新型的模块化多电平换流器子模块保护策略

分析了模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)子模块在3种工作方式下的故障机制与保护方法,提出了一种在原有子模块拓扑上增加一个保护用晶闸管的新型保护策略,以快速切除故障子模块。仿真结果表明,子模块拓扑改进后,可大大提高保护效率,提升了子模块故障保护能力,可为MMC设计提供参考。     

基于RTDS的模块化多电平换流器子模块等效模型

采用模块化多电平换流器(MMC)的高压直流输电是目前最具前景的直流输电方式。MMC系统需要大量的子模块串联,这给实时仿真带来巨大挑战。文中在实时数字仿真仪(RTDS)中采用CBuilder建立了自定义子模块rtds_SM,不仅能够减少RTDS仿真中MMC子模块的占用资源,还能解决已有的MMC封装模块不能用于研究MMC系统子模块发生故障的特性及其控制保护策略的问题。对子模块中的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、反并联二极管、电容进行建模,实现了用于子模块控制和保护的旁路开关以及旁路晶闸管模型。所建立的rtds_SM具有8个输入和2个输出,能反映子模块的各种运行工况以及子模块的电容均压控制。仿真结果表明,提出的MMC子模块模型占用仿真资源小且仿真精度高。     

模块化多电平换流器型柔性直流输电海缆过电压特性

作为柔性直流输电工程的连接单元,直流海底电缆的绝缘水平关系着输电工程的安全运行。以舟山多端柔性直流输电工程中定海换流站至岱山换流站的海底柔性直流电缆为研究对象,采用统计法仿真计算了模块化多电平换流器型柔性直流输电海缆过电压分布规律,得出柔性直流海缆的绝缘水平。通过仿真计算,得出了直流电缆的故障过电压最大值,即导体对铅套、铅套对铠装和铠装对地的最大过电压分别为403.44 k V、6.72 k V和0.39k V;选取30%的绝缘裕度,确定了直流电缆的绝缘水平,即导体对铅套为525 k V、铅套对铠装为9 k V和铠装对地为0.6 k V。计算结果可为柔性直流电缆的选型及试验提供重要参考。     

模块化多电平换流器子模块故障冗余容错控制策略

阐述了模块化多电平换流器(MMC)子模块故障类型,包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块故障、直流电容故障和控制信号故障。分析比较了3种子模块冗余容错方案的优缺点,选择采用对MMC影响较小的子模块热备用的冗余容错方案。该方案的缺点是MMC运行于不对称状态,导致MMC直流电流出现波动。为此,在推导MMC冗余运行状态的基本数学模型、得出桥臂能量数学表达式的基础上,提出了基于桥臂能量平衡的冗余容错控制策略来抑制直流电流的波动。在时域仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建了61电平MMC模型,仿真结果验证了提出的冗余容错控制策略的有效性。     

模块化多电平式柔性直流输电换流器的预充电控制策略

针对用于高压直流输电的新型模块化多电平电压源换流器,详细分析了其预充电动态过程,以寻求合适的预充电控制策略。首先以单站模块化多电平结构电压源换流器fmodular multilevel converter,MMC）为研究对象,将换流器预充电分为2阶段,分析了各阶段,特别是MMC解锁瞬间过电流的形成机制及影响因素;为保证...     

柔性直流输电换流器子模块程序远程升级研究与应用

介绍了柔性输电领域的模块化多电平换流器及其控制系统架构,分析了换流器子模块的工作原理和子模块控制器的软件功能。针对工程现场需要升级程序的困难,提出了一种可以在换流器上使用的远程升级方法,研究了其硬件架构、换流器在启动过程中的程序升级方法和流程,分析了程序升级的安全可靠性,并在配套的多端动模实验系统上验证实施。     

基于动态冗余度的模块化多电平换流器子模块投入策略

为了提升子模块利用率,同时降低子模块电容电压应力,提出了一种基于动态冗余度的模块化多电平换流器子模块投入策略。该方法考虑了交流系统与直流系统的综合影响,提出了动态冗余度以及子模块利用率2项调节指标。在给定工况下,该策略根据桥臂输出电压的最大值以及人为设定的安全裕度来确定子模块电容电压参考值,进而采用最近电平逼近策略进行调制。该方法可以有效提升换流器运行灵活性,扩大系统抵御子模块故障的能力。基于本策略在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真平台,并针对多种工况进行了研究分析。仿真结果表明:该策略可以对换流器冗余度进行实时动态调整并实现故障情况下的冗余保护,调整过程中各项指标均无明显波动,验证了本策略的有效性和可行性。     

模块化多电平换流器功率模块过压保护策略及优化

阐述了模块化多电平换流器(MMC)功率模块IGBT不同封装方式及失效机理,分析了功率模块在故障前后及旁路开关闭合前后的工作原理。阐述了不同IGBT封装方式的MMC功率模块过压保护工作原理,针对焊接式IGBT功率模块过压保护策略存在电压测量过程中采样异常导致换流器跳闸的风险,对功率模块过压保护策略提出优化设计。优化策略在功率模块控制板卡中实现,程序资源占用量小且易于实现,有效避免了高层级控制设备误判误动作的风险。此外,提出了过电压判据以避免系统过压时误旁路功率模块。通过仿真验证了文中所提优化策略的有效性和可行性,所提出的优化策略已在某一实际工程中应用。     

模块化多电平换流器子模块故障特性和冗余保护

对模块化多电平换流器（MMC）的基本工作原理进行了阐述,分析了MMC中子模块的几种常见故障原因,指出了单个子模块故障会引发直流电压和直流电流的振荡,最终将导致换流器停运。对级联H桥多电平换流器几种常见的子模块故障冗余保护方案进行了比较,在此基础上提出了适合MMC的子模块故障冗余保护方法。该方法将少量冗余子模块置于热备用...     

模块化多电平换流器子模块IGBT损耗优化控制策略

模块化多电平换流器(MMC)因具备模块化、调度灵活等优势得到广泛应用.然而,逆变工况下,MMC子模块上下管绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的损耗分布不一致,导致子模块内各器件的寿命差异大,而系统可靠性取决于寿命最低的器件,因此,子模块器件的可靠性将严重威胁到换流器的安全可靠运行.为此,文中提出了一种MMC子模块IGBT损...     

输电线路谐波过电压保护实现方法

在弱联系电网中,一台普通主变压器空载合闸后,随着其引发的励磁涌流注入到电网中,极有可能在系统末端产生较大的谐波畸变导致系统末端出现严重的谐波过电压,造成设备与负荷的损毁,带来严重的经济损失。为解决现有输电线路过电压保护无法反应谐波过电压的问题,提出了输电线路谐波过电压保护实现方法。该方法可正确反应输电线路中的基波过电压和谐波过电压,有效隔离谐波过电压在电网中的传播,保护设备免受谐波过电压的伤害。并通过试验验证了所提方法的有效性。     

极端环境下MMC子模块故障高可靠旁路保护策略

电力系统空间范围大且各环节联系紧密,雷击、地震、极寒等极端环境易对电力设备产生直接和间接影响,并进一步引起系统电气量的剧烈变化,研究极端环境下MMC子模块的故障保护对提高电力系统的安全稳定运行水平具有重要意义。文中分析了极端环境下MMC子模块的故障特性,采用基于子模块电容电压比较的故障诊断方法,提出一种在子模块输出端口间加装晶闸管的极端环境下MMC子模块高可靠旁路故障保护策略：配置冗余供能电路确保子模块状态可控,利用晶闸管过电压击穿作为后备被动保护,结合子模块的多级保护和热、冷备用冗余子模块的投入,实现极端环境下对故障子模块的高可靠旁路保护。以±800 kV特高压柔性直流输电系统为算例,经仿真验证所提策略具有良好的可行性,能够提高极端环境下子模块故障保护的可靠性和速动性,同时对晶闸管击穿后流过桥臂电流进行热仿真,发现已超过其工作温度限制,为满足长期旁路通流要求,加装晶闸管击穿后须通过散热器进行强制冷却。     

灵宝换流站直流暂态过电压研究

详细计算和分析了灵宝背靠背换流站直流侧产生的暂态过电压以及阀避雷器的负载 ;在直流暂态过电压下 ,阀避雷器所承受的最大电流 330kV侧为 4 16kA、2 2 0kV侧为 4 19kA ,最大能量 330kV侧为 32 0 1kJ、2 2 0kV侧为 2 94 1kJ,并给出了阀避雷器的最大电流和能量以及配合电流。     

晶闸管整流装置的瞬态电压及其保护

本文分析了晶闸管变流装置中瞬态电压的产生机及及其相应的保护方法,并给出针对晶闸管变流装置换流过程产瞬态电压的保护电路参数的设计方法及具体计算实例。     

应用于风力发电的MMC子模块新型电容降容控制

模块化多电平换流器(MMC)因其多方面优势适用于中压及更高电压等级的风力发电,但由于风电机组的低频大电流工况,机侧MMC子模块电容电压波动大,需要大的直流滤波电容。提出一种在负序二倍频环流控制器中注入环流来抑制子模块电容电压波动的策略,指出了所注入的环流的初相角的选择依据,并给出了基于该方法的子模块电容容值选取依据。针对该策略带来的环流二倍频分量增加的问题,提出了一组表征子模块电容电压抑制效果相对于环流增加量的折中系数,指出需根据系统要求来选择不同的折中系数作为评价标准,以达到所需求的总体性能。基于MATLAB/Simulink的仿真结果验证了理论分析的正确性和所提控制策略的有效性。     

不平衡电网电压下的MMC子模块电压波动抑制方法

为降低模块化多电平换流器(MMC)对子模块电容的需求,有必要抑制子模块的电容电压波动。电网三相电压不平衡情况发生时,会加剧MMC中子模块的电容电压波动。首先分析了电网电压不平衡时MMC子模块电容电压的波动特性,进一步分析了三次谐波注入对子模块电压波动的影响;重新设计了三次谐波电压注入的幅值和相角,使其能在不平衡工况下有效实现降低电压波动的目标;设计了相应的波动抑制策略;最后,在PSCAD/EMTDC平台上进行仿真,验证了所提注入方案的有效性。