基于暂态电流相关系数的环状直流配电网保护方法

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的环状直流配电网因其供电可靠性优势而备受瞩目,MMC环状直流配电网的稳定运行与快速而又可靠的线路保护方法息息相关。为了保证环状直流配电网系统的安全运行,提出了基于故障暂态电流的Pearson相关系数保护方法。首先,提取环状直流配电网中线路首末两端电流的线模分量,利用其线模电流的差异完成区内、外故障的识别;根据单极接地和双极短路故障时的特征,利用线路正负极暂态电流相关系数数值差异进行单双极故障判定,并完成故障选极;最后,在PSCAD/EMTDC(power systems computer aided design/electromagnetic transients including DC)中搭建环状直流配电网模型进行验证,结果表明：所提方法在2 ms内可以快速可靠动作,可以保护线路全长,耐过渡电阻能力强,在40 dB噪声情况下,依旧可以识别故障,有一定的抗干扰能力,并且不严格要求同步通信。     

具备故障电流阻断能力的改进型子模块及特性

实际工程中如何实现直流故障电流的阻断是基于模块化多电平换流器(multilevel modular converter,MMC)的柔性高压直流输电(flexible high voltage DC transmission based on MMC, MMC-HVDC)系统中亟需研究与解决的关键问题之一。在分析已提出的子模块拓扑的基础上提出一种带有双向开关的钳位双电容子模块(clamp double capacitor bidirectional switch sub-module, CDCBSSM),该子模块拥有双电容可以输出三个电平,发生故障时将电容反向串联进故障回路中,利用电容的反向电压在抑制故障电流的同时迫使钳位二极管处于偏置状态从而快速切断故障电流且闭锁后电容电压较为稳定。与其他子模块拓扑相比该子模块单位电容下所需功率器件的数量最少,具有良好的经济性。在MATLAB仿真平台上对该子模块的故障阻断特性进行验证,仿真结果证实该子模块在阻断直流故障电流方面的确有效且各功率器件的电压应力也和理论分析相吻合。     

考虑控制方式的MMC-HVDC系统单极接地故障电流计算方法

直流侧单极接地故障是基于模块化多电平换流器(modular mutilevel converter, MMC)的高压直流(high voltage direct current, HVDC)输电系统最常见的故障类型,一般以换流站闭锁前子模块电容放电电流近似故障电流,忽略了换流站控制环节的影响,结果存在误差。提出一种考虑换流站控制方式的故障电流计算方法,针对换流站主从控制,改进了基于微分方程的求解方法,在故障后的等效回路中使用并联受控电流源将换流站控制环节纳入考虑范围,分别对定功率控制与定电压控制方式下的故障电流进行计算。在PSCAD/EMTDC平台搭建了两端MMC-HVDC系统模型,验证了所提方法的准确性。     

MMC-HVDC直流侧故障分析

针对MMC-HVDC经常出现且棘手的直流侧故障问题，分析了多电平模块化换流站（Modular Multilevel Conventer，MMC）的运行原理及工作特性，提出了采用子模块均压控制和相间环流抑制的适用于MMC的直流输电系统，并设计了相应的控制器；在MATLAB/SIMULINK环境下建立仿真模型，然后对MMC-HVDC直流侧单极接地、双极短路、断线故障仿真，仿真结果说明：所提出的控制策略能够保证系统在发生故障后维持稳定，提升了MMC-HVDC直流输电系统解决故障的能力；最后展望了更合适的故障保护措施及过电流抑制方法，对解决直流侧故障具有很重要的指导作用。     

电压三相不平衡时MMC型固态变压器的联合控制

针对网侧电压三相不平衡时电流负序分量使电流迅速增加进而危及系统安全的问题，提出电压三相不平衡时模块化多电平换流器(modular multilevel converter,简称MMC)型固态变压器的联合控制策略.在对电流正负序分量进行双序控制的基础上，设计了环流抑制器.仿真实验结果表明该联合策略具有有效性.     

不同子模块MMC在中压直流配电网中的应用研究

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的子模块是其核心部件。结合MMC在中压直流配电网领域的广阔前景,分析了MMC常见的半桥型、全桥型子模块结构。简化半桥型、全桥型、混合型三种子模块结构的MMC在直流侧双极短路故障时的等效电路,从理论上分析了三种子模块结构的MMC对直流侧双极短路故障的抑制能力。针对三种子模块结构MMC,分别通过基于PSCAD/EMTDC的两端MMC系统的仿真,验证了理论分析的正确性。得出在中压直流配电网中,混合型子模块结构MMC在技术上的可行性和经济上的优越性。为未来中压直流配电网中换流器子模块拓扑的选择提供参考。     

混合型模块化多电平换流器的改进载波移相控制策略

基于半桥子模块和全桥子模块组成的子模块混合型模块化多电平换流器桥臂不仅具备直流侧故障自愈能力,而且具有更高的设备利用率和更低的功率损耗特性,提出一种适用于换流器输出电平数较少的该类子模块混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的改进载波移相控制策略。该控制策略将载波移相调制和基于排序的传统子模块电容电压均衡方法相结合,采用附加控制器维持半桥和全桥子模块阀段间电压平衡,并在PSCAD/EMTDC中搭建子模块混合型MMC仿真模型。研究结果表明:所提出的改进载波移相控制策略是可行和有效的,采用附加控制器可维持半桥和全桥子模块阀段间电压平衡,有效避免最近电平逼近调制(nearest level modulation,NLM)应用于电平数较少换流器带来的谐波问题,提高波形质量,适用于子模块数量较少的低电压场合。     

一种模块化多电平的改进最近电平调制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)因其模块化设计易于扩展、开关频率低等特点,在中高压大功率系统中得到越来越多的应用;而最近电平调制(nearest level modulation,NLM)作为一种实时阶梯波调制方式,常用于上百个电平数的场合。首先对MMC的基本结构和最近电平调制的运行机理进行分析,推导出该调制策略所存在的固有缺陷;在此基础上,提出了改进的最近电平调制策略。通过引入调制波与阶梯波间偏差,有效避免了在电平数较低情况下电容电压波动、环流等问题。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了MMC仿真模型,对改进前后的最近电平调制策略进行了比较分析。仿真结果表明该改进调制策略可以提高系统的稳态运行特性,对子模块电容电压波动和环流产生抑制作用。     

基于MMC技术的有源滤波器可行性分析

当有源滤波器(active power filter,APF)用于电气化铁路等大容量谐波补偿时,现有电力电子器件的载流能力的提高限制了其所容许的开关频率,较低的开关频率直接影响高频电流的跟踪能力,并使输出谐波含量增加。此外当APF用于大容量场合时,需要保障APF具有较大的补偿容量,避免补偿装置的频繁投切对电网造成的扰动。模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)结构因具有结构模块化易于扩展、所需元件少等优点,其研究对APF灵活扩容具有重大意义,且多电平结构的有源滤波器自身输出谐波含量少,适用于有源补偿场合。本文对MMC及基于MMC技术的APF进行数学模型分析,通过数学公式证明模块化多电平变换器可以应用于APF中,并提供补偿性能。     

模块化多电平功率变换器建模与控制

子模块均压控制是保证系统正常运行的前提,而模块化多电平变换器(MMC,modular multilevel converter)工作时各子模块电容电压不能时刻保持均衡.为了解决此问题,文中采用载波移相的调制策略以及冒泡排序算法对MMC子模块电容电压进行有效控制,使其达到均衡.最后通过MATLAB搭建了MMC仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性与控制策略的有效性.     

基于电流信息的三端环形直流配电网保护策略

针对三端环形直流配电网发生故障时故障电流上升快且幅值大而导致的区内外故障判别困难问题,提出了一种基于电流信息的保护策略。主保护提出在故障暂态下先闭锁换流器,停止各端电源功率传输,利用此时线路中故障电流的方向判别区内外故障;为了弥补主保护在换流器出现闭锁故障时拒动的缺陷,配备以故障电流突变量变化率极性为判据的后备保护,构成三端环形直流配电网的保护策略;在PSCAD/EMTDC环境中搭建三端环形直流配电网,在发生极间短路故障工况下进行仿真,仿真结果表明:保护策略中的主保护系统能有效判断故障线路,其他线路断路器不会误动;当主保护拒动时,后备保护启动,判别区内区外故障,保证配电网安全运行,从而验证了所提保护策略的有效性。     

永磁同步风力发电机组的不对称故障穿越控制策略

永磁同步风力发电机组在不对称电网故障下运行,将导致并网电流不对称、畸变,直流母线电压上升并含有2倍工频纹波等问题.为了提高永磁同步风力发电机组在不对称电网故障下的穿越能力,提出一种PMSG机组的控制策略:在网侧换流器的控制中采用电网负序电压前馈的方法来消除并网电流负序分量;在机侧换流器的控制中提出了一种新的发电机电磁功率跟踪控制思想,使发电机的输出功率跟踪网侧换流器的输出功率,消除了不对称故障情况下直流母线电压的2倍工频纹波和限制直流侧电压上升,避免直流母线电压波动超出电容电压的额定值.1 MW机组的仿真结果表明,所提出的控制策略可实现不对称故障穿越,验证了所提出控制策略的有效性.     

数控交流稳压电源中 二只双向晶闸管的短路分析

数控交流稳压电源中,二只双向晶闸管转换导通时,产生短路,但不一定产生短路 大电流.短路可分为增强型短路,截止型短路和减小型短路,在输入附加信号的条件下,能变增 强型短路为截止型短路     

直流断线故障特性分析及一种基于控制的保护策略

随着"直流电网"概念的形成,传输距离的增长使得架空线成了构建直流传输网络的最佳选择。相较电缆线路,架空线故障率更高,更易发生断线故障。基于多端柔性直流环网拓扑结构,对直流网络中部分线路断开后换流站及相连线路的暂态特性进行了研究,阐述了故障后产生直流侧过电压以及非故障线路过电流的机理;以抑线路过电流水平、加快系统恢复速度为目的,提出改进后的电流控制器模型。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了四端环网模型,验证了提出的控制策略的有效性,能够明显的抑制线路过流峰值和加快直流网络恢复速度。     

基于相位差的轴向磁通无铁心电机早期轻微匝间短路故障诊断

针对轴向磁通定子无铁心电机早期匝间短路故障问题,提出一种基于零序分量和定子电流分量相位差的轴向磁通定子无铁心电机的早期匝间短路故障诊断和定位方法。首先,根据定子绕组电感极小的特点建立了匝间短路故障数学模型;其次,对故障前后的短路电流、相电流、零序分量等进行了傅里叶分析,通过零序电压基波幅值变化对匝间短路故障进行识别;最后,通过对比零序电压基波与定子三相电流初相位差来进行故障相定位。结果表明,匝间短路故障相的相电流基波初始相位与零序电压基波初相位差的绝对值近似180°,而健康相的相位差与180°相差较大。基于相位差可以实现轴向磁通无铁心电机早期匝间短路故障的诊断与定位,为永磁电机的匝间短路故障诊断提供了参考。     

阻抗耦合的双Boost型三相直流侧有源电力滤波器

针对三相不可控整流桥,提出一种基于阻抗耦合的三相直流侧有源电力滤波器的拓扑结构及其控制策略,该滤波器由阻抗网络和不对称双Boost电路构成。控制策略采用平均电流控制,分别采用前沿和后沿调制方法来获取两个Boost电路的开关信号。与一般的直流侧有源电力滤波器相比,减少了1个有源开关和1个电容,可以降低成本,而直流侧也不再存在电压不平衡的情况。最后通过仿真验证了该拓扑结构的正确性和有效性。