基于MMC的配电网电力电子变压器接地设计及故障特性分析

对基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的配电网电力电子变压器在发生交流输入侧单相接地故障、中压直流侧单极接地故障、低压直流侧单极接地故障以及交流输出侧单相接地故障下的故障特性进行了分析。参考MMC-UPFC、MMC-HVDC以及低压交流配电网现有的接地方案,提出适用于配电网电力电子变压器的接地方式:交流输入侧接地变压器接地、交流输入侧大电抗接地、中压直流侧大电阻接地、低压直流侧电容中点接地以及交流输出侧接地变压器接地。对上述接地故障在不同接地方式下的故障特性进行了对比分析,并通过PSCAD仿真平台对所分析接地方式及故障特性进行了仿真验证。最后,基于故障特性分析结果并考虑目前的制造技术,提出了输入侧、输出侧分别采用接地变压器接地作为目前配电网电力电子变压器接地方式的建议。     

交流系统单相接地故障对柔性直流配电网的影响分析

针对双端柔性直流配电系统,对换流器交流出口处单相接地故障特征进行分析,说明交流侧故障对直流侧的影响,指出直流侧电压会出现工频共模波动,比较直流侧电容中点直接接地与不接地时的不同,讨论了电抗器参数及电容大小对电压波动的影响。基于DIgSILENT/PowerFactory搭建双端直流配电系统模型进行仿真验证,最后结合仿真结果,给出降低故障影响的改进建议。     

10 kV交直流配网弧光过电压特性分析

小电阻接地是提高交直流配电网保护灵敏性、降低过电压水平的有效手段。弧光接地过电压威胁设备绝缘,因而分析该问题对交直流配网安全运行具有重要价值。通过搭建交直流混合配网,在10 kV交流侧模拟发生配电网弧光过电压场景,研究了交直流电网过电压水平和故障穿越特性。首先基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了柔性直流配网仿真模型,构建了弧光接地过电压数学模型;然后,仿真交直流混合配网系统发生故障后非故障相过电压故障响应曲线,分析了交流侧发生单相接地故障时,零序、负序分量造成的弧光过电压穿越特性;最后,通过对比分析不同接地电阻条件下交直流电网过电压数据获得了其变化规律,结果表明接地电阻为6Ω时对过电压的抑制效果最佳。     

电压源换流器接地方式对直流配电系统的影响

针对低压直流(Low Voltage Direct Current, LVDC)配电系统分析比较了电压源换流器不同接地方式的优缺点。分别在换流器电容中点直接接地和高阻接地方式下,对换流器交流出口处不对称故障特性和直流线路单极接地故障特性进行了分析,并建立LVDC电磁暂态模型进行了仿真研究。对比系统不同工况下的暂态性能可知,电压源换流器电容中点高阻接地方式优于直接接地方式。高阻接地的方式对限制故障电流更为有利,同时也有利于直流配电系统故障消除后的快速恢复,这为未来直流配电系统保护方案的配置奠定了基础。     

交流侧接地故障对直流配电网电压平衡影响

针对直流配网中换流器交流出口处的单相接地故障,对故障下直流侧正负极电容电压的响应进行了推导,并给出了故障下单个换流站的零序等效电路。对故障消除后直流正负极电压的恢复过程进行了分析。分别从在故障下消除直流正负极电容电压的工频共模波动和在故障消除后直流正负极电压的快速恢复2个角度对电容中点接地电阻的取值进行了讨论。提出了电容中点接地电阻的取值依据。最后通过PSCAD/EMTDC仿真软件进行了直流配网系统故障仿真,对结论进行了验证。     

基于EMTDC的UHVDC交流侧故障的仿真

采用EMTDC软件建立了详细UHVDC模型,研究了交直流系统并列运行的相互影响,并对交流系统故障进行了仿真.仿真结果表明:逆变侧交流系统故障比整流侧交流系统故障更容易引起换相失败,三相系统故障造成严重的功率损失直至极退出停运,故障期间极控系统的策略有利于交流系统故障后,直流系统迅速恢复,合理的控制模式组合有助于故障后的恢复特性.     

基于EMTDC的UHVDC交流侧故障的仿真

采用EMTDC软件建立了详细UHVDC模型,研究了交直流系统并列运行的相互影响,并对交流系统故障进行了仿真。仿真结果表明：逆变侧交流系统故障比整流侧交流系统故障更容易引起换相失败,三相系统故障造成严重的功率损失直至极退出停运,故障期间极控系统的策略有利于交流系统故障后,直流系统迅速恢复,合理的控制模式组合有助于故障后的恢复特性。     

两端电源供电交直流混合配电网直流侧故障特征和接地方式

交直流混合配电网是从交流配电网向直流配电网过渡的有效解决方案。为提升交直流混合配电网传输容量与供电可靠性,多端供电结构逐渐被广泛采用。从两端电源供电结构入手,研究当发生单极接地故障时的直流侧故障特征及接地方式。通过对故障回路的分析,研究了发生故障后电流的阶段性特性,推导故障电压与电流的时间表达式,并通过数学简化得到故障过电流峰值与达到峰值时刻的简单计算式。在此基础上,通过实例给出了选择接地电阻阻值的方法。研究分析了当两侧回路参数不对称时的故障电流振荡现象和规律,并提出基于等效拆分法的四阶微分方程回路计算方法进行故障电流计算。仿真结果表明,所提出的计算方法和接地方式适用于两端电源供电的交直流混合配电网的直流侧,有助于交直流混合配电网的安全、稳定、可靠运行。     

采用柔性直流技术的智能配电网接入交流电网方式

基于柔性直流技术的智能配电网与交流电网的连接方式是系统设计的基础,也是直流配电中的关键技术之一,为此针对±10kV基于柔性直流技术的智能配电网接入交流电网的方式开展了理论和仿真分析。首先从理论上简要分析了其与10kV交流配电网之间可能的连接方式及各种连接方式下交直流系统故障之间的相互影响。然后在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中建立不同连接方式下的仿真模型并开展典型故障下的仿真计算,从过电压和过电流的角度分析交直流系统故障间的相互影响。最后,从系统运行可靠性和经济性的角度提出基于柔性直流技术的智能配电系统与交流电网之间推荐的连接方式,即直流配电系统通过联接变压器与交流电网连接。     

多端柔性直流配电网接地方式设计

多端柔性直流配电网是柔性直流输电技术与配电网相结合的新型应用形式,该配网技术采用多端电压源换流器构建跨台区低压直流互联系统,利用优化下垂控制实现台区间基于配电变容比(容量比例)的自适应潮流转供。针对所采用的电压源换流器,推导出其稳态零序等效电路,并得出零序入地电流的计算式。通过分析电压源变流器直流侧不同接地方式下稳态零序入地电流、交流侧滤波器不同接地方式下滤波效率及交流滤波器共模电压,提出直流侧不接地、交流滤波器直接接地具有较优的稳态运行特性。基于PSCAD/EMTDC建立了4台区等值配电网的多端柔性直流配电网电磁暂态模型,以交流阀侧单相接地故障及直流侧单极接地故障为典型暂态故障场景,对比分析了不同接地方式下的交/直流侧故障电流水平、直流母线电压波动及故障电压恢复特性等暂态特性,结论验证了所选接地方式同时具有优越的暂态故障特性。     

交直流混合配电网交流接地故障隔离策略

在交直流混合配电网中,为使模块化多电平换流器像换流变压器一样能隔离交流接地故障,本文分析了单相接地故障下零序电流和零序电压的特性,提出基于比例谐振控制的零序电流抑制策略.本文在模块化多电平换流器中采用混合子模块拓扑及相应的调制策略,并为全桥子模块设计一种新型的电容充放电策略,在保证子模块电容电压均衡稳定的条件下提高桥臂输出电压幅值上限,解决零序电流抑制时过调制的问题.最后,在Matlab/Simulink中进行交直流混合配电网仿真,结果表明所提策略可以阻止交流接地故障传播至非故障配电网.     

长距离直流电缆对柔性直流系统故障影响分析

远距离海上风电越来越多的选择柔性直流经海缆送出的方式。采用电缆的柔性直流输电系统,其故障特性比传统架空线直流输电系统更加复杂。本文基于对称单极拓扑结构的双端柔性直流海上风电送出工程,简化了电缆和柔性直流输电系统的数学模型,分析了换流变阀侧交流系统单相接地和直流电缆线路单极接地等典型故障下的故障特性,运用叠加原理对故障机理进行解释,根据不同故障类型的故障源,等效出不同的故障回路,得到了长距离电缆显著的电容效应对柔性直流系统故障特征的复杂影响。利用实时数字仿真平台,搭建远海风电送出系统硬件在环仿真模型,验证了故障机理解析分析的正确性。     

基于共模功率的交直流混合配电网单极接地故障识别方法

交直流混合配电网中高占比的电力电子设备对系统故障的识别提出了挑战，如何准确识别短路故障并采取对应的系统保护策略成为一大难题。为实现交直流混合配电网的安全稳定运行，提出一种基于共模功率的故障识别方法，通过判断基于共模功率的单侧故障信号和共模电压的极性，识别出直流线路区内外的单极接地故障，并制订单极接地故障保护策略。基于RTLAB平台搭建了交直流混合配电网硬件在环测试平台，并在系统不同位置开展单极接地故障试验。仿真结果验证了所提方法能有效识别出直流线路区内外的单极接地故障，且有较强的抗过渡电阻能力。     

基于模块化多电平换流器的直流配电网接地方式选择

合理的接地方式是构建安全、可靠、高效直流配电系统的重要保障。针对基于模块化多电平(modular multi-level converter,MMC)换流器的直流配电网,首先介绍了其网络拓扑结构及组成,接着按交、直流侧接地点提出了3种典型的接地方案,并重点分析了不同接地方式对交流侧变压器阀侧单相接地故障、IGBT不闭锁情况下直流侧单极接地故障的影响,最后评估了交流侧联结变压器阀侧中性点接地作为MMC直流配电网接地方式的优势。研究结论为直流配电网的接地方式选择和保护配置提供了有益的参考。     

基于MMC的环状直流配网在不同接地方式下的故障特性分析

基于MMC的环状直流配电网电能质量和供电可靠性高、易于分布式电源接入,但其故障类型多、故障特性复杂且与接地方式密切相关,因此完善的故障特性分析对于主电路参数设计、保护配置等具有重要意义。首先,建立了基于MMC的环状直流配网模型,对其关键设备的主回路和控制方法做了介绍。其次,在三种接地方式下,针对中压直流系统单极接地故障和换流器交流侧单相接地故障,研究了故障回路及故障特性,并对三种接地方式的优缺点进行了分析。最后,在PSCAD/EMTDC中进行了建模仿真分析,验证了理论分析的正确性。仿真结果表明接地方式对故障特性具有较大影响,相关分析也为直流配网故障检测提供了参考。     

中点钳位型三电平变换器两种故障状态的检测和保护

针对中点钳位型三电平变换器的故障和保护进行研究,主要讨论系统的单相接地故障和电力电子器件短路故障。单相接地故障会引起变换器直流母线中点接地阻抗上的电压明显变化,提出一种通过检测接地阻抗电压从而检测系统接地故障的方法。变换器桥臂内侧电力电子器件的短路可以导致直流母线电容电压的不平衡,会出现电容电压的翻倍现象,须采取措施保护直流母线电容和电力电子器件。在分析电压翻倍现象产生原因的基础上,提出了抑制电容电压翻倍的方法。对以上两种故障状态的检测和保护进行了仿真和试验验证,仿真和试验结果验证了所提出方法的有效性。     

三峡近区电网交直流系统故障案例分析

交直流系统间故障相互影响已越来越常见,交流系统故障引发直流系统出现换相失败是其中非常普遍的一种,某些情况下可能会给电网带来电压波动或者功率波动,严重工况时可能引发直流闭锁等严重故障.结合2011年夏季用电高峰期间三峡近区交直流系统出现的一次故障事件,在详细介绍事件发展经过的基础上,对受端电网交流故障引发直流系统换相失败和三峡近区交流系统功率波动进行了仿真再现,对比分析直流换相失败激发送端电网功率振荡过程.最后从系统规划建设、新技术应用、运行控制、交直流系统二次设备配置等4个方面给出了交直流系统故障相互影响研究的相关建议与措施.     

含DAB型直流变换器的中低压直流配电系统极间短路故障穿越方法

极间短路故障是直流配电系统中最为严重的故障类型,当含双有源桥(DAB)型直流变换器的直流配电系统中压侧发生极间短路故障时,DAB闭锁,低压侧电压大幅下跌,故障清除后恢复速度较慢。为解决上述问题,提出了一种新型故障穿越方法。通过对传统DAB结构进行改进,增设故障电流阻断模块和补偿电容支路,能在故障发生后迅速识别、切断故障并投入补偿电容。故障持续期间,DAB无需闭锁,依靠模块电容以及补偿电容向低压侧负荷进行供电,有效改善了低压侧电压跌落。故障清除后电容能够快速充电至正常运行状态。PSCAD/EMTDC平台中的仿真结果验证了所提方法能够有效减小中压侧极间短路故障对于负荷的影响,并且具有良好的故障恢复特性。     

柔性直流配电网接地方式对故障特性的影响分析

采用理论分析和仿真验证相结合的方法研究了柔性直流配电系统接地方式对其故障特性的影响。首先,介绍了柔性直流配电网的系统架构,确定了直流侧电容的接地方式;其次,分析了直流不平衡电压恢复的理论依据;接着讨论了联接变压器的接地方式对换流器交流侧不同位置单相故障的影响;随后分析了联接变压器接地方式对直流侧单极接地故障的影响,并讨论了不同过渡电阻情况下的故障特性。与电压源型直流输电技术(voltage-sourced converter high-voltage direct current,VSC-HVDC)分析故障特性方法不同,为提高配网供电可靠性,在分析直流侧单极接地故障时,考虑了绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)不闭锁的情况。最后讨论了在实际应用中实现IGBT运行在不闭锁状态下的方法。分析结果表明,接地方式对系统的故障过程和故障恢复过程有显著影响。分析方法和结论为柔性直流配网的接地方式选取、保护方案配置提供了参考。     

基于限流电感电压的多端交直流混合配电网直流故障检测方案

直流故障的快速准确检测是多端交直流混合配电网亟需发展的关键技术之一。直流故障电流上升速度快、故障影响范围广,传统的交流故障检测方法不再适用于直流故障。该文提出一种基于直流线路限流电感电压变化率的多端交直流混合配电网直流故障快速检测方案。首先,详细分析了多端交直流混合配电网的直流故障特性,在此基础上,提出了利用直流线路单端限流电感电压变化率检测直流故障的方法。接着,设计了完整的识别故障线路、判断故障类型和故障极的故障检测方案,并研究了相应的阈值选取方法。最后,通过MATLAB仿真平台对所提故障检测方案进行了仿真验证,仿真结果表明所提方法不受过渡电阻、故障距离、以及换流站功率反转的影响,能够在故障后迅速确定故障线路、故障类型以及故障极,实现直流故障的快速准确检测,为多端交直流混合配电网保护系统的设计奠定了基础。