基于辅助电路的MMC-HVDC直流故障处理策略

直流线路故障是基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)系统必须解决的关键问题。文中提出一种基于辅助电路的直流故障处理策略,即双向晶闸管与开关型零损耗限流装置相配合的保护方案。首先分析了直流故障电流自然衰减的直流保护原理及现有方案的缺陷,进而提出采用双向晶闸管代替背靠背晶闸管集中配置在交流侧的方法来简化其控制回路;通过与开关型零损耗限流装置相配合,并对限流电抗器进行合理设计,能够使保护在不增加运行损耗的同时具有快速抑制短路电流的能力,降低清除直流故障时对交流系统长时间的冲击。此外,进一步提出相应的故障检测及恢复策略。最后,基于PSCAD仿真平台验证了所述保护方案的有效性。     

海上风电直流输电系统断线故障保护及恢复策略EI北大核心CSCD

基于一种适用于海上风电传输的双极性直流输电系统拓扑结构,详细介绍了其关键设备及控制模式,分析了该直流输电系统在永久性直流断线故障时的故障特性。为抑制故障引起的过电压现象,采用一种将闭锁电压源型换流器(voltage source converter,VSC)与断开直流开关相互配合的故障保护策略,保护系统中的关键设备,使系统快速、安全地实现故障隔离;故障清除之后,需要对系统进行恢复控制,提出一种并行恢复策略,使系统停运设备可以快速、平稳地恢复正常运行。在PSCAD/EMTDCTM环境下搭建了系统的仿真模型,通过仿真验证所提出的故障保护策略及故障恢复策略的可行性。     

混合型MMC拓扑及应用于MTDC直流故障穿越能力分析

模块化多电平换流器(MMC)已成为高压直流输电领域最具前景的换流器技术之一。然而,与低电平电压源型换流器(VSC)相同,目前研究较多的半桥型MMC缺乏闭锁直流故障的能力。文中分析了不同结构的MMC在发生直流故障时短路电流的情况,提出了一种改进的MMC拓扑结构,基于错位层叠理论和换流器闭锁直流故障的原理,设计了一种适用于多端柔性直流(VSCMTDC)输电系统的混合型MMC拓扑结构,并结合VSC-MTDC系统直流故障时的"握手原则"详细说明了实现故障线路切除、非故障线路恢复的过程。最后,以典型的四端直流输电系统为例,通过PSCAD/EMTDC建模仿真,对故障后果最为严重的直流侧双极短路故障下的系统特性进行了分析验证。结果表明,基于该拓扑结构的多端直流系统能够在直流侧发生故障时快速闭锁换流器,并在短时间内恢复非故障线路的正常运行。     

基于桥臂阻尼的柔性直流故障快速恢复方案

现有柔性直流工程中采用的半桥型模块化多电平换流器具有较高的经济效益,但不具备直流故障清除能力。文中介绍了一种具备直流故障清除能力的桥臂阻尼故障恢复系统,并提出基于桥臂阻尼的直流故障恢复方案。该故障恢复方案通过单极和双极故障选线策略选择故障线路,采用桥臂阻尼和谐振开关配合,分别实现故障电流快速抑制以及故障线路的切除,最终使健全的柔性直流系统在最短的时间内重新恢复运行。为了验证故障恢复方案的有效性,采用PSCAD/EMTDC建立了五端柔性直流模型。仿真结果表明了所提出的故障恢复方案的可行性和有效性。     

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。     

混合直流输电系统直流故障处理策略比较分析

基于电网换相换流器(line commutated converter,LCC)以及模块化多电平换流器(modular multilevel converter,M M C))的混合型高压直流输电技术是实现远距离大容量输电的有效技术手段。为了快速清除直流短路故障,主要有2种实现方法:一是逆变侧换流器采用具有直流故障自清除能力的子模块,如全桥型子模块及箝位双子模块;二是在逆变侧直流出口加装大功率二极管以切断故障后的电流流通通路。该文通过研究不同直流故障处理策略的物理机理及控制流程,对其可行性及适用性进行深入研究。通过在PSCAD/EMTDC中搭建典型模型,考察直流故障下的系统响应特性,对不同处理策略下的系统暂态特性进行综合比较。最后,对基于全桥型子模块的不闭锁穿越式直流故障处理策略进行了仿真验证,仿真结果表明此种策略不适用于真双极直流系统,无法实现直流短路故障的有效清除。     

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。     

基于半压钳位子模块的MMC直流短路故障穿越研究

基于模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)的柔性直流输电技术,在高压大容量输电领域有广阔的应用前景。直流故障穿越是MMC应用必须解决的关键问题。目前,具有直流故障穿越能力的MMC改进拓扑在功率器件成本和换流器损耗方面依然偏高,并且缺乏物理实验验证。首先,提出一种基于半压钳位子模块的MMC改进拓扑;然后利用子模块电容电压来主动抑制二极管续流效应,迅速清除故障电流和实现自动重启,并且额外成本很低;最后,相应地搭建了1 k V/20 k W物理样机,通过物理实验详细地研究了所提拓扑的直流故障清除和恢复过程,并验证了该拓扑的直流故障穿越能力。     

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。     

基于LCC-MMC的三端混合直流输电系统故障特性与控制保护策略

研究了送端为相控型换流器(line commutated converter,LCC)、受端为2个并联的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)组成的三端混合直流输电系统的交直流故障特性及其控制保护策略。在分析现有故障穿越控制策略的基础上,针对交流侧故障提出整流站LCC最小触发角控制、逆变站MMC最大调制比控制与直流电压偏差控制的协调策略;针对直流线路故障,通过在直流线路两端配置限流电抗器构造边界条件,提取直流线路故障电流暂态突变量以识别故障位置,并采用直流断路器开断故障的方法,可以快速隔离直流线路故障并缩小故障影响范围。最后,在PSCAD/EMTDC中建立混合直流输电系统模型,仿真验证了所提策略的可行性。结果表明,所提控制策略在所联接电网交流故障情况下可相应提高直流系统的输送功率,降低功率输送中断发生的概率;直流线路故障时基于直流断路器的直流电流突变率保护策略能够快速隔离故障,提高供电可靠性。     

柔性直流输电线路故障处理与保护技术评述

由于柔性直流输电系统调节方式和自身结构的特殊性,直流线路的故障电流具有上升速度快、峰值大的特点,极易损坏换流器件和设备绝缘,且柔性直流系统无法通过调节触发角实现故障自清除。因此,对直流线路故障处理和保护提出了更高要求。对于柔性直流线路故障,不仅需要快速且可靠的线路保护对故障进行识别,也需要相应的处理措施和手段对故障后的电流进行有效限制,以减少故障冲击电流对换流器件、直流线路自身以及系统的损害。基于柔性直流输电线路的故障特征,从直流线路故障电流抑制、减少故障影响、线路保护原理等方面,系统地介绍了国内、国外柔性直流输电线路故障处理与保护技术的现状和发展。重点分析了几种辅助电路、新型换流器拓扑和直流输电结构,以及直流断路器在处理直流线路故障方面的性能。探讨了目前柔性直流输电线路故障处理和保护亟须解决的关键问题以及未来进一步的研究方向。     

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。     

电流源型混合直流输电系统建模与仿真

为解决传统直流输电系统换相失败问题,针对电压源型混合直流输电系统存在直流故障难以处理、平波电抗与直流电容容易产生谐振、无法进行潮流反送等缺点,分析了一种新型电流源型混合直流输电系统,其特点是整流侧采用传统的电网换相换流器,逆变侧采用基于全控型器件的新型电流源型换流器。重点推导了电流源型换流器在dq旋转坐标系下的低频和稳态数学模型,并设计了相应的控制器和控制策略。在PSCAD/EMTDC中以葛南直流系统为基础搭建了电流源型混合直流系统。详细阐述了启动和潮流翻转的步骤和过程,测试了逆变侧发生三相短路故障下系统的响应和恢复特性,研究了系统的直流故障自清理能力和重启动策略。仿真结果表明,该系统具有良好的性能,是直流输电系统在远距离、大功率应用领域一种可行的改进方案。     

贵广直流输电工程直流线路故障重启动功能研究

分析了贵广直流输电工程直流线路故障重启动的原理,根据实际录波波形阐述了直流线路故障重启动过程中电压、电流、触发角的变化特点,指出了站间通信故障情况下可能出现的不同工况,最后针对贵广工程实际运行中出现的问题分析了线路故障重启动功能存在的不足并提出了改进措施,对现场运行具有一定的指导意义。     

交直流交叉跨越碰线故障分析及处理策略

电网交直流系统混联运行中交流/直流线路交叉跨越现象较为常见,较容易出现交直流线路碰线故障。文中从目前国家电网和南方电网直流输电工程针对交直流碰线故障的两种不同处理方法出发,分析其中隐藏的问题。故障无法切除的情况下南网工程采用的闭锁策略出现闭锁后直流过电压;国网工程采用的闭锁再启动逻辑策略实际上不起作用。在分析交直流碰线故障特征的基础上,提出交直流碰线故障由交流线路保护系统切除故障、直流输电控制保护系统报警的处理策略建议。问题分析及所建议处理策略均采用EMTDC仿真予以佐证,还仿真了不同闭锁策略和多线路同时碰线的情形。     

DC Fault Clearing Characteristics of a Bulk Power VSC HVDC Transmission System using DC Circuit Breakers

Development of wind power generation resources is considered in Japan. However, long‐distance transmission lines are necessary to utilize the wind power because most of the wind power resources are distant from load centers. A voltage source converter based high voltage dc transmission (VSC HVDC) system is an option to realize their effective use. A VSC HVDC system equipped with dc circuit breakers has been considered to clear the dc line faults promptly. However, the fault clearing characteristics by the dc circuit breakers have not been analyzed very well for the system with the long distance overhead transmission line. This paper focuses on a fault clearing in the VSC HVDC system with long‐distance overhead line by the dc circuit breaker using a new fault detection method. A 2.4‐GW bipolar VSC HVDC system with 600‐km overhead transmission line is modeled and its operation performance is verified by computer simulations. The simulation results demonstrate the detailed fault clearing characteristics with the long transmission line. Moreover, specifications required for the dc circuit breakers are considered in terms of operation delay, peak current, and absorbed energy.     

适用于直流电网故障清除的增强型MMC

随着直流输电系统电压和容量的提高,对直流故障快速清除隔离的要求越来越高。作为清除直流故障的有效方案之一,直流断路器(DCCB)技术还不够成熟,限制了其在工程上的应用。文中提出了适用于直流电网故障清除的低成本直流故障清除方案,对半桥型模块化多电平换流器(MMC)进行了局部的改造,以使其具备故障清除操作的能力,使得线路上的故障电流能够被低成本故障隔离单元迅速隔离,随后建立和分析了故障隔离过程中的等效电路,设计了故障隔离动作时序,并对比分析了典型方案的器件使用量,最后建立了仿真和实验模型。仿真和实验结果证明了该方案的有效性。     

楚穗直流线路故障致双极闭锁及故障重启逻辑缺陷分析

楚穗直流联网、全压运行条件下,相继发生极1两次线路保护动作,极2一次线路保护的事件,导致楚穗直流双极闭锁。为探明楚穗直流双极相继闭锁的原因,从直流线路故障纵差保护原理、行波保护原理、极控线路故障重启监视功能入手,结合楚穗直流EMTDC仿真模型,从电磁耦合与双极接地故障两个维度分析并掌握双极相继闭锁的原因。通过对故障重启监视功能的深入分析,进一步挖掘出监视功能的逻辑缺陷,提出了避免直流不必要闭锁的故障重启逻辑优化建议。