柔性直流配电系统换流器交流侧接地故障的分析

柔性直流配电网中的换流器若经联结变压器接入交流电网,联结变与换流阀之间发生绝缘损坏会产生换流器交流侧接地故障。接地故障对系统运行的影响及其保护方案值得研究。首先分析了柔性直流配电网中各部分的共模等效模型。考虑联结变不同的接地方式,建立了一个典型的五端柔性直流配电系统共模等效电路。推导了各端基频共模电流、电压的计算公式。其次考虑系统可能存在的各种谐振,提出了一种基于换流器直流侧基频共模电流、电压以及功率方向的多端柔性直流配电系统交流侧接地故障的保护方案。最后在PSCAD仿真平台上进行了验证。     

海上风电场VSC-HVDC并网不对称故障负序电流控制

基于大型海上风电场通过柔性直流输电并网系统,分析研究了柔性直流输电系统的数学模型和控制策略。针对交流电网侧发生不对称故障时产生负序电流,采用延时法进行正负序分解,进而对正负序电流单独控制,提出了负序电流控制策略,抑制不对称故障时产生的负序分量。基于PSCAD平台搭建了仿真模型,仿真验证了所提策略可以很好地抑制负序电流。     

基于负序电压前馈的改进型柔性直流输电系统有功功率控制策略

柔性直流输电技术凭借其独特的性能优势被广泛应用于直流输电工程.本文针对在故障期间两端柔性直流输电系统交流侧出现的负序电压分量,提出一种基于负序电压前馈的改进型柔性直流输电系统有功功率控制策略,用于抑制系统在故障期间出现的直流电压波动并滤除流过平波电抗器的负序电流分量,以增强系统的稳定性.仿真结果表明,所提出的改进型控制策略可以在故障时稳定直流电压并减轻故障对交流电网的影响.     

海上风电柔直系统送端电网故障过电压机理分析及抑制策略

为应对送端交流电网故障时的过电压问题,分析了风场-柔性直流输电系统送端交流电网故障过电压产生机理,并提出了过电压抑制策略。首先,建立了不同电网故障下换流变压器网侧及阀侧电压的数学模型,研究了模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)控制策略对于电网电压的影响机理,及电网过电压导致MMC出现的过调制问题对于系统控制性能的影响;在此基础上,提出了一种过电压抑制策略,能够在不引入负序电流的条件下有效抑制系统的过电压水平,且能够在故障线路切除后加快电网电压的恢复速度;最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台构建了风场-柔性直流输电系统模型并进行了仿真研究。研究结果表明:所提出的送端交流电网电压数学模型能够准确反映系统的故障特性,所提出的过电压抑制策略能够实现预期控制效果,有利于系统在故障发生及恢复过程中的稳定运行。     

基于补偿原理的MMC-HVDC系统不对称故障控制策略

为提高模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统交流侧发生不对称故障时控制系统的运行特性,研究了电网发生不对称故障下的负序电流抑制和直流电压稳定的控制策略。针对双序内环电流控制系统需要进行电压电流的旋转变换且d轴和q轴之间存在耦合的问题,设计了二阶复数滤波器对电网电压的正负序分量进行提取,并采用电压补偿原理对提取出来的负序分量设计了负序内环电压控制器,对双序内环电流控制器进行了有效的改进,简化了控制系统的结构。为实现不对称故障下直流电压的稳定,基于模块化多电平换流器(MMC)低频连续模型,在不对称故障下推导出桥臂功率和子模块电容电压中均含有二倍频的负序波动分量和二倍频的零序波动分量,进而设计了二倍频零序补偿控制器。在PSCAD/EMTDC中搭建了上述控制器,仿真结果表明所提出的控制策略可以有效抑制负序电流、稳定直流母线电压。     

适用于柔性直流互联交流系统的无电压方向元件判据

背靠背柔性环网控制装置的应用使配电网由单端电源供电的辐射状网络变为多端电源供电网络,三段式电流保护无法判断故障方向。为了既保证配电网保护动作可靠性又保留三段式电流保护,需要为保护安装方向元件。文中通过研究背靠背柔性环网控制装置接入的交流配电网发生不同位置相间故障时序电流间的相位规律,提出了基于流过保护的负序电流和同一母线上无源支路正序电流间相位关系的故障方向判别元件,并给出了正反方向故障时方向元件的动作区间。该方向元件适用于由传统电源、采用负序电流抑制的柔性环网控制装置或分布式电源构成的且母线含无源支路的多端供电网络。该元件受过渡电阻影响小,无需安装电压互感器,在三相对称故障时仍可保证保护的正确动作,不存在传统功率方向元件出口三相故障时的死区问题。经PSCAD仿真验证了该方向元件在系统不同位置发生各种相间故障时的正确性和有效性。     

苏州同里±10 kV柔性直流配电系统直流故障特性研究

基于苏州同里±10 kV直流配电系统参数,针对直流单极接地和极间短路故障暂态特性进行了研究.采用示范工程系统结构及控制策略,利用PSCAD建立了电磁暂态模型,针对系统交流侧、换流器侧、直流侧和负荷侧进行了故障过电压、过电流研究,分析了接地电阻对直流侧电压和电流的影响.结果 表明:系统直流侧发生单极接地故障时,交流侧出现持续直流分量,换流器不闭锁,DC-DC变换器高压侧电容放电;故障接地电阻对直流侧电压、电流影响大;极间短路故障产生严重过电流,将触发换流器过电流保护,导致换流器闭锁;故障电流是产生过电压的重要原因;电感元件两端过电压较大,极间故障对系统交流侧影响较小.     

苏州同里±10 kV柔性直流配电系统直流故障特性研究

基于苏州同里±10 kV直流配电系统参数,针对直流单极接地和极间短路故障暂态特性进行了研究。采用示范工程系统结构及控制策略,利用PSCAD建立了电磁暂态模型,针对系统交流侧、换流器侧、直流侧和负荷侧进行了故障过电压、过电流研究,分析了接地电阻对直流侧电压和电流的影响。结果表明：系统直流侧发生单极接地故障时,交流侧出现持续直流分量,换流器不闭锁,DC-DC变换器高压侧电容放电;故障接地电阻对直流侧电压、电流影响大;极间短路故障产生严重过电流,将触发换流器过电流保护,导致换流器闭锁;故障电流是产生过电压的重要原因;电感元件两端过电压较大,极间故障对系统交流侧影响较小。     

含柔性直流接入的架空线-电缆混合线路单端故障测距方法

准确可靠的故障测距技术对含有柔性直流接入的交流架空线-电缆混合线路的故障恢复至关重要。模块化多电平换流器配置的控制策略决定了其输出特性,将会影响现有故障测距方法的测距性能。考虑换流器控制策略对混合线路故障复合序网的影响,提出一种新型的单端故障测距方法。换流器配置的负序电流抑制策略使故障后的负序网络仅包含传统交流侧,形成的单端网络使混合线路沿线集合电压和负序电流仅在故障点处同相位,利用其独特的边界条件,根据故障点处相位差函数最小的特点实现故障测距。在PSCAD/EMTDC上搭建柔性交直流混合输电系统模型,大量的仿真结果验证了该测距方法的有效性,以及在测距精度、抗过渡电阻能力和抗干扰能力等方面的优势。     

交流不对称故障下MMC-HVDC系统的故障穿越控制研究

MMC-HVDC系统中交流电网发生不对称故障会导致三相电压不平衡,进而产生正负序分量影响系统的控制性能,严重时甚至引起换流站闭锁.介绍了MMC-HVDC系统的拓扑结构、工作原理以及数学模型.在分析交流不对称故障下系统运行特性的基础上,设计了适用于交流不对称工况的MMC负序电流抑制器,用以抑制交流不对称故障下换流站的负序...     

双极MMC-HVDC系统站内接地故障特性及保护策略

针对双极柔性直流输电系统模块化多电平换流器(MMC)交直流出口接地故障,研究了换流器闭锁后的电压电流暂态特性,并推导了故障分量的数学解析式。研究结果表明,交流出口发生单相接地故障时,换流器闭锁后非故障相上、下桥臂分别出现了过电压和过电流现象,并且交流侧电流出现直流偏置导致故障相短路电流不存在过零点。直流出口发生单极接地故障,换流器闭锁后桥臂短路电流主要由交流系统注入的稳态电流和上下桥臂电抗间衰减的环流构成。针对交流出口发生单相接地故障这一特殊的故障特性,提出了一种选相跳闸保护策略,解决了故障电流不存在过零点时交流断路器无法正常断开的难题。最后搭建了张北四端环网结构柔性直流电网仿真模型,仿真结果验证了换流器出口故障特性分析的准确性以及所提选相跳闸保护策略的有效性和可行性。     

半桥型MMC直流侧故障限流组合控制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的柔性直流电网在直流短路故障时电流峰值较高且上升速度极快,严重时会造成MMC闭锁从而导致系统大面积停运。为在短时间内限制故障电流对系统的影响,文中提出一种对半桥型MMC适用的故障限流组合控制策略,利用MMC自身的高度可控性,无须外加限流装置,即可达到故障限流效果,并降低对直流断路器的技术需求。首先,文中阐述了限流组合控制策略中2种不同的限流环节及其基本原理。其次,分别分析2种限流环节对直流故障电流、交流电流以及桥臂电流的影响,推导限流组合控制下的直流故障电流计算式。最后,在PSCAD/EMTDC平台搭建半桥型MMC四端直流电网模型进行仿真分析,结果表明所述限流组合控制策略能够有效限制直流故障电流,减小故障点近端换流器的功率和电压波动,降低交流电流和桥臂电流的过流峰值。     

向无源网络供电的MMC-HVDC送端交流故障穿越策略

向无源网络供电的模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统的送端交流系统发生故障时,功率传输的不平衡会使MMC-HVDC直流电压严重跌落直至系统崩溃。首先分析了送端交流系统发生故障时MMC电容放电的机理,然后设计了一种向无源网络供电的MMC-HVDC送端交流故障穿越策略,该策略的核心思想是在送端故障期间降低无源网络吸收的功率从而使MMC-HVDC直流侧功率尽量平衡。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了向由感应电动机和静态特性负荷组成的无源网络供电的MMC-HVDC系统,验证了送端系统故障时MMC电容放电机理。仿真结果表明,在所设计的故障穿越策略的作用下,MMC-HVDC在送端交流系统故障期间能够遏制直流电压跌落而保持稳定运行,提高了系统的故障穿越能力。     

MMC柔性直流换流站无功级联控制策略

模块化多电平换流器(MMC)可独立解耦调节有功、无功功率,使得柔性直流换流站具有在交流系统电压跌落工况下提供无功支撑的潜能。提出了MMC柔性直流换流站无功级联的控制策略,即将定交流电压控制和定无功控制级联,其中定交流电压控制包括桥臂电流辅助控制环节,并在故障清除后瞬间进行积分环节清零重置控制。以中国张北±500 kV四端柔性直流电网工程为例进行了仿真验证,结果表明相对于传统的定无功或定交流电压控制方式,柔性直流换流站无功级联控制方式可以兼顾电网稳态无功调节和暂态无功支撑等需求,快速平稳地输出无功功率,能在保证MMC设备安全的前提下提供暂态无功支撑,并缓解故障清除瞬间可能发生的暂态交流过电压。     

多端口分布式光伏接入直流配电系统整体故障穿越协调控制

因新能源渗透率高,多端口光伏分布式接入直流配电系统在并网换流器交流送出线路发生故障时应具备故障穿越的能力.然而,并网换流器与光伏直流变压器的容量、控制方式不同,即使两者在故障穿越期间可以相互高速通信协调,但是由于不同换流设备功率调节响应存在差异,直流母线电压容易发生较大波动,进而导致整个系统脱网.为此,提出了基于光伏端口电压调节的变功率控制方式,对直流配电系统有功功率进行动态补偿,可使直流母线电压快速恢复至额定运行点,解决交流故障导致的直流母线电压大范围波动问题,并给出了调节系数的整定与电压触发阈值的选取方式,从而实现可靠的故障穿越.PSCAD仿真结果表明,与传统控制策略相比,所提方法在不同故障程度、系统在交流故障前运行在不同有功功率的情况下,光伏电站均能有效且快速调节有功功率,避免了直流配电系统中换流器闭锁,保障了并网换流器故障穿越的实现.     

风电经混合型MMC外送的暂态能量转移机理与限流耗散策略

混合型模块化多电平换流器(MMC)具有交直流解耦控制、抑制故障电流、维持并网电压等独特优势,在基于模块化多电平换流器的风电并网系统中具有广阔的应用前景。已有基于混合型MMC的交直流故障穿越策略大多仅考虑直流电网本体,并未结合风电并网考虑暂态能量转移与耗散的问题。首先,研究了基于混合型MMC的风电并网系统在交直流故障期间的暂态发展过程,归纳出能量转移机理,分析了不同故障阶段的关键因素。然后,提出了一种具备故障识别能力的自动限流耗散方法,研究了加入限流耗散措施后的暂态能量转移变化。最后,在四端风电直流电网下验证了自动限流控制及耗散方法的有效性。     

受端混联型多端直流输电系统逆变侧交流故障特性分析及协调控制策略

受端混联型多端直流输电系统具有很好的工程应用前景,但受端不同换流站在交流故障时的耦合特性复杂,其控制策略应能适应各站交流故障穿越的需求。首先研究了受端混联系统逆变侧并联模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)侧交流故障时的电流不平衡、过压过流机理,以及电网换相换流器(line commutated converter, LCC)侧交流故障时的功率返送机理。然后,基于故障特性提出了一种简单的协调控制策略,即通过在MMC从站配置基于有功不平衡量的电压补偿来实现并联站间电流平衡,通过设计合适的LCC定电流整定控制来解决严重过压问题。最后基于白鹤滩—江苏多端直流输电工程实际参数的电磁暂态仿真结果,验证了对故障机理分析的正确性和所提控制策略的有效性。协调控制策略不仅能有效解决MMC功率和电流不平衡问题、减小过压过流和避免功率返送,还能改善系统恢复性能,提升系统安全稳定性。     

MMC-MTDC系统直流单极对地短路故障保护策略

直流侧故障保护是基于模块化多电平换流器(MMC)的多端柔性直流输电(MTDC)系统的关键问题。现有文献主要对直流双极短路故障展开研究,而直流单极接地故障同样可能对系统安全运行产生严重影响。首先针对不同的换流器接地方式,分析半桥型MMC-MTDC单极对地短路故障特性,指出交流侧低阻抗接地方式下存在的问题,为实际工程接地阻抗选择提供一定参考。利用全桥型MMC的短路电流清除能力,提出一种单极对地短路故障快速恢复保护策略,能够在交流侧低阻抗接地方式下避免交流断路器跳闸。PSCAD/EMTDC仿真结果证明了故障特性分析的正确性和所提出的故障保护策略的有效性。     

基于混合型MMC和直流开关的柔性直流电网直流故障保护研究

提出了采用混合型模块化多电平换流器(hybrid modular multilevel converter,hybrid MMC)和直流开关构建柔性直流电网进行架空线远距离电能传输的方案。针对由全桥型子模块和半桥型子模块组成的混合型MMC,分析了其拓扑结构、基本运行原理和直流电压运行区间,提出了混合型MMC的三自由度控制架构,并详细分析了直流故障穿越控制策略,进而设计了混合型MMC构成的柔性直流电网的故障清除策略和多次重启动时序。故障期间,混合型MMC无须闭锁IGBT,可控制故障电流至0,从而保持不间断运行、持续向交流系统提供无功支撑。3次重启动失败后,架空柔性直流电网配置的直流开关在零故障电流下开断以隔离故障电流通道,直流电网重启,线路潮流发生转移。最后在PSCAD/EM TDC仿真平台验证了所提出的故障清除策略及重启动时序的可行性。