基于级联H桥变流器和dq变换的配电网故障柔性消弧方法

为解决配电网单相接地故障消弧的难题,提出一种基于级联H桥变流器和dq变换的柔性消弧新方法。配电网的三相经级联H桥变流器接地,柔性控制非故障相变流器经连接电感注入电流,补偿接地点的电弧电流,抑制故障相恢复电压,促进电弧快速熄灭、不易重燃。为了实现对稳定性和间歇性电弧接地故障电流的全补偿,结合级联H桥变流器的特性,提出一种基于dq坐标变换的故障谐波及暂态电流分量的检测方法。根据级联H桥变流器注入电流对接地故障电流、故障相恢复电压的作用机理,研究各类电弧接地故障的统一柔性消弧方法,仿真结果表明所提消弧方法的有效性,可以提高配电网接地故障熄弧率,促进柔性交流输电(FACTS)技术在智能配电网接地故障保护中的研究与应用。     

基于三相级联H桥变流器的配电网接地故障分相柔性消弧方法

中性点非有效接地配电网长期存在单相接地故障消弧难题,传统柔性消弧方法利用实时检测的电源电压计算注入补偿电流值,通过控制连接于配电网中性点的单个有源逆变器实现消弧,已有方法需进行故障选相并且逆变器需通过Z型变压器及升压变接入配电网。提出基于三相级联H桥变流器的配电网接地故障分相柔性消弧新方法,三相级联H桥变流器通过连接电感直接挂接在各相线,发生接地故障时,利用实时检测的相电压计算注入补偿电流值,分相控制级联H桥变流器注入补偿电流,控制故障点电压为零,实现接地故障消弧。仿真结果表明该方法可灵活、有效地补偿接地故障电流,抑制接地故障电弧重燃。且采用单相或三相级联H桥变流器进行故障消弧时,不需要进行故障选相。     

适应线路参数及负载变化的配电网柔性优化消弧方法

中性点非有效接地配电网长期存在单相接地故障消弧难题,在分析线路参数及负载对已有消弧方法的影响以及已有消弧方法优缺点的基础上,提出一种配电网单相接地故障柔性优化消弧方法。故障发生后,通过级联H桥变流器向配电网注入接地故障补偿电流,并根据母线处零序电压确定接地过渡电阻大小。接地电阻较大时,判断注入补偿电流后母线处三相电压变化趋势,选出故障相,根据故障选相结果调整变流器注入电流,控制母线处故障相电压为零,即采用电压消弧方法,否则继续注入接地故障补偿电流,即采用电流消弧方法。仿真结果表明所提方法能够有效抑制接地电弧重燃,解决了单一电流消弧方法和电压消弧方法因线路参数和负载影响而存在的不足。     

新型电能质量控制装置可行性研究

针对配电网的电能质量及短路电流问题,提出一种新型电能质量控制装置(a Novel Power Quality Controller),可实现对电网电压暂升、暂降、三相电压不平衡和短路故障限流的功能。分析了NPQC中并联变流器与串联变流器的PWM控制方式和反并联晶闸管的短路控制方式;研究了NPQC的电压质量补偿特性和限流特性;描述了NPQC在电压质量补偿状态与短路故障限流状态下的能量流动。最后通过仿真分析验证了新型电能质量控制装置的可行性。     

H桥级联多电平变流器的直流母线电压平衡控制策略

H桥级联多电平变流器是一个非线性、多变量、强耦合系统,其中单个功率模块的直流母线电压平衡问题严重影响该类型装置的输出性能,并限制其应用范围。对变流器与系统之间的功率交换模型进行详细的数学推导,得出可以通过控制变流器负序电流、零序电压或负序电压的方式达到控制单相直流电压平衡的控制规律。结合全局平均直流电压控制策略和单模块直流电压控制策略,提出基于正负序电流分离解耦控制的通用三级直流母线电压控制方法,解决了H桥级联多电平变流器的直流母线电压平衡问题,并提高了装置的输出性能。仿真和实验验证了所提直流电压控制策略的有效性和可行性。     

集成无功补偿和故障抑制功能的一体化变流器及其控制策略

已有一体化变流器存在无法同时进行无功补偿和故障抑制、各桥臂两端承受电压高、动态响应速度慢以及电弧接地故障抑制难等问题,故提出集成无功补偿和故障抑制功能的一体化变流器新型拓扑结构及其控制策略。首先,分析一体化变流器的拓扑结构及其工作原理,提出四桥臂级联H桥变流器的新型拓扑结构,三相桥臂星型连接用于无功功率补偿,在星型连接点与大地间增设一条由单相级联H桥变流器构成的接地桥臂,为变流器直流侧电压控制提供支撑,实现接地故障电流快速全补偿。其次,在分析无功补偿、故障抑制和直流侧电压稳定控制原理和相互作用机理的基础上,提出三者的协同控制策略。最后,利用PSCAD/EMTDC软件对所提一体化变流器及控制策略进行仿真验证,结果表明在直流侧无独立电源的情况下,可同时进行无功补偿和故障抑制。     

基于H桥变流器的IGBT开路故障诊断

为了实现H桥变流器中IGBT开路故障的定位,提出了一种基于双重傅里叶积分的精确解析法,深入研究了H桥变流器中的IGBT在正常和开路故障时输出电压的谐波性能。H桥变流器中的IGBT在不同故障下,其输出电压直流量的幅值和奇偶次谐波的相位发生变化,将此作为IGBT故障的特征。在6k V级联STATCOM装置中进行实验验证。研究成果表明,该方法可以有效实现IGBT开路故障的定位。     

直流区域配电网极间短路故障区域定位方法

直流区域配电系统发生极间短路故障后电力电子变流器需快速闭锁,严重影响了供电可靠性并导致低压区域故障定位困难。提出了故障后不闭锁VSC变流器并限流DC/DC的机制,为解决故障区域定位问题,研究了低压区域发生极间短路故障时的故障特征。研究表明在所提机制下,不同电压等级区域内发生故障后的短路电流、电压跌落、故障发展存在明显差异。利用这种区内外故障上的差异,提出了基于故障特征差异的快速故障定位方法。在仿真软件PSCAD中搭建了直流区域配电网仿真模型,验证了所提出的故障定位方法的可行性。     

配电网三相直挂式柔性消弧方法与样机实验研究

针对传统配电网接地故障消弧装置存在需要接地变压器以及难以实现接地故障电流全补偿等问题,提出一种基于级联H桥拓扑结构的三相直挂式柔性消弧方法,并研制了消弧装置样机。该消弧装置样机可直接挂接在母线上,通过控制级联H桥变流器向母线注入电流,实现单相接地故障电流的全补偿。在分析三相直挂式柔性消弧原理的基础上,介绍了基于ARM单片机的主、子模块控制器的硬件结构和通信系统的构成,并设计了消弧装置样机的PID控制算法和以伏秒误差最小为原则的改进分布式换流调制策略。利用配电网物理仿真系统对消弧装置样机测试,实验结果表明所设计的三相直挂式柔性消弧装置样机能有效抑制接地故障电流,验证了消弧装置样机的原理及设计方案的可行性。     

级联多电平电压质量调节装置的多目标控制

研究了H桥级联5电平结构的电压质量调节装置,在分析装置工作原理的基础上,对系统中出现的典型电压质量问题提出了多目标控制策略,能综合解决电压暂降、谐波等问题。同时,在负荷侧发生短路故障时,还能实现限制短路电流的控制目标。基于PSCAD/EMTDC仿真软件建立了多目标电压质量调节器的仿真模型,仿真结果验证了所提出的主电路拓扑和控制策略的正确性和有效性。     

短路故障快速检测与限制技术综述

常规短路判据主要通过电流幅值判断电力系统中的短路故障,其存在检测速度较慢、短路电流大等缺点。在综述近年短路保护快速检测与识别方法的理论或应用研究基础上,为了限制过大的短路电流,介绍了故障限流的传统方法以及故障电流限制器技术的发展,提出短路故障早期限制技术,且通过中压配电系统建模仿真验证该技术的有效性。短路故障的早期及快速检测技术与故障电流限制器有机结合,具有良好的应用前景。     

燃料电池系统宽范围输入电压变换器设计

燃料电池输出特性较软使得其系统中单向DC/DC变换器需要较宽的输入电压,从而限制了该变换器的应用。文章利用双管Buck-Boost级联电路可根据输入电压的大小自动切换升/降压工作状态来获得合适的恒定的输出电压的优点,对该级联电路设计了基于平均电流控制的电压、电流双闭环控制环路,从而实现其在宽范围输入电压下得到恒定的输出电压,可为燃料电池系统后级变换器提供稳定的输入电压,并降低其设计和优化的难度,还有效解决传统单管Buck-Boost电路开关管电压应力过高的问题。仿真和小功率样机的实验研究验证了所提采用双闭环控制环路的升降压变换器在宽范围输入电压下均具有良好的性能。     

含多类型故障限流设备动作的直流电网保护时序配合

柔性直流电网作为新能源并网的有效手段,要求能够可靠开断直流故障电流。直流电网中配置的多种类型故障限流设备间的故障保护时序配合亟须研究。文中基于直流电网直流线路双极短路故障,研究了故障限流器、直流断路器、半桥全桥混合型模块化多电平换流器以及DC/DC变换器这几类多类型故障限流设备的故障保护时序配合。针对包含环网状以及辐射状结构的复合型多端直流电网系统中的不同区域,配置不同类型的故障限流设备,同时采用检测故障电流变化率的方法判断直流断路器是否可靠动作。根据不同的故障区域,提出了相应的故障限流设备间的保护时序配合方案,并且考虑了部分限流设备如直流断路器拒动后其他限流设备的动作逻辑。在PSCAD/EMTDC仿真中验证了提出的直流电网中多类型限流设备保护时序的可靠性和有效性。     

Fast switch fault diagnosis for PWM DC–DC low power converters

In this paper, a fast switching fault diagnostic scheme is proposed for low‐power pulse width modulation (PWM) DC–DC converters operating in different conduction modes. The outstanding feature of the proposed scheme is that no additional sensing circuits are needed. This is achieved by using the differential of output ripple voltage and the switch gate driver signal for diagnosis. Since the output voltage has to be normally measured for control purposes and the PWM signals are known to the controller, no additional sensors are needed in the proposed scheme. Moreover, based on the real‐time output voltage measurement and switch gate driver signal, the characteristics of switch open‐ and short‐circuit faults can be rapidly extracted, specifically, in less than one switching cycle. Besides, the fault detection scheme can be implemented by a low‐cost logical hardware circuit, which can be integrated into the control unit. The fault diagnosis principle, design considerations, and implementation of the detection scheme are discussed in this paper. Experimental results show that the fault detection system can detect the switching fault in four‐tenths of the switching period. Besides, the proposed method can be used in the applications where the output voltage ripple rate is more than 4%, which covers most situations. © 2017 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

Control of fault current limiter by series‐connected voltage sag compensator

This paper describes a control scheme of fault current limiter by series voltage injection. The current limiter proposed in this study is based on the use of a SMES‐based series‐connected voltage sag compensator, which has been previously studied by the authors, for controlling fault current caused by short circuit on the load side. An algorithm for fast discriminating between power system voltage sag and load‐side short circuit is proposed for the equipment to correctly function either for voltage sag compensation or for fault current limiting purpose. Furthermore, a new control strategy based on output voltage phase control of the series compensator is proposed for current limiting with good waveform characteristics and low active power absorption. Experimental results demonstrated the validity of the proposed strategy. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 155(2): 64–72, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20128     

直流配电系统SRDAB接口变换器的复合容错控制方法

针对广泛应用于主动直流配电网的串联谐振型双有源桥(SRDAB)接口变换器典型故障开展研究。首先分析了基于占空比调节和基于全桥变换器拓扑结构重组的容错控制方法,并详细比较了两种方法的容错特性及其固有缺陷。在此基础上,提出了一种复合容错控制方法,该方法实时监测输出电压,在出现电压跌落后通过占空比调节快速恢复电压,并自动重组拓扑结构,实现高效运行,使电路具有故障自主辨识能力和故障后自主恢复能力。相比于传统的容错方法需要大量的硬件冗余和复杂的故障检测电路来检测具体故障,该方法无须增加任何硬件且无需复杂的故障定位方法,通过复合控制即可实现高效可靠的故障容错运行。此外,所提出的方法具有良好的暂态和稳态控制特性,克服了传统容错控制在运行模式切换时刻带来的电流冲击、电压跌落等缺陷。实验证明了所提方法对双有源桥接口变换器容错控制的有效性。     

基于NCAV和电路等效替换的PWM整流器容错控制系统

三相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器因其具有可控的功率因数、网侧三相电流趋于正弦、直流侧电压稳定等优点,在电机控制、风力发电并网、柔性直流输电和微电网等领域得到广泛应用。为了提高三相PWM整流器可靠性,文中提出了一种PWM整流器容错控制系统,该系统结合了归一化电流平均值(normalised current average value,NCAV)故障检测法和基于电路等效替换的容错方法。该控制系统在功率开关管单管开路故障情况下能够实现故障检测和诊断,并进行快速的容错控制,从而减少单管开路故障对系统造成的影响,改善故障下三相电流波形,减小输出电压纹波,提升系统的整体性能和可靠性。通过仿真验证了该控制系统的有效性。     

基于二维云模型的短路电流峰值预测

短路电流峰值预测对低压系统选择性保护的实现至关重要,目前仍缺乏深入研究。利用短路故障早期检测技术,建立了低压系统单相短路故障仿真模型。获取全相角范围短路故障电流波形,并分析不同相角下短路电流峰值的特点。通过短路故障电流历史数据,构建基于条件云发生器的预测规则,从而建立基于二维云的短路电流峰值预测模型。实验结果表明,基于二维云模型的短路电流预测方法能够准确预测出短路故障电流峰值,为低压选择性保护技术的实现奠定基础。     

光伏中压直流汇集系统双极短路特性分析及连锁过电压抑制

为了解决光伏中压直流汇集系统直流变压器中压侧双极短路故障问题,根据系统拓扑划分为直流线路送端和受端2种情形展开详细讨论,通过不同的故障回路计算出双极短路时网侧和机侧对短路点的故障电流分量,给系统保护的参数整定提供依据,进一步分析了其直流低压母线连锁过电压产生机理,并提出过电压的有源抑制方法,避免了光伏阵列频繁解列.仿真...