基于耦合电感的直流故障限流器

柔性直流电网存在故障电流上升速度快、幅值高,感性元件储存能量大等问题,这造成故障电流难以分断,并且使得直流断路器的耗能支路承受巨大压力。为了限制故障电流峰值并且降低直流断路器耗能压力,提出一种基于耦合电感的直流故障限流器。当发生短路故障时,该故障限流器利用电感耦合特性等效投入电阻与电容组成的限流支路,以实现无延时的故障限流;当直流断路器分断故障电流时,该故障限流器利用耗能电阻耗散耦合电感储存的能量,从而分担直流断路器耗能压力,以达到降低避雷器容量需求、加快故障电流分断速度的目的。大量电磁暂态仿真结果表明,所提故障限流器具有良好的限流效果,能极大降低直流断路器的耗能压力。且该故障限流器制造成本低,易于实现。     

一种新型混合式直流故障限流器拓扑

直流故障限流器对柔性直流电网的安全稳定运行具有重要意义。该文提出一种通态损耗低、主限流电路采用晶闸管器件、可在直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)断路时将限流电感快速旁路的混合式直流限流器拓扑。分阶段对新型拓扑的限流过程进行理论解析,分析电压应力、限流时间与限流器参数的关系,给出限流器参数设计方法。提出在断路时限流电感快速旁路方法,并对由此减少的DCCB耗能进行理论计算。分别在单端换流站和直流电网中验证所提出限流器动态特性分段解析方法的正确性,同时仿真结果表明,所提出的限流器能有效限制直流故障电流的上升率,并可以大幅降低断路器切断过程中的能量耗散。     

一种混合式直流故障限流器的设计与仿真

由于直流断路器的开断容量、速度及成本的限制,直流电网面临着故障隔离难题.提出了一种基于换相电容的混合式故障限流器,故障后借助换相电容将限流支路投入故障回路抑制故障电流.限流支路由晶闸管、换相电容、限流电阻和限流电感组成.文中给出了限流器的拓扑结构,分析其在故障不同阶段的限流原理;用基尔霍夫定律列出换相电容处于不同阶段的...     

换流站阀侧交流接地故障电流快速抑制方案

换流站阀侧交流接地故障下,故障点通过接地极与下桥臂组成故障回路,其故障冲击电流大,不能通过断路器切除。分析表明,接地极在对称运行时基本没有电流流过,并在单极架空线路故障和换流站阀侧交流接地故障中提供了故障回路。因此,接地极引入故障限流装置不仅对系统的正常运行没有影响,且能有效抑制单极故障电流和阀侧交流接地故障电流,降低对直流线路保护及换流站保护的要求。分析了阀侧交流接地故障下的故障电流组成,从供电可靠性、故障限流效果等方面分析了故障限流器引入接地极所具有的优势,提出了故障限流器分散组合式安装方法,利用电容器组与故障限流电感的组合投入,实现对回路中能量的吸收和故障电流上升率及峰值抑制的新型故障限流器拓扑结构。利用PSCAD/EMTDC平台搭建了双端柔性直流输电系统,仿真结果验证了接地极安装位置的优越性,并证明了新型故障限流器的有效性。     

基于预充电换相电容的直流故障限流器

直流电网在电力系统中所占的比重越来越高,而直流电网中故障清除一直是研究的热点和难点。该文提出一种基于预充电换相电容的直流故障限流器,该限流器通过预充电换相电容实现限流电阻和限流电感的投入,合理利用电路原理和元器件特性实现限流器投入电网。同时,通过创新拓扑结构实现双向限流。该文对该限流器的拓扑结构、工作原理、控制模式和电气应力进行研究,阐明故障电流在限流器作用下发展的整个过程。并利用PSCAD/EMTDC仿真验证方案的可行性。研究结果表明,该文所提限流器能够有效抑制故障电流增长,减缓故障电流上升速度,并具有较好的经济性,适用于高压直流输电。     

整流电容电流自然换流型短路故障电流限制器

针对电力系统短路故障电流不断攀升问题,提出了一种利用整流电容电流自然换流的新型短路电流限制器。建立了该限流器的电路拓扑结构,通过理论分析详细阐述了限流过程,通过仿真验证了该限流器的特性。结果表明:限流过程经历短路电流正常上升、短路电流向电容充电支路的短暂换流和短路电流幅值被限制3个阶段;限流器投运前不影响电网的正常运行,投运后能够大幅度降低短路电流值,改善母线电压稳定性,且不会产生过电压;限流电感L和换流电容C存在某种最优配合关系,可达到最佳限流效果。     

考虑故障限流器动作的直流电网限流电抗器优化配置

模块化多电平换流器(MMC)型柔性直流电网作为光伏和风电等新能源汇集的有效手段,其直流故障限流是线路保护所面临的重要技术挑战之一。根据直流电网双极短路故障后电容放电机理,考虑故障限流器投入过程与直流断路器的切断过程,并兼顾了金属氧化物避雷器(MOA)的能量耗散特性,在PSCAD/EMTDC电磁仿真平台下,基于相域频变架空线模型,研究了投入故障限流器后的直流故障电流特性。在对称双极四端直流电网拓扑中,以各个直流出口故障点的直流断路器切断电流之和最小、故障限流器和直流断路器中的MOA吸收的能量之和最小作为两个目标函数,采用simplex算法对直流电网中各条直流线路的限流电抗器进行了多目标优化配置,并给出不同权重下的各条直流线路的限流电抗优化配置方案。     

直流电抗器与电容型限流器多目标优化配置方法

直流电网中直流故障电流抑制是亟须解决的关键问题之一.为了抑制故障电流的上升速率与峰值,针对含有电容型限流器的直流断路器,综合考虑电感和电容的故障电流抑制效果,分析了投入电容型故障限流器前后的故障电流特性,提出了在满足直流断路器开断容量限制和换流器桥臂电力电子器件电流限制的约束条件下直流电抗器和电容型限流器的优化配置方案.在PSCAD/EMTDC中搭建了六端直流电网模型,以直流电抗器电感值、限流电容两端电压和直流断路器分断电流作为多目标函数,对直流电抗器和电容型限流器进行参数优化,并给出针对不同电气应用场景的直流电抗器和电容型限流器优化配置方案.     

一种新型电容换相混合式直流限流器

采用半桥型模块化多电平换流器的直流电网面临直流故障清除难题,高压直流断路器面临切除时间和切除容量的矛盾。为此,该文提出一种适用于抑制直流侧故障电流的混合式故障限流器(hybridFCL)拓扑,并提出限流效果评价指标。具体而言,该限流器在稳态时负载电流通过低损耗支路通流,故障后通过负载转换开关使故障电流通过限流支路。限流支路是由晶闸管、换相电容和限流电感组成的H桥电路,其目的在于使用半控型电力电子器件节约投资,利用电容充放电来实现特定桥臂的导通和关断,最终使限流电感串联进入放电回路达到限流目的。对所提限流器工作原理、控制模式、电气应力和工程设计进行详细研究和仿真验证,表明所提出拓扑具备良好的工程应用前景。     

电流换相H桥型混合式直流故障限流器

半桥型模块化多电平换流器构成的直流电网在发生故障时,存在成本与切断速度之间的矛盾。在不限制故障电流时,直流侧故障难以清除。该文提出一种新型适用于抑制直流侧故障电流的H桥型混合式故障限流器拓扑。正常运行时负载电流通过低损耗支路通流,故障后电流流过换相支路实现限流过程。换相支路由晶闸管、换相电容、限流电感和4组H桥型二极管所组成。文中对所提限流器的工作原理、控制模式、电气应力和工程设计进行详细研究,并在单端换流站和四端直流电网中进行仿真验证。研究表明,所提限流器能够有效抑制电流增长,并具有良好的经济性,验证了理论分析的正确性和限流方案的可行性。     

高频软开关逆变器数学模型研究

分析了高频软开关逆变器-交流异步电动机构成的拖动控制系统,建立了该系统的数学模型,导出了谐振直流环节波形可靠回零所依赖的最小初始条件。即谐振电感具有最小初始电流I_(Lmin)(0),求出了要获得I_(Lmin)(0)时谐振电容短路开关所需的最小导通时间t_(1min)(0)。研究了负载条件变化对系统谐振特性的影响,其结论为:当直流电源内阻及谐振电感直流电阻足够小时,谐振直流环节谐振特性不仅与谐振参教L、C有关,而且亦强烈地依赖于负载电阻R_2。文中给出了仿真波形。     

混合式直流故障限流器改进拓扑及其参数设计方法

故障限流器可以有效保障设备安全和柔性直流电网的可靠故障穿越,是柔性直流电网故障处理的核心技术之一。为消除传统限流电感对系统暂态响应速度及运行稳定性的不利影响,提出一种基于电感电阻混合拓扑结构的新型混合式直流故障限流器,在系统发生故障后以电感与电阻并联的方式实现故障限流。与现有的直流故障限流器相比,所提混合式直流故障限流器有效减少了拓扑中的晶闸管数量,造价成本大幅降低。同时小信号模型分析表明,电感两端并联的电阻能够有效消除限流电感对系统暂态响应和稳定运行的不利影响。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了四端环状柔性直流电网,充分验证了所提方法在保障限流效果的基础上能够有效改善系统的运行稳定性。     

一种多功能模块化直流故障限流器拓扑及控制策略

直流故障限流器(FCL)是抑制直流短路故障电流的关键设备,其在交直流混合电网中十分重要。文中提出一种多功能模块化直流FCL拓扑,由多个电力电子功率单元子模块串联组成,通过模式控制与切换,实现故障限流、能耗泄放和直流网压支撑3种功能。文中详细分析了多功能模块化直流FCL的运行机理,给出了其在交直流混合电网中的典型配置方案,并针对3种功能对应的工作模式,完成了控制策略设计与开发。为验证拓扑结构及控制策略的有效性,在Matlab/Simulink中构建多工况仿真模型。仿真结果表明,所提模块化直流FCL拓扑及控制策略能够满足交直流混合电网多种故障情况下的故障限流应用需求。     

具备故障限流功能的新型线间直流潮流控制器

直流电网在发生故障时,电流会迅速增大,危及整个系统安全运行。而用于切断故障电流的直流断路器开断能力有限,需要与故障限流器配合使用。随着直流电网结构的日益复杂,潮流控制问题也日益突出。在直流潮流控制器原有的潮流控制能力上,探索其故障限流能力并提出一种具备故障限流能力的新型线间直流潮流控制器拓扑。潮流控制部分采用线间直流潮流控制器,故障限流部分采用晶闸管控制电感投入实现限流。对所提控制器的工作原理、动作过程及理论分析进行了研究,并在单端等效系统及四端柔性直流电网中进行了仿真验证。仿真结果表明,该控制器可在正常运行时控制2条线路的潮流,在某一线路单极接地故障时进行故障限流并通过与直流断路器配合完成故障电流的切除,该装置及控制策略的可行性与有效性得到验证。     

Modelling and Coordinated Control of Grid Connected Photovoltaic, Wind Turbine Driven PMSG, and Energy Storage Device for a Hybrid DC/AC Microgrid

In a DC/AC microgrid system, the issues of DC bus voltage regulation and power sharing have been the subject of a significant amount of research. Integration of renewable energy into the grid involves multiple converters and these are vulnerable to perturbations caused by transient events. To enhance the flexibility and controllability of the grid connected converter (GCC), this paper proposes a common DC bus voltage maintenance and power sharing control strategy of a GCC for a DC/AC microgrid. A maximum power point tracking algorithm is employed to enhance the power delivered by the wind turbine and photovoltaic module. The proposed control strategy consists of primary and secondary aspects. In the primary layer control, the DC bus voltage is regulated by the GCC. In the secondary layer, the DC bus voltage is maintained by the energy storage device. This ensures reliable power for local loads during grid failures, while power injection to the grid is controlled by an energy management algorithm followed by reference generation of inductor current in the GCC. The proposed control strategy operates in different modes of DC voltage regulation, power injection to the grid and a hybrid operating mode. It provides wide flexible control and ensures the reliable operation of the microgrid. The proposed and conventional techniques are compared for a 15.8 kW DC/AC microgrid system using the MATLAB/Simulink environment. The simulation results demonstrate the transient behaviour of the system in different operating conditions. The proposed control technique is twice as fast in its transient response and produces less oscillation than the conventional system.     

直驱永磁风力发电系统在不对称电网故障下的电压稳定控制

针对直驱永磁风力发电机组（D-PMSG）在不对称电网故障下,负序分量对直流母线电压会产生2倍频振荡的问题,提出利用单相电压延迟60°来构造三相对称电压,消除负序分量对直流母线电压的影响,对D-PMSG在不对称故障下电压跌落的控制策略展开了研究。网侧逆变器外环采用电压环稳定直流电压,控制变换器发出的有功功率,内环采用电流前馈控制,使电压矢量在dq轴间解耦,由外环控制得出的电流参考值来控制逆变器的电流,同时结合能量泄放回路解决D-PMSG在电网发生不对称故障下直流侧的功率拥堵。另外,对网侧动态电压恢复器DVR采用改进的最小能量法控制策略,为系统提供最大无功功率支持,有利于网侧电压恢复,从而保证系统的稳定运行。以河西电网的实时数据进行仿真,结果证明了所提控制策略的有效性。     

基于微分平滑理论的多直流电力弹簧电压平稳控制方法

为实现含高比例可再生能源情形下直流微电网母线电压的平稳控制,提出基于微分平滑理论的多直流电力弹簧(DCES)协调控制方法。针对直流微电网多DCES非线性特性与多运行工况,上层设计微分平滑控制方法,直接补偿非线性分量,确保在可再生能源出力波动、系统参数摄动情形下直流母线电压平稳,提升系统稳定性与鲁棒性,同时为下层控制提供电感电流参考轨迹;下层控制设计基于DCES工作模态的模型预测控制方法,通过简化寻优计算量,确保系统动态响应的快速性,无需通信,即可实现电感电流参考轨迹跟踪与各段直流母线电压波动平抑。基于MATLAB/Simulink的仿真结果和基于d SPACE的实验结果验证了所提方法的正确性和可行性。     

双环控制整流桥直流侧串联型有源电力滤波器及实验研究

针对广泛应用的整流负荷,提出一种直流侧串联型有源电力滤波器(active power filter,APF)。这种DC侧APF串联在整流桥与负载之间,通过产生谐波电压达到补偿谐波源的目的,使电源电流成为与电源电压同频同相的正弦波。与传统的交流侧有源电力滤波器相比,有源开关的数量减少了一半,简化了电路结构,降低成本。串联型DC侧APF采用双环控制,电流控制跟踪电源电压变化,电压控制调整APF的能量流向,通过改变APF储能电容电压极性,实现对电感电流的连续可控,从而实现谐波治理。这种控制方法具有结构简单、控制效果好等优点。实验结果验证了文中所得结论。