基于波形相关性的直流配电网主动式接地故障选线

采用小电流接地方式的直流配电网发生单极接地故障时故障特征较弱,为准确可靠选出故障线路,文中提出基于注入信号波形相关性的接地故障选线方法。所提方法首先将预先设计的附加控制策略施加于直流配电网的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)上,实现探测信号注入。然后结合零模网络,得出故障特征为：各条健全馈线首端计算的特定频率零模电流流向相同、而其与故障馈线首端计算的零模电流流向相反。最后,基于该故障特征设计选线判据,引入皮尔森相关性系数比较各条馈线的归一化零模电流和总归一化零模电流的相关性,根据健全馈线相关性系数接近于1、故障馈线相关性系数接近于-1的特征完成故障选线。仿真结果表明,所提方法在高阻接地故障下能可靠识别发生在母线或各条馈线任意位置的单极接地故障。     

基于暂态功率方向的柔性直流配电网线路单极接地保护方法

单极接地故障是柔性直流配电网最为常见的故障。采用小电流接地方式的MMC型柔性直流配电网发生单极接地故障时,短路电流小(主要是分布电容电流),故障识别困难,柔性直流配电网接地故障检测亟待解决。利用相模变换建立了基于MMC的多端环状柔性直流配电网单极接地故障的零模网络电路,分析了零模网络换流器和直流线路的阻抗特性。在所关注的特征频段内将零模网络简化等效,分析得到故障线路两端的零模电压导数与零模电流的极性均相反,非故障线路两端至少有一端的零模电压导数与零模电流极性相同。利用该故障线路与非故障线路差异特征,设计了一种利用暂态功率的方向纵联保护方法。其中故障线路两端暂态功率方向均为负,非故障线路两端功率方向至少有一端为正。最后在PSCAD/EMTDC平台搭建仿真验证。结果表明,所提保护方法能可靠识别区内区外故障,不依赖线路边界元件,无需数据同步,具有较好的耐受过渡电阻能力。     

检测暂态零模电流相关性的小电流接地故障定位方法

提出了一种利用暂态零模电流的馈线自动化系统小电流接地故障定位新原理:故障点前非故障区段两侧馈线终端装置(FTU)检测到的暂态零模电流波形相似,相关系数接近1;故障区段两侧FTU检测到的暂态零模电流初始极性相反,波形差异很大,相关系数接近0。通过求取相关系数最大值,避免FTU数据采集不同步引起的计算误差。数字仿真与静态模拟实验证明了所提出的故障定位方法是正确、可行的。     

LCC与FH-MMC混合直流输电系统直流单极接地故障穿越控制策略

混合直流输电系统整流侧采用电网换相换流器(line commutated converter,LCC),逆变侧采用混合型模块化多电平换流器(full half bridge modular multilevel converter,FH-MMC)。直流单极接地故障是直流输电系统主要故障类型,在发生直流侧单极接地故障时,混合直流输电需切换运行模式,LCC侧由双极运行转为单极运行,FH-MMC侧通过桥臂输出负电平电压消除交流电压直流偏置以及故障电流。通过对该运行模式下FH-MMC桥臂功率流动特性进行分析可知,上、下桥臂产生能量不平衡问题,导致故障桥臂子模块电容电压持续上升,影响开关器件的安全运行。为此,基于基频环流注入的能量平衡策略提出一种直流单极故障穿越控制策略,保证直流母线单极接地故障下正常极仍可传递一半的额定功率,实现混合直流输电不停机运行。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建混合直流输电仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

基于故障电流主动控制的柔性直流配电网故障定位方法

为了提高现有柔性直流配电网故障定位方法的性能,保证直流配电网供电可靠性以及故障后快速恢复供电,提出基于故障电流主动控制的柔性直流配电网故障定位方法.利用混合模块化多电平换流器(MMC)的高可控性,将故障电流分为阶段Ⅰ与阶段Ⅱ.阶段Ⅰ主要实现故障电流快速抑制并为阶段Ⅱ平滑过渡提供条件.阶段Ⅱ通过注入特定频率的高频反向电流,实现故障的精确定位.介绍了故障参考电流的设计方法.以非对称"手拉手"式双端直流配电网为典型场景分析其故障定位原理.最后,在PSCAD/EMTDC搭建双端直流配电网仿真模型,验证了所提故障定位方法的可行性.     

基于暂态零模电流近似熵的小电流接地故障定位新方法

提出一种通过计算暂态零模电流近似熵确定小电流接地故障区段的新方法.该方法以故障点两侧暂态零模电流波形差异较大为基础,分别求取沿线各检测点暂态零模电流的近似熵.健全区段两端暂态零模电流近似熵基本相同,其近似熵之比接近1;故障区段两端暂态零模电流近似熵差异大,其近似熵之比(数值小的与数值大的之比)最小,利用此特征可以确定故障区段.该方法数据传输量小,各检测点不需要精确时间同步.最后通过仿真和现场试验验证了该方法的正确性.     

大电流接地配电网高阻接地保护方法

大电流接地配电网高阻接地保护一直是世界难题。文章提出用变压器中性点接地的零模去工频去高频剩余电流与线路的零模去工频去高频剩余电流进行波形比较的方法,给出该方法的计算公式,初步分析了该方法的性能与特点。理论分析表明,提出的方法有很高的灵敏度与可靠性,其灵敏度接近小电流接地选线水平。     

柔性直流电网单极接地短路电流计算方法

在柔性直流电网工程设计与直流断路器选型中，电网的短路电流是重要的参考依据。针对以架空线作为金属回线网络的真双极柔性直流电网，文章提出了一种单极接地短路电流计算方法。该方法的基本原理是通过建立单极接地故障时电网的状态方程求解柔性直流电网中的短路电流。以张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程为例，通过对比理论计算与系统仿真结果，证明了该方法的正确性与高效性。文中利用该方法分析了限流电抗器电感值等参数对短路电流的影响规律，为工程设计提供了一定参考。文章提出的计算方法可以广泛地适用于不同端数的基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter， MMC）的柔性直流电网工程，为柔性直流电网工程的参数设计与直流断路器的选型提供支撑。     

基于暂态电流的小电流接地系统故障选线

针对基于工频电压和电流信号的传统继电器灵敏度不高的问题,提出一种新的基于暂态电流差分算法的接地故障检测方法,适用于中性点不接地或非直接接地配电系统.该方法计算每一路馈线的暂态残余电流,然后利用其差分因子实现接地故障的检测.利用MATLAB/Simulink仿真,并模拟3种不同故障条件下的过程,验证了该方法的可行性.     

具有直流故障清除能力的主动接地式模块化多电平换流器

针对传统半桥型模块化多电平换流器(MMC)无法阻遏故障电流,以及现有具备故障清除能力的MMC故障清除时间过长的问题,提出一种具有直流故障清除能力的主动接地式MMC拓扑。在传统半桥型MMC基础上,在换流器各相上、下桥臂电感外侧增加电流转移支路,在换流器直流出口增加断流支路和能量吸收支路。当MMC直流侧发生双极短路时,断流支路能够有效地隔离断路器和直流线路,电流转移支路能够消耗交流电流和电感电流,能量吸收支路能够快速清除故障电流。文中对主动接地式MMC的拓扑结构及其实现故障隔离和清除的过程进行详细分析,给出了关键参数的设计和计算方法,并利用RT-LAB OP5607软件搭建双端和四端MMC仿真模型,对比分析可知,所提出的主动接地式MMC能够在十几毫秒内清除故障,在经济性和实用性方面具有很大的优势。     

MMC型多端柔性直流配电系统协同控制与故障电流抑制策略

针对基于直流母线以模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)构成的多端柔性直流配电系统,参照实际直流工程,建立了连接低压直流设备的三端模块化多电平换流器等效网络数学模型,并基于下垂控制改进了协同控制控制策略。同时,针对配电系统换流站没有换流变压器的情况,设计了零序电流抑制环节。在PSCAD/EMTDC上搭建了多端柔直配电系统的仿真平台。验证了所设计协同控制策略可以使有功-无功功率的调节更加平稳,减少系统在异常情况下直流电压的波动;在发生交流侧单相接地瞬时故障时,零序电流抑制环节可以抑制过电流,保护设备,降低了换流站配置时的冗余度。     

基于MMC的多端直流电网双极短路故障电流计算

直流侧故障切除能力是衡量直流输电系统的重要指标。针对子模块采用半桥拓扑的模块化多电平换流器(MMC)直流侧发生双极短路故障的机理进行分析,定量研究了影响故障电流峰值的主要因素;并将结论延伸至多端直流电网,提出了不同电网拓扑和不同位置发生故障后10 ms内各换流站出口、线路电流的计算方法;在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建三端电磁暂态仿真模型,并将故障电流计算结果与仿真结果进行对比验证,结果表明所提计算方法具有一定的精度和速度,对直流电网规划、直流断路器选型具有一定的指导意义。     

基于电流微分初始值的VSC直流配电系统线路故障定位方法

在分析基于电压源型变换器的直流配电系统线路发生单、双极故障时电压、电流时域及频域故障特性方程的基础上,推导得到电流微分方程,并利用不同故障类型下的正极、负极电压和电流突变量进行故障判别,根据故障电流微分初始值推导得到故障定位方程。通过联立回路方程解决过渡电阻问题,并利用插值算法对传统的差分算法进行改进,解决了差分算法替代微分值存在的要求采样频率高、误差大的问题。仿真结果验证了所提定位方法的正确性和可行性,表明了所提方法计算简单、定位精度高。     

MMC-HVDC系统直流侧非金属性短路故障电流计算方法

为研究基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)系统直流侧短路电流的工程实用计算方法,基于金属性短路故障电流通用解析式,分析了MMC-HVDC系统发生非金属性短路故障时换流站放电电流的相互抑制作用以及放电回路的耦合机理,并基于所推导的解析表达式提出了故障电流的解耦计算方法。基于PSCAD/EMTDC对MMC-HVDC系统发生非金属性短路故障工况进行仿真分析,将仿真结果与解析计算值进行对比验证。搭建数字-物理混合仿真实验模型,在数字端和物理端分别设置短路故障,对比实验值与解析计算值。验证结果表明,所提故障电流计算方法能准确地表征MMC-HVDC系统直流侧非金属性短路故障电流的演变趋势。     

采用桥臂电抗器耦合的MMC直流侧故障过电流抑制新方法

针对模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)直流侧发生短路故障时换流站闭锁前桥臂过电流的抑制问题,提出了一种采用桥臂电抗器耦合的过电流抑制新方法。该方法不仅有效抑制故障电流,还能够改善系统的稳态运行。首先建立了采用桥臂电抗器耦合的MMC拓扑,阐明桥臂电抗器耦合原理。然后对该系统直流侧故障过电流进行分析,继而选取最佳的耦合系数。最后在Matlab中搭建了双端31电平系统仿真模型,分别在正常运行和故障两个阶段,将采用普通电抗器与采用耦合电抗器的系统各参数进行对比。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

子模块混联MMC-HVDC系统直流侧短路故障电流抑制方法

考虑到目前直流输电系统故障难以快速清除且故障后系统重启的复杂度较高,基于全桥及半桥混联的模块化多电平换流器系统,提出一种直流双极短路故障电流抑制方法。首先根据系统调制度裕量计算得到用于抑制故障电流的抑制电压。然后进行判断,当故障电流大于电流上限值时,控制每相级联电压为负的抑制电压;当故障电流小于电流下限值时,控制每相级联电压为正的抑制电压;当故障电流位于电流上、下限值之间时,控制每相级联电压为零,此时系统等效为两个并联的无功补偿器,可以为电网持续提供无功支撑。该方法能够在系统不闭锁的情况下快速将故障电流抑制在给定的范围内,算法简单、容易实现。最后基于PSCAD/EMTDC搭建了MMC-HVDC双端系统仿真模型,验证了所提出的故障电流抑制方法的正确性和有效性。     

基于MMC的中压直流配电网极间短路故障保护策略

近年来基于模块化多电平换流器(MMC)的直流配电网得到快速发展,但因其直流线路极间短路电流上升速度快,电力电子器件耐流能力差等原因,直流侧故障保护成为了亟需解决的问题。针对这一问题,考虑半桥型MMC(HBMMC)和全桥型MMC(FBMMC)2种不同的拓扑结构,分别分析中压直流线路极间短路情况下的故障特性并推导了故障电压电流的解析表达式。对于HBMMC提出一种桥臂限流模块和直流断路器配合的保护策略,解决了故障电流衰减缓慢和稳态电流过大的问题,降低了对直流断路器开断能力的要求。利用FBMMC子模块的故障电流自清除能力,提出一种改进的基于换流器解锁的快速恢复保护策略,减少瞬时性故障的系统停运时间。最后结合实际工程参数,在PSCAD/EMTDC仿真平台验证了保护策略的有效性和实用性。     

直流配电网MMC-H型直流变压器回流功率的变频优化

研究适用于直流配电网的模块化多电平换流器H桥(MMC-H)型直流变压器,其由模块化多电平(MMC)桥臂、H桥和交流变压器组成。MMC采用阶梯波调制,H桥采用方波调制。推导出基于移相控制的传输功率与回流功率表达式,总结影响回流功率的因素与零回流功率的边界条件。为抑制回流功率,提出了变频优化策略,通过工作频率的变化来调节移相比落入零回流功率区域,减小回流功率与电流应力。最后,搭建实验平台对变频优化控制策略进行验证,实验结果表明变频优化控制策略能够调节移相比,降低电流应力与损耗,提高直流变压器效率。     

基于主动限流的混合直流输电换相失败抑制策略

针对混合直流输电系统换相失败时冲击电流较大的问题,本文推导了冲击电流幅值与电压源型换流器（Voltage Source Converter, VSC）的关系,分析确定了换相失败时VSC投入的子模块数量是决定冲击电流的关键参数。研究了影响电网换相换流器（Line Commutated Converter, LCC）换相能力的主要因素,提出了一种基于主动限流的换相失败抑制策略,通过对VSC调制波交流分量与直流分量附加扰动因数来改变子模块的投切,实现了对换相失败冲击电流的抑制。本文通过在Matlab/Simulink中搭建相应的仿真模型,对提出的抑制策略在逆变交流侧故障下的有效性进行了仿真验证,结果表明,该策略不仅能够限制冲击电流,还可以有效预防连续换相失败的发生。