基于CDSM-MMC的光伏直流接入系统故障分析

作为模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter,MMC)的一种,钳位双子模块(ClampDouble Sub-module,CDSM)型MMC具有直流故障自清除能力。但基于CDSM-MMC的光伏直流接入系统,在直流故障特性等方面与其他类型MMC构成的直流系统存在较大差异。为此,首先分析了联接变压器不同接地方式下的电容放电回路,阐述了直流故障对交流侧的影响。其次,在CDSM故障闭锁情况下,划分了MMC换流器端单极接地和极间短路时的故障阶段,建立各阶段的等值模型并求解。阐述了DC/DC换流器及光伏电源对极间短路故障回路的影响,并对DC/DC换流器侧的暂态过程进行了分析。最后,在PSCAD/EMTDC中建立基于CDSM-MMC的光伏直流接入系统模型,验证了分析结果的正确性。     

基于钳位双子模块的MMC故障清除和重启能力分析

针对当前已投入运行的高压直流(HVDC)输电工程中模块化多电平换流器(MMC)不具备直流侧故障电流闭锁能力的问题,分析了一种可自清除直流侧故障电流并且可重启动的MMC拓扑——基于钳位双子模块的MMC。这种拓扑可在发生直流故障时通过闭锁所有绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的触发信号和利用二极管的反向阻断能力迅速完成闭锁过程,从而达到无需交流断路器动作实现清除直流故障的目的。这种拓扑将半桥模块化MMC的调制方法和控制策略与可清除直流故障能力结合在一起,且具有结构简单、造价经济等特点。通过对半桥模块化MMC和钳位双子模块MMC在直流侧双极短路故障情况下的故障电流进行分析和仿真,验证了基于钳位双子模块的MMC在处理直流侧故障方面的能力和效果。     

具备直流故障阻断能力的新型双子模块拓扑

传统的半桥子模块(HBSM)拓扑因其拓扑简单、投资成本低等优点,被广泛应用于柔性直流输电领域。然而,当输电线路发生直流故障时,HBSM无法快速阻断故障电流。因此,这里提出一种基于双电容的二极管箝位型双子模块(CDCDSM)拓扑,该拓扑通过将子模块电容接入故障回路的方式迅速切除直流故障。此外,CDCDSM具有同时输出3个电平、控制方法简便、闭锁后可迅速重启等优点。与其他子模块相比,CDCDSM的投资成本较低。通过仿真和实验对该子模块特性进行验证,结果表明,CDCDSM-模块化多电平换流器(MMC)具有快速阻断直流故障的能力。     

MMC直流侧故障有源限流策略

为了避免直流短路故障威胁到模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型柔性直流电网的安全可靠运行,该文提出了一种适用于半桥型MMC直流侧故障的有源限流策略,限制直流短路电流和桥臂电流的峰值及上升速率。首先,该文阐述了故障期间系统控制策略对故障电流的影响,然后通过反馈桥臂电流分别调整差、共模调制波,进而改变上、下桥臂中子模块的数量及分配,达到快速抑制交、直流侧故障电流的目的。其次,推导了考虑有源限流策略下的故障电流解析式,并分析了该限流策略对控制系统稳定性的影响,为有源阻尼参数选取提供理论依据。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建四端柔性直流电网模型,仿真结果表明：有源限流策略不仅能够显著降低直流断路器开断故障电流,且能保证桥臂内器件的安全。     

基于改进的钳位双子模块MMC变流器的冗余控制策略

设计了改进的钳位双子模块,并将子模块应用在MMC中,利用模块中已投入运行的半桥子模块为冗余半桥子模块充电。通过PSCAD／EMTDC仿真表明,基于改进的钳位双子模块的MMC在冗余子模块替换故障子模块过程中,动态过程短暂,对换流器的输出电流、电压波形均无明显影响,验证了策略的有效性和可行性。     

C-MMC直流故障穿越机理及改进拓扑方案

采用基于箝位双子模块(clamp double sub-module, CDSM)的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC),是MMC-HVDC实现直流故障快速自清除的理想选择之一。首先研究箝位双子模块正常和闭锁工作模式;然后分析闭锁前后故障等值电路和故障电流特性,指出利用二极管阻断特性和模块电容所提供的足够大的反电势能够实现直流闭锁;最后,提出两点改进措施：1）桥臂由半桥子模块和箝位双子模块混合而成,降低了稳态运行损耗和半导体器件数量;2）在子模块内部箝位二极管处串联阻尼电阻,以加快闭锁期间能量耗散和降低电容电压增高幅值。PSCAD/EMTDC 仿真结果验证了所提出的改进拓扑结构方案的可行性和有效性。     

适用于架空线路的双极混合MMC-HVDC拓扑

为应对柔性直流输电在远距离大容量架空线输电领域应用问题,基于钳位双子模块和双晶闸管子模块拓扑构成的两种模块化多电平换流器,设计了串联双极混合直流输电系统,既提高了输电容量,又能缓解单种拓扑能耗较大或直流故障抑制时间较长问题。重点分析了双极混合拓扑在不同直流故障下等值电路和直流故障穿越机理及其抑制特性。最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建双极混合直流输电模型,对系统稳态运行工况和直流故障穿越特性进行了对比研究。仿真结果表明,双极混合系统既体现出灵活多样的稳态运行特性,又具有直流故障穿越与快速恢复能力,较好地适用于远距离大容量架空线路输电应用领域。     

MMC-HVDC输电系统直流故障隔离综述

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(MMC-HVDC)是一种新型的灵活输电方式。同交流输电技术相比,MMC-HVDC输电技术具有输送容量大、输电距离远且损耗小等优点。在当前各类MMC拓扑中,半桥型MMC具有所用器件少、运行效率高、经济性好等特点,但缺乏直流故障清除能力。本文简单介绍了半桥型MMC发生故障的原因,对目前MMC-HVDC输电系统直流故障隔离技术的国内外研究现状进行综述,并结合当前研究现状,展望了MMC-HVDC输电系统直流故障保护的新的研究方向。     

基于不对称双子模块的混合MMC及其直流故障自清除能力

柔性直流输电技术及能源互联网的迅速发展,大大拓展了电力电子变流技术在电力系统输配电领域的应用。由于柔性直流输电架空线路较常出现瞬时性故障,研究了具有直流故障自清除能力的不对称双子模块结构。首先,详细阐述不对称双子模块的拓扑结构、工作原理和控制方法。在此基础上,详细分析不对称双子模块的直流故障自清除能力,并具体分析计算了不对称双子模块的损耗。然后,针对不对称双子模块损耗高于半桥型模块化多电平换流器(MMC)的问题,提出不对称双子模块和半桥子模块组成的混合MMC系统结构,并给出了两类模块个数的配置原则。最后,利用MATLAB/Simulink仿真软件给出直流侧瞬时故障情况下混合MMC系统的仿真波形,验证了混合MMC系统的直流故障自清除能力。     

FBMMC直流故障穿越机理及故障清除策略

针对模块化多电平换流器型直流输电(MMC-HVDC)直流故障的快速清除,对全桥型模块化多电平换流器(FBMMC)直流故障机理及故障清除控制策略进行了研究。研究了全桥子模块的导通模式与运行特性;分析了闭锁前后直流侧双极短路故障机理、故障电流阻断原理和故障清除控制策略。在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型,对全桥子模块的运行特性、直流故障机理、故障清除及快速恢复策略进行了仿真分析,结果验证了所提策略在直流故障穿越方面的有效性。     

HVDC换流器故障隔离及重启策略优化

针对某特高压直流工程换流器故障隔离及重启耗时长、停电范围大、造成功率损失等问题,在分析故障机理的基础上,提出了一种优化后的故障隔离及重启策略。优化了换流器保护区域,改进换流器保护区域的连接方式,并增设快速断路器加速故障隔离及重启过程;优化故障隔离及重启策略,利用换流器移相控制策略快速限流,利用快速断路器动作缩小故障隔离范围,避免极隔离、极重启和大规模切机、切负荷的发生。仿真验证表明,优化后的故障隔离及重启策略总耗时低于0.5 s,仅隔离故障换流器,保证了健全部分持续传输功率,显著提升了特高压直流输电的可靠性和经济性。     

柔性直流输电系统新型故障重启方法

换流器自清除技术的逐渐成熟使得基于架空线路输电成为柔性直流输电的发展趋势。架空线路输电时瞬时性故障概率较大,因此需配置有效的重启方法确定是否应该恢复系统的正常运行。传统的柔性直流输电系统重启方法因重启于永久性故障时会对系统造成二次过流、过压危害,不利于系统的安全可靠运行。提出了一种具有低电流、低电压危害的新型重启方法,在故障性质判断期间将换流器运行于不控整流方式,通过判断电流的有无,实现故障性质的判断。这种方法在重启于永久性故障时能够有效避免对系统的二次过流冲击,也不会产生二次过电压。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了两端模块化多电平换流器型直流系统,通过仿真测试验证了所设计重启方法的可行性和优越性。     

一起直流线路故障后的再启动过程分析

在直流输电系统中,直流线路的瞬时故障会导致直流线路的再启动.针对某直流系统中的一起直流线路故障,通过回顾其故障过程,分析突变量保护原理和直流线路再启动逻辑,结合故障录波对直流线路故障后的再启动过程进行了探讨,并对故障类型作出了判断.     

交直流混合配电网交流接地故障隔离策略

在交直流混合配电网中,为使模块化多电平换流器像换流变压器一样能隔离交流接地故障,本文分析了单相接地故障下零序电流和零序电压的特性,提出基于比例谐振控制的零序电流抑制策略.本文在模块化多电平换流器中采用混合子模块拓扑及相应的调制策略,并为全桥子模块设计一种新型的电容充放电策略,在保证子模块电容电压均衡稳定的条件下提高桥臂...     

直流输电系统中直流线路故障再启动逻辑分析

为确保高压直流输电系统安全稳定运行,避免直流线路瞬时性故障造成直流输电系统停运,在直流控制保护中增加直流线路故障再启动功能,该功能通过移相重启释放直流线路上累积的能量,清除故障点,恢复直流系统运行,对减少直流系统的停运次数,提高直流系统的可用率作用巨大。介绍鲁固直流系统直流线路故障再启动功能原理和动作逻辑,并对其进行了试验验证,为今后直流工程直流线路故障再启动功能的设置提供参考。     

可隔离直流故障的直流电网用DC/DC变换器拓扑

直流电网作为光伏和风电等新能源汇集的重要手段,近些年获得了快速发展。DC/DC变换器作为直流电网中电压变换和隔离直流侧故障的关键设备也日益受到关注。提出了一种适用于直流电网的可隔离直流故障的新型DC/DC变换器拓扑,该拓扑基于半桥模块化多电平换流器型DC/DC变换器,增加故障转移支路,发生直流故障时更易切断故障电流,同时提出了其故障隔离策略。对比该拓扑与半桥式DC/DC变换器的技术性和经济性差异发现,当DC/DC变换器出口侧连接有多个换流站时,提出的DC/DC变换器方案不仅可以更快地切除故障线路,还减少了故障隔离对于直流断路器的依赖。在PSCAD/EMTDC中,针对两个直流电网的典型场景,进行了直流双极短路故障仿真。仿真结果表明,所提出的拓扑具备直流故障穿越能力,非常适用于大规模直流电网系统。     

基于直流断路器的柔性直流电网架空线路故障隔离策略研究

柔性直流输电技术未来将向大规模柔性直流电网发展,从经济性和通用性来看使用架空线路的柔性直流电网最具发展前景,然而架空线路故障率较高,如何实现直流线路故障的快速隔离和系统恢复成为制约柔性直流电网发展的关键因素。针对该问题,文中基于张北柔性直流电网示范工程,以半桥结构的模块化多电平换流器进行了研究,提出了适用于工程应用的直流架空线路故障隔离措施和线路故障恢复策略,并基于RT-LAB实时仿真平台搭建了张北工程四端直流电网系统,对相应的隔离方法及故障恢复策略进行了仿真验证,结果表明,可降低直流线路故障对交流系统的影响,降低直流限流切除对系统稳定性和安全性的影响,为柔直电网工程的实际应用提供了依据。     

基于直流侧电流检测的逆变器开路故障诊断方法

针对变频驱动系统中的逆变器开关管开路故障,应用开关函数的双傅里叶变换技术,分析逆变器的直流侧电流在正常运行、单管开路故障及一相开路故障时的频谱：逆变器正常运行时,其直流侧电流频谱的低频部分只包含直流成分;逆变器单管开路故障时,其直流侧电流频谱的低频部分会出现调制信号的频率成分;逆变器一相开路故障时,其直流侧电流频谱的低频部分除了直流成分外,还会出现调制信号的二次谐波成分。通过检测直流侧电流的频率成分就可实现逆变器单管开路故障及一相开路故障的故障诊断。实验结果验证了该方法的正确性和有效性。     

MMC-HVDC直流单极接地故障分析与换流站故障恢复策略

直流母线单极接地故障是模块化多电平换流器高压直流输电(modular multilevel converter based HVDC,MMC-HVDC)的典型故障,分析其故障特性对于故障的诊断、保护的设计及相关参数的优化具有工程意义,另外,故障清除后的恢复也是需研究的重点问题。针对典型交流接地方式,建立了避雷器不动作时直流单极接地故障暂态分析模型,分析了接地装置参数对故障特性的影响,同时定性分析了避雷器动作对故障特性的影响。针对换流站的故障恢复问题,深入分析了上、下桥臂电容电压的再平衡机制,分析表明其再平衡速度取决于桥臂电阻、调制度等参数,并基于理论分析,设计了一种附加控制器以加速电容电压再平衡,降低其对系统和控制参数的依赖。最后基于PSCAD/EMTDC搭建双端MMC-HVDC仿真模型,验证了故障特性分析和故障恢复策略的正确性和有效性。