基于模块化多电平换流器的直流系统故障电流分析及故障穿越测试

半桥型模块化多电平转换器(half-bridge modular multilevel converter,HBMMC)具有阻止直流链路中的短路的能力,而全桥型模块化多电平转换器(full-bridge modular multilevel converter,FBMMC)可以产生双极性电压从而阻止直流链路中的短路电流快速清除直流侧故障,是实现直流故障穿越的理想拓扑。研究极间短路故障的特征及其数学模型,提出计算故障电流的改进分析法。基于临界故障电阻分析,研究模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的传输系统的直流短路穿越的能力。分别模拟两种运行模式:第一种运行模式中MMC可以用无功功率支持交流电网,但不会传输有功功率;第二种运行模式中MMC可以在故障期间传输有功功率。在PSCAD/EMTDC软件中构建FBMMC-HVDC仿真模型,验证所提概念的可行性。     

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)系统中亟须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3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有效,且各功率器件的电压应力也和理论分析相吻合。     

应用于直流电网的直流断路器参数选取研究

混合式高压直流断路器所能承受的电流水平不仅反映了整个网络向故障点的馈能情况,同时也是其内部各开关器件承受能力的外在体现。直流电网的稳态潮流分布及故障时的电流变化情况则是高压直流断路器载流支路及主断路器支路参数选取的重要依据。本文以直流电网潮流分布为基础,考虑了直流电网可能存在的多种运行方式,分析了高压直流断路器承受的稳态电流水平,进而为其载流支路参数选取提供参考。同时,在基于半桥子模块结构的换流器故障机理分析的基础上,进一步研究了直流电网线路发生故障时的网络电流、换流器出口电流及换流器桥臂电流的变化情况,为高压直流断路器所需开断故障电流水平提供理论依据,并为高压直流断路器的主断路器支路参数及限流电感参数整定及其与换流站闭锁保护相互配合提供一定的参考。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建的四端环网模型上验证了所提方法的正确性。     

基于残差分析的MMC子模块故障定位

针对采用最近电平逼近调制(NLM)方式的模块化多电平换流器(MMC)系统,提出一种新的子模块故障定位方法。将给定的NLM阶梯波波形作为参考,与MMC输出的故障电压波形进行比较而构成残差,通过残差分析并结合子模块位置信息可以实现故障子模块的快速定位。在MATLAB/Simulink仿真平台中搭建了9电平MMC逆变器系统,仿真结果验证了该故障定位方法的有效性。     

基于新型直流牵引供电系统的变下垂控制策略

与传统交流制式牵引供电系统相比,基于模块化多电平换流器的中压直流(medium voltage direct current based on modular multilevel converter, MMC-MVDC)牵引供电系统具有电能品质高、供电距离远以及便于分布式可再生能源系统和储能系统接入等诸多优势。针对传统下垂控制下MMC-MVDC牵引供电系统中存在的输出电压跌落、功率分配不平衡问题,提出一种变下垂控制策略。该方法在传统下垂控制中引入下垂扰动量和电压补偿量,利用一致性算法根据各所输出电流得到下垂扰动量实时动态调节下垂系数实现负载功率在各所之间的均匀分配,同时各所输出电压的平均值稳定在额定值附近且偏移量较小。该策略在保证电能质量的同时提高了牵引变电所容量的利用率,在负荷突变时该系统也能较快地重新达到稳态,具备良好的动态特性。最后,在MATLAB/Simulink中搭建了两牵引变电所模型,将提出的控制策略与传统下垂控制进行对比,仿真结果验证了该策略具备较好均流特性的同时能够基本无差地跟踪输出电压参考值,保证MMC-MVDC牵引供电系统的安全、稳定运行。     

基于MMC的柔性直流输电动模装置节点控制器的设计及其动模实验

为了解决目前模块化多电平换流器动模装置所有子模块均由一个阀级控制器控制从而导致的控制系统复杂、系统成本升高等问题。本文提出了一种在阀级控制器和子模块级控制器间加入节点控制器的方案并在此方案上研制了动模装置。节点控制器的加入降低了主机控制器的硬件要求和光纤通道的使用数量,大大地降低了装置成本。同时,主机控制器与节点控制器之间的通讯采用循环冗余校验算法,增加了大容量数据高速传输的实时性和可靠性。通过对动模装置进行稳态实验和功率阶跃实验,结果表明系统能够正确快速地进行有功类物理量和无功类物理量的追踪控制以及子模块电容电压的稳定。     

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。     

VSC-HVDC系统保护策略的研究

目的对基于电压源换流器的高压直流输电系统（VSC—HVDC）的保护策略进行分析,为保护装置的研究提供依据。方法通过在PsCAD／EMTDC软件环境下对系统中常见的两大类故障——破坏性故障和非破坏性故障进行仿真,从结果中提取了故障特征,并据此提出相应的保护策略。结果1）对于破坏性故障,由于控制失效,只能进行闲锁跳闸,并在适当位置安装熔断器;2）对于非破坏性故障,对故障端功率进行“软关断”。结论仿真实验结果表明,上述两种保护策略是有效可行的。     

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。     

基于小波神经网络的伺服直流电机故障诊断

研究了直流电机反映潜在故障特征的参数选取方法,并在此基础上建立了基于小波分析方法和BP人工神经网络技术的特征参量-故障映射模型模型。通过诊断结果与实际数据的分析、对比,验证了所建立的故障诊断模型能有效地实现潜在故障征兆提取和故障映射功能。     

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。     

基于低频无功的柔性直流输电线路纵联保护方案

柔性直流输电技术发展迅速,但其线路保护还存在一些不足。传统的电流差动保护易受线路分布式电容影响的问题尚未完全解决。为解决柔性直流线路保护存在的问题,本文提出一种基于低频无功方向的柔性直流输电线路后备保护原理。该原理利用直流无功刻画线路分布参数的频率特性,并根据故障时直流低频无功方向识别区内、外故障。仿真结果表明所提保护原理不受分布电容电流的影响、不需要严格的通讯同步且具备较强的耐受故障电阻和噪声干扰的能力。     

故障全量的分相复合阻抗输电线路纵联保护原理

提出了一种基于故障全量的分相复合阻抗输电线路纵联保护原理,它根据线路两端电压、电流故障全量差的比值引入分相阻抗,并以计算得到的阻抗数值判断故障是否发生在区内.在区外故障时,分相阻抗等于线路全长的正序阻抗;在区内故障时,分相阻抗明显偏离上述正序阻抗.该原理为幅值判据,不仅易于整定、具有自选相功能,而且性能可靠、动作灵敏、适应性强,EMTP数字仿真和动模试验结果验证了其有效性.     

直流微电网的故障分析与保护配置研究

直流微电网是一种运行效率高、综合造价低和占用空间少的微电网组网方式,但目前限制直流微电网推广应用的原因是缺乏有效保护解决方案.在分析直流微电网结构组成与接地方式的基础上,给出了一种直流微电网简化模型,进而研究系统直流侧故障情况下电压电流的响应特性;结合模型仿真对不同位置故障的响应作了讨论对比,据此提出了直流微电网的保护配置相关原则;具体分析了母线、支路和变流器3个关键组成的保护措施,可为实现直流微电网可靠保护、促进系统安稳运行提供参考.     

500kV线路保护装置220V直流电源串入交流电误动跳闸事故分析

通过分析500kV变电站引因一次直流系统串入交流电而导致500kV线路保护误动跳闸的原因,为变电站检修、维护的现场施工人员提供了经验教训,从而提高检修、维护施工中的安全管理,以确保检修、维护施工过程中变电站一、二次设备的安全可靠运行。     

直流换流站出口L-C型辅助防雷滤波装置

为降低直流输电线路遭受雷击后在换流站设备上产生的过电压,对高频谐波进行抑制,提出在±500 kV换流站出口处加装一组L-C型辅助防雷滤波装置.首先,分析了L-C型辅助防雷滤波装置的结构原理和防雷保护特性,并对其进行参数选取.其次,研究了直流侧进线段和换流站各设备的建模方法,在PSCAD/EMTDC中搭建±500 kV换流站直流侧雷电过电压模型进行仿真分析,仿真结果验证了所提方法的有效性和可行性.最后,针对算例分析了雷击故障和换流站直流母线短路这两种情况,提出应该对L-C型辅助防雷滤波装置采用一定的保护措施,以确保其安全.