逆变侧换流变压器网侧接地故障对差动保护影响分析

特高压直流输电系统逆变侧换流变网侧单相接地故障后,网侧电压跌落可能会引发直流系统换相失败,有直流分量流入换流变压器绕组,使变压器铁芯磁通发生偏移,引起换流变饱和,产生故障性涌流,进而影响其安全稳定运行。针对逆变侧换流变网侧单相接地故障产生的故障性涌流问题,通过开关函数理论讨论了换流阀正常换相以及换相失败两种情况下网侧故障电流特征,分析了逆变侧网侧单相接地故障后换流变磁通的变化情况。在此基础上,研究了电流互感器饱和对换流变差动保护的影响。结果表明,换流变网侧区内故障情况下,网侧电流互感器饱和,使得换流变差动电流二次谐波含量超过门槛值,导致差动保护误闭锁。最后通过PSCAD/EMTDC仿真验证了分析的正确性。     

直流分量和谐波分量对电流互感器传输特性影响

电流互感器二次侧电流能否真实反映一次侧电流会受到直流分量以及谐波分量的干扰，影响电能计量公平性以及继电保护装置能否准确动作。首先从理论上阐明了电流互感器的误差影响因素，然后通过仿真与实验分别探究了谐波分量和直流分量对电流互感器比值误差和相角误差影响的程度，为电流互感器在不同工况干扰下的误差提供了参考数据。仿真和实验结果一致表明，由于直流分量可能更多地转化成励磁电流，使得铁心励磁特性变差，从而对误差造成更大的影响，比值误差差影响最高在1%左右；而谐波分量产生的交变磁通可以通过铁心耦合到二次侧，所以谐波分量对误差的影响较小，比值误差影响不超过0.1%。     

采用交流互感器测量变压器中性点直流分量的方法

提出了一种利用交流互感器检测变压器中性点直流分量的方法。先利用相关系数的饱和识别方法判断交流互感器是否饱和,然后找到变压器中性点交流互感器测得的三次谐波含量与中性点直流分量对应的关系曲线（饱和关系曲线或不饱和曲线）进行查找,最后得到与此三次谐波含量对应的直流分量。比较该直流分量的大小,通过告警或跳闸来保护变压器,防止事故扩大。所提方法不需要增加额外的一次设备,简单易行。     

抑制电流互感器直流偏磁的电流注入法

为了抑制电流互感器中的直流偏磁,根据推导出的二次侧2次谐波电流与一次侧直流偏磁的数值关系,提出了在二次侧注入反向直流电流的抑制方法。该方法根据互感器二次侧2次谐波电流的相角及其幅值产生电压信号,控制压控电流源产生补偿电流。补偿电流通过互感器多余抽头注入一次侧补偿绕组产生反向磁场,实现抑制直流偏磁效果。设计了具体电路并进行实验验证,结果表明电流注入法可以有效地抑制直流偏磁,并分析了互感器二次负载、一次侧交流电及偏磁量对补偿效果的影响。     

两电平VSC-HVDC系统直流侧接地方式选择

基于开关函数法对两电平电压源换流器型高压直流（VSC-HVDC）系统进行了建模,分析了正弦脉宽调制（SPWM）时VSC的谐波特性,指出零序的载波频率次谐波电压、电流是VSC交流侧的主要谐波分量,推导了该零序谐波电流经开关函数中的基波分量作用后将在直流侧形成载波频率次不平衡谐波电流。发现了直流侧不平衡谐波电流流通路径与直流侧的接地方式密切相关,只有VSC-HVDC系统两端直流侧都接地,直流侧不平衡谐波电流才能通过本端直流侧接地点和交流侧高通滤波器接地点流通而被限制在本地,否则该高频谐波电流将在输电线路上流通,从而引发一系列危害。在PSCAD/EMTDC下搭建VSC-HVDC系统进行了仿真分析,验证了以上结果,提出了两电平VSC-HVDC系统需要采用两端直流侧都接地的拓扑结构。     

闭环控制下单相VSC低次谐波分析模型与抑制策略

针对基于固定开关频率脉宽调制(PWM)闭环控制的单相电压源型换流器(SPVSC),推导出闭环控制下开关函数的动态相量,并将SPVSC时域模型转化成动态相量谐波分析模型。在谐波分析模型的基础上,得到了SPVSC交流侧电流和直流侧电压各次谐波分量的产生机理和相互作用规律,以及控制环参数对交流侧谐波电流分量的影响。利用谐波的相互作用规律,采用在PWM中叠加低次谐波调制信号的策略,实现了交流侧谐波电流的抑制。通过仿真和实验分析,验证了所提谐波分析模型的正确性以及谐波抑制策略的有效性。     

基于触发角识别的脉动直流剩余电流有效值检测方法

针对电力电子设备发生漏电故障时的脉动直流电流信号进行傅里叶分析,得到不同触发角下脉动直流电流各谐波分量幅值的变化趋势,并能通过谐波分量的幅值比对触发角进行识别;根据剩余电流互感器在不同触发角下脉动直流电流信号的传变误差对二次侧电流进行补偿计算,从而得到一次侧脉动直流电流有效值;对剩余电流互感器进行试验测试分析,在脉动直流剩余电流下,二次侧信号与一次侧信号存在较大传变误差,而采用补偿计算方法后最大误差不超过4.5%。因此所提的触发角识别方法和脉动直流剩余电流补偿计算方法有效,可以提高脉动直流剩余电流检测精度。     

柔性直流输电换流器故障特性分析及诊断研究

为了准确识别柔性直流输电电压源换流器故障类型及位置,在分析换流器故障特性的基础上,给出了一种简便快速的故障识别及定位方法。基于两电平电压源换流器的VSC-HVDC的系统仿真,分别建立了交流侧单相断线故障时直流电压、直流电流波动分量计算模型和两侧换流器故障交流电流计算模型,分析了故障换流器交流侧谐波与直流侧谐波分量的关系,给出了柔性直流输电换流器故障谐波传递规律。根据已建立的故障换流器数学模型和交直流侧谐波传递规律,以直流电流各次谐波分量、交流电流有效值和标幺化直流分量作为诊断特征量,提出了一种运算简便快速的故障定位方法,可用于识别电压源换流器中轻微故障的位置。仿真结果表明,提出的故障识别及定位方法能够在线实时准确地诊断电压源换流器轻微故障类型和位置,诊断时间最多需要35 ms。     

航空静止变流器的输入纹波电流特性研究

航空静止变流器(aviation static inverter,ASI)作为飞机电源系统的典型负载,其脉动的输入电流严重影响着直流电网的电能质量。针对航空静止变流器的输入电流特性进行研究。基于双重傅里叶开关函数法给出逆变环节输入电流中直流分量、二次谐波分量、载波次谐波和载波的边频谐波等表达式,为定量计算各电流分量提供了精确依据。推导二次谐波电流向高压直流电网侧传播的等效电路模型,从而揭示航空静止变流器输入端低频纹波电流的产生、传导及其影响因素。最后,通过仿真和实验验证理论分析的正确性。     

新型低谐波直流可控电抗器

直流可控电抗器是无功补偿的重要装置,但其本身由于磁化曲线的非线性特性会产生大量谐波.为改善其性能,提出了一种基于电流型有源滤波器的低谐波直流可控电抗器,其基本结构是在传统的直流可控电抗器的交流侧增加谐波补偿绕组.电流型有源滤波器检测出可控电抗器输入电流中的谐波分量,并产生与此谐波电流大小相等方向相反的补偿电流,通过补偿绕组耦合到可控电抗器的输入电流中,从而使输入电流接近正弦.文中讨论了这种低谐波直流可控电抗器的结构、工作原理及控制原理,并通过仿真分析进行了验证.     

电流直流分量对低压电流互感器计量特性影响的试验研究

电网中的电流直流分量会对低压电流互感器的计量特性产生影响,通过模拟含直流分量的正弦半波电流波形,对被试样品进行试验,分别研究半波电流峰值和直流分量大小对低压电流互感器计量特性的影响。试验表明:电流互感器一次侧电流中含有的直流分量会使二次侧电流发生畸变,其畸变程度既和一次侧电流中所含的直流分量大小有关,也和一次侧电流的峰值有关。     

适用于不对称情况的线换相换流器动态相量模型

为满足大规模交直流输电系统快速精确仿真的需求,采用动态相量法对不对称情况下的线换相换流器进行建模。首先分析不对称情况下换流器的实际触发及换相原理,提出计及换流器交流侧3次谐波、直流侧2次谐波时的触发角和换相角计算方法,改进传统的换流器开关函数,在此基础上,通过忽略不必要次项建立适用于不对称运行情况的计及低次非特征谐波的换流器动态相量模型,以简化模型的计算过程。将其应用于Cigre-Benchmark标准直流系统,与PSCAD仿真结果对比,结果表明模型准确有效。基于改进开关函数模型,进一步判断换相失败与否,结果表明计及交流侧3次谐波以及直流侧2次谐波能更准确有效地判断换相失败。     

多脉波整流器直流侧无源谐波抑制机理研究

为提高多脉波整流器的直流侧无源谐波抑制能力,研究了基于两抽头变换器的24脉波整流器直流侧谐波抑制机理。根据抽头变换器的结构及安匝平衡原理,分析了抽头变换器的功能及工作模式,研究了抽头变换器的工作模式对整流桥输出电流、整流器输入电流及负载电压的影响,给出了抽头变换器变比的理论最优值。理论分析及实验结果表明,抽头变换器的端电压会使其所接的两个二极管交替导通,对整流桥输出电流进行调制,进而产生环流,该环流流经交流侧时会抵消原输入电流中的12k±1(k为奇数)次谐波。另外,抽头变换器所接的两个二极管的交替导通,会在负载上产生附加电压,附加电压的存在可以显著降低负载电压的纹波系数。相应的实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于瞬时无功理论和平衡变压器的牵引变电所

针对变电所平衡变压器的特点,结合三相瞬时无功检测理论,提出了一种针对平衡变压器的两相电流瞬时无功检测方法?该方法应用于牵引变电所二次侧两供电臂电流的动态综合补偿,使两臂电流达到平衡,以确保一次侧三相系统侧电流对称,同时可以抑制谐波和无功分量?尤其在两供电臂电流对称的情况下,该检测方法和有功分离检测法或FBD检测法相比,只需1 / 4个电源周期,极大加快了响应速度?其次提出了直流侧电压和两变流器电流的控制策略?仿真结果证明了该检测方法的正确性和实时性?     

基于FFT和小波变换的交直流并联输电系统间谐波研究

运用谐波调制理论,结合开关函数的傅里叶分析,研究了在交直流并联输电系统下,交流系统供电电源含有畸变谐波时,直流线路和交流侧都产生间谐波的机理。给出了整流侧直流电压、直流电流以及交流电流产生的间谐波的一般形式。经过小波变换除去信号中的非稳态分量以后,再使用加窗快速傅里叶变换可以很好地得出其中的稳态分量。通过一个典型交直流并联输电系统数字仿真,同时在供电电源含有畸变谐波的情况下,对交直流系统的电压和电流量进行了间谐波计算。利用傅里叶小波分析综合分析法得到的仿真结果和计算结果相比较,验证了间谐波产生机理的正确性和有效性。     

电网不对称时四桥臂整流器的控制方法研究

电网不对称时,四桥臂整流器的直流侧电压含有二次谐波.分析四桥臂整流器的功率关系后,得出四桥臂整流器输入功率含有二次脉动功率,二次脉动功率是导致整流器直流侧电压含有二次谐波分量的根本原因.为了抑制直流侧电压的二次谐波,提出了四桥臂整流器的直接功率控制策略.在控制策略上,将产生脉动功率的功率指令值设为0,根据功率指令值算出内环的指令电流,零序电流指令值也设为0.为了实现整流器单位功率因数运行,无功功率指令设为0.根据仿真模型研究了两种工况下四桥臂整流器的特性,仿真实验结果表明采用控制算法能有效地抑制直流侧电压的二次谐波.     

单相并网变流器直流电压波动规律分析

为分析单相并网变流器直流侧电压波动规律,从单相并网变流器数学模型出发,推导出直流电压瞬时值的时域表达式及各次谐波分量的幅值表达式,揭示了产生直流侧某次谐波电压的机理及各次谐波电压幅值与交流电压幅值、直流支撑电容、直流电压幅值及交流电流谐波分量间的关系。仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

基于二阶广义积分器的改进型ip-iq谐波检测算法*

针对电网直流分量和高次谐波对谐波电流检测精度的影响,提出了一种基于二阶广义积分器的改进型ip-iq谐波检测算法。该算法在传统ip-iq法的结构上加入了改进型SOGI滤波环节,有效滤除了输入信号中的直流分量同时还抑制了高次谐波,改进型SOGI的锁相环在电网电压含高次谐波和直流分量的情况下能提供稳定的电网电压频率,从而能够更准确检测出谐波电流。仿真算例对比分析了传统ip-iq法和基于一般SOGI的ip-iq法,验证了文中提出的谐波检测方法在电网含直流分量和高次谐波时的有效性和可靠性。     

电压不平衡情况下PWM整流器功率分析方法

根据同步坐标变换和对称分量法,提出了一种三维瞬时复功率计算方法,可以将系统输入功率分解为:瞬时有功功率、q0轴之间、dq轴之间、d0轴之间的瞬时无功功率等12个功率分量。在瞬时功率分析的基础上对抑制交流侧负序电流和抑制交流侧输入功率二次谐波控制两种优化控制方案进行了分析。同时建立了基Saber的PWM整流器仿真平台,通过大量的仿真给出了各种不平衡输入情况下,采用不同的优化控制方案时瞬时有功功率、瞬时无功功率、瞬时功率因数以及输入电流谐波等波形,为三相PWM整流器在输入不平衡情况下的功率分析和优化控制提供了很好的理论基础。     

直流分量对变压器差动保护影响的仿真分析

介绍了几种电力系统中产生直流分量的因素,设计了励磁涌流产生模型与叠加直流分量的仿真模型,分析了直流分量对电流互感器(TA)暂态传变特性的影响,并通过空载合闸投入变压器同时流入直流分量的仿真,研究TA传变异常对励磁涌流判据的影响。研究结果表明,直流分量将改变TA传变特性,二次侧电流波形发生畸变,对励磁涌流闭锁二次谐波制动、间断角等判据产生影响,易引起变压器差动保护误动。