周期平衡解？比如A相上桥臂的直流量的值，一次谐波的幅值，二次谐波的幅值等，主要用什么数学方法，因为一般得到的系统是非自治系统，算起来比较复杂。 我之前曾想解过这个MMC，因为它实际上是一个非线性的高阶系统，我想解出各种平衡下的稳态解，后来发觉对数学功力确实要求比较高，于是放弃了。至于一次谐波的幅值、二次谐波的幅值应该有很多文献在研究，比如清华大学的宋强老师那边，你们可以看一看。 13.MMC柔直的换流问题你有研究过吗?都有一些什么方案呢。另外，柔直除了MMC，就没有更好的其它拓扑了吗? 目前直流输电有两种方式：第一种是常规直流输电，采用半控晶闸管形成电流源型换流器，利用电网换流，即Line Commutate Converter Based HVDC（LCC-HVDC）；另一种是柔性直流输电，采用全控型器件形成电压源型换流器，利用器件自关断能力换流，即Voltage Source Converter Based HVDC（VSC-HVDC）。基于器件串联的两电平电压源换流器和基于MMC的电压源换流器是最常见的两种换流拓扑。理论上，所有电压源型DC/AC变换器都能用于柔性直流输电。但是，直流输电工程中电压等级高，而目前能够工程应用的全控型器件最高耐压仅为4.5kV，若采用基于器件串联技术的两电平电路或者其他常见的多电平电路，技术难度较高，电路较复杂。目前我国几乎全采用基于MMC的柔性直流输电技术，其模块化结构，使得工程实现难度较低，且可靠性增加。当然，在电压等级不高的小型直流输电工程或配电网中，也可以采用其他多电平电路或两电平组合电路，例如2011年的中海油文昌柔直工程。 14.现在柔直项目有800KV的了吗?请详细介绍一下吧。 南方电网科研院牵头申报的国家重点研发计划“高压大容量柔性直流输电关键技术研究与工程示范应用”获批，采用混合直流输电技术，拟建设5000MW柔直输电工程。 15.规避专利是不是说跟现有的专利不一样啊，那么你们的电路跟现在专利的电路有没有区别呢？ 如PPT所讲，不对称全桥型交联双子拓扑（AFB-CCDSM）是全新的MMC子模块拓扑，和其他电路拓扑区别很大，其性能和半桥-全桥串联拓扑类似。还有一些拓扑是拓扑演变过程中的遗留拓扑，其原理与现有专利拓扑基本类似，但是电路拓扑结构有区别。
16.你提到柔直可以四象限运行，我是第一次这个说法，请介绍一下四象现运行吗？ 我在PPT中2处提到四象限运行。其一，MMC换流器的四象限运行，指以电网电压相量为参考坐标，通过控制MMC的等效交流侧输出电压，可以控制并网电流相量在四象限内运行，即电压源换流器分别独立控制有功和无功的能力。其二，描述MMC各子模块拓扑端口输出能力，指子模块拓扑能够在V-I定义的坐标轴上输出四个象限的电压和电流。 17.用机械开关的话是不是响应时间就慢了很多了呢？ 机械开关仅仅在出现直流短路故障时才动作，且配备故障电流转移支路，正常工作时其为常通状态，无需动作。其本质为分散在每个子模块中的混合短路器。 18.导师给我定的方向是MMC调制，能不能谈谈调制方面有什么可以研究的点吗？ 如PPT所讲，多电平的调制技术均可用于MMC。在柔直输电工程中，大多采用最近电平逼近，主要问题在于电容电压均压排序算法中均压度与开关频率的矛盾，工程上更关心均压度与开关损耗的矛盾。在中小功率应用中，主要问题在于谐波含量与开关频率的矛盾。还有就是在故障情况下不同调制算法的动态性与调整能力，如系统短路故障或模块故障等。 19.根据您的经验，MMC现在还有哪些具体点值得研究呢? 如果不考虑柔性直流输电技术，单论MMC变换器的话，其子模块电容容值大，带来的体积和成本增加的问题，较为值得研究，且切实可行的研究较少，主要有拓扑（固态电容器的概念）和控制（注环流）两种方式。在电机驱动中，由于其启动频率较低，影响更为严重，有部分研究工作值得借鉴。 20.做实验的时候，怎么启动MMC装置，怎么给装置上电? 网侧软启合闸，子模块电容通过其IGBT的反并联二极管进入不控整流充电状态，子模块电容带电，其控制器带电，系统可进入全控状态。（实际工程启动更复杂） 21.直流短路故障穿越问题现在解决的如何了呢？实际的项目一般是怎么做的呢。 目前实际工程一般采用闭锁换流阀，桥臂投入阻尼模块，交流侧断路器闭锁的方案。舟山多端柔直拟采用直流断路器方案。 22.MMC仿真一般选用什么仿真软件，为什么要选择PSCAD呢？ PSCAD为电力系统专业软件，采用定步长解法器，采用Fortran语言，效率更高，较为准确地反映实际系统的稳态及动态性能；MATALB为通用型软件，有定步长和变步长多种解法器，比较适合简单系统的控制算法仿真。 23.请问这个柔性直流的柔性怎么理解，跟柔性交流的意思差不多吗？ 柔性在电力系统中一般理解为使用电力电子技术使系统更为灵活、可控、稳定。在交直流输电技术中因为其应用场景不同，表象上略有区别。柔性直流输电技术专指基于电压源换流器的直流输电技术（VSC-HVDC，也称作HVDC-Flexible）,区别于常规直流输电技术（LCC-HVDC）。 嘉宾介绍 黄浪，男， 西安交通大学博士研究生。主要研究方向为电力电子建模与控制技术和碳化硅功率器件应用技术，具体包括模块化多电平变换器建模及控制技术、固态变压器拓扑设计及控制技术、光伏并网逆变器控制技术等。曾参与国家自然科学基金项目1项，国家重点研发计划项目1项，国家863项目1项，自治区重大科技专项1项。 声明：文章版权属于作者，转载请联系公众号后台。 |
|
|
来自： yahoohaha88 > 《技术_电网》
