含分布式电源配电网的相间短路故障分析

以电压源换流器为接口的分布式电源(distributedgenerator,DG)的故障电流完全由其控制策略决定,其传统的等值模型通常与常规电源类似,而忽视了控制策略的影响,造成含DG配电网故障分析存在局限性,尤其对于非对称故障情况。为此,首先对DG的相间短路故障穿越控制特性进行分析,针对正序分量控制的DG提出了压控电流源等值模型;在此基础上,通过建立DG输出电流与公共联接点(point of common coupling,PCC)正、负序电压之间的关系方程式,推导出不同的相间短路故障条件下PCC正序电压的求解方程组,从而建立含DG配电网相间短路故障分析精确模型。基于DIgSILENT建立含DG配电网模型,仿真结果验证了该故障分析方法的正确性。     

高压直流输电系统接入下的交流系统不对称故障下序网等值及短路电流算法

随着高压直流输电技术的日益发展,交直流混联系统的相互影响已成为高压直流输电领域的研究重点。针对含高压直流输电系统接入的交流系统,本文研究了其在不对称故障下的故障分析方法,提出了LCC-HVDC在交流侧的复合序网等值模型以及短路电流计算方法。首先搭建了基于不对称工况下的LCC-HVDC开关函数模型,随后根据开关函数模型建立了相应的LCC相量模型,并推导了LCC交流侧复合序网的计算方法。最后将LCC复合序网模型与交流系统不对称故障的边界条件结合,提出了适用于求解含高压直流输电系统接入的交流系统不对称故障短路电压电流的迭代算法并进行了仿真验证。仿真结果表明,本文提出的故障电流算法均可以满足工程计算要求。     

双端柔性直流输电系统运行特性仿真研究

通过分析柔性直流输电系统的功率、电压和电流关系,获知幅相控制和直接电流解耦控制是一致的,均通过改变电压源换流器(VSC)交流侧电压的大小和相位,进而改变交流侧电流的大小和相位,实现VSC的四象限运行。运用PSCAD建立了双端柔性直流输电系统模型,对其稳态运行和短路故障进行了仿真计算,分析了交直流参数间的数量关系,结果证明该模型准确反映了系统正常运行和短路故障,可用于进一步分析系统的保护和控制。     

直流侧故障时模块化多电平变换器运行特性分析

基于半桥子模块(HBSM)级联的模块化多电平变换器(MMC)广泛用于中高压直流输电工程。分析了直流侧短路和直流单极接地故障的暂态特性,并提出了相应保护策略。分析直流侧短路故障,将三相桥臂等效成为1条支路,给出了桥臂电流与系统电气参数的关系;分析系统交流侧接地时的直流单极接地故障特性,描述了交流三相出口电压和直流母线电压;在RT-LAB平台上搭建21电平的MMC模型进行验证,并对上述2种故障分别提出了保护策略。     

基于扩展节点法的交直流混合电网统一潮流算法

基于电压源型换流器的多端直流输电电网是解决可再生能源并网和消纳的有效途径,因此研究交直流混合电网的潮流算法很有必要。提出了一种基于扩展节点法的交直流混合电网统一潮流算法。首先建立了电压源型换流站的稳态模型和控制策略及基于扩展节点法的交流和直流电网的网络模型。然后推导了基于牛顿法的统一潮流算法,将交直流混合电网的节点注入电流、支路电流和节点电压作为未知变量同时求解。通过IEEE 30节点交直流混合电网算例验证了所提算法的有效性。     

交流系统短路故障下MMC对短路电流的影响及抑制策略

基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统(MMC-HVDC)接入交流系统可能会对交流断路器清除短路故障造成影响。基于MMC的拓扑结构和控制策略,分析了交流系统短路故障下MMC对交流断路器的影响。然后,研究了交流系统发生对称短路故障时,MMC的运行工况对短路电流的影响,发现MMC对短路电流的贡献主要来源于MMC向交流系统注入的无功功率。接着,研究了交流系统发生非对称短路故障时,MMC在不同运行工况下贡献的三序短路电流的计算方法,得出MMC阀侧零序和负序电流为0,阀侧正序电流是三相对称的且大小由运行工况决定的结论。最后,提出了交流系统对称短路和非对称短路故障下抑制MMC贡献的短路电流的控制方法,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所得结论的正确性以及控制方法的有效性。     

弱电网下双馈感应发电机定子匝间短路故障时电网电压稳态分析

深入研究了发生定子绕组匝间短路故障的双馈感应电机(DFIG)接入交流弱电网后,给公共连接点(PCC)处电压带来的影响及其功率约束。首先建立了含故障风机的弱电网模型,然后利用这一简化的系统模型进行了影响PCC处电压稳定性因素,风机输出有功功率以及无功功率问题的研究。最后通过MATLAB/Simulink仿真平台对结果进行验证,结果表明:双馈风机发生定子匝间短路故障后,DFIG输出有功功率减小无功功率增加,进而对PCC处电压稳定性产生一定的影响,并且随着风机故障程度、线路阻抗比以及电网强度的改变,PCC处电压波动越显著。     

含双馈风电机组的电力系统故障计算方法研究

双馈风电机组馈出的短路电流特性极其复杂,传统以交流同步电机供电电源为基础的电网故障分析方法不能适用于含双馈电源的电网短路计算。根据双馈风电机组低压穿越运行的技术要求,在电网对称故障和不对称故障条件下,建立了计及其励磁调节特性影响的短路电流计算模型。在此基础上,基于对称分量法建立了含多双馈风电机组接入的电网各序等效电路,通过对电网电动势方程、故障边界条件方程和双馈风电机组短路计算模型方程进行迭代求解,计算电网各支路的故障电流和各节点电压。与算例的仿真结果对比表明,该短路电流计算方法计算准确度高,可较好地满足工程应用要求。     

含背靠背MMC直流装置的交直流混合线路故障特征仿真分析

含背靠背直流装置的交直流混合线路故障特征受直流装置控制系统的快速调节作用,有别于传统交流线路故障特征。文章基于PSCAD/EMTDC搭建了含背靠背MMC直流装置的交直流混合线路仿真模型,仿真研究了线路上的各种短路故障。研究结果表明,交流侧故障,线路两侧测量点的电压电流一侧基本不变,一侧同纯交流线路的变化规律;直流装置单极故障,故障相电流呈单边特性,双极故障特征同纯交流线路三相故障。该研究结果为研制适用于含背靠背直流装置的交直流混合线路保护提供了理论支撑。     

面向高比例新能源电网短路计算的机电-电磁融合电源模型

为解决新型电力系统计算与分析中传统电源模型难以继续适用的问题,提出一种面向高比例新能源电网短路计算的机电-电磁融合电源模型。一方面,考虑新能源电源通用控制策略作用下的外部输出特性,采用单一压控电流源等效电源侧海量新能源电源的整体输出;另一方面,根据短路电流故障的时间划分尺度,保留传统发电机工频基波意义下的外部输出特性,并采用3个大小不一且衰减速度不同的电压源等效电源侧所有发电机的整体输出。进而采用3个电压源和1个压控电流源并联的形式作为融合电源模型的结构,并采用内点法对融合电源模型参数进行在线辨识。通过短路仿真数据和电网实测故障录波数据验证了融合电源模型的适用性。     

考虑故障阀臂封锁条件下的VSC-HVDC换流器故障诊断算法

针对两电平柔性直流输电(VSC-HVDC)系统换流器内部常见的IGBT阀器件短路失效、桥臂直通、交流侧单相接地、交流侧两相短路、直流单极接地这5类贯穿故障,研究了换流器故障保护与诊断的协调配合方案,分析了保护闭锁条件下系统直流电压及交流电流的变化规律,据此提出了利用闭锁时刻的直流电压及闭锁后2个周期的三相交流电流作为特征信号进行换流器故障分类与定位的诊断方法,并确定了用于区分故障类型的电压、电流诊断阈值。对换流器严重贯穿故障进行仿真,利用PSCAD/EMTDC模型对所提出的诊断方法进行了验证,结果表明该方法不仅能可靠识别故障类型,还能准确定位故障位置,可用于故障阀臂闭锁条件下VSC-HVDC换流器的故障诊断。     

直流侧故障下MMC-HVDC输电线路过电压计算

针对基于模块化多电平换流器的高压直流（modular multi-level converter-high voltage direct current,MMC-HVDC）输电系统,为了快速而有效地计算其直流侧单极接地故障下直流线路最大过电压,详细地分析了几种相应的等效计算模型.首先,基于能量守恒定律,得到模块化多电平换流器（modular multi-level converter,MMC）的等效模型I.在该模型中,MMC被拆分为直流侧等效电路和交流侧等效电路,其中前者由2个受控电流源和1个理想电容组成.其次,考虑到单极接地故障下MMC子模块电容电压几乎不变的特性,并且直流电缆可以使用π等效电路模型替代,就能得到MMC的等效模型Ⅱ.最后,基于时域仿真软件PSCAD/EMTDC搭建了400 MW/±200 kV数字仿真模型,验证了2种等效模型的有效性.     

多端柔性直流输电系统交流故障穿越仿真研究

针对多端柔性直流输电系统交流侧发生故障,直流系统与电网公共连接点电压也随之跌落的问题,文中提出了一种交流故障穿越技术来维持公共连接点电压稳定。根据公共连接点电压跌落程度增发相应的无功功率从而维持公共连接点的电压稳定,保证系统的有功功率传输。当公共连接点电压跌落程度较大时,增发的无功功率导致交流系统过电流,提出通过降低故障端的有功功率参考值,从而减小交流侧电流幅值,避免过电流的产生。同时,针对有功功率的减小将使系统的不平衡功率进一步增大导致直流电压发生较大波动的现象,通过定直流电压换流站根据直流电压的变化来消纳系统的不平衡功率,从而达到维持多端柔性直流输电系统直流电压稳定的目的。     

MMC接入的交流侧线路故障特征及故障分量方向元件的动作特性

高压大容量柔性直流系统经模块化多电平换流器（MMC）接入交流电网时,MMC的控制策略将导致其故障出力有别于传统同步发电机。基于MMC的控制策略和柔性直流系统的接地方式,研究了MMC接入的交流侧线路发生故障后的电压、电流相量特征,并分析了其对故障分量方向元件的影响。理论分析结果表明,在交流侧线路发生故障后,公共耦合点（PCC）电压相位可能发生较大变化,进而影响MMC输出正、负序电流的实际相位;零序方向元件仅适用于联接变压器采用Y0/d接线的场景,取决于柔性直流系统的接地方式;正序突变量、负序方向元件计算的阻抗角受电网故障穿越需求所决定的MMC控制系统d、q轴电流参考值的影响显著,可能导致MMC侧方向元件在正向线路故障时和电网侧方向元件在背侧系统故障时的误判。理论分析结果与典型工程PSCAD模型的仿真相吻合。     

双极MMC-HVDC系统站内接地故障特性及保护策略

针对双极柔性直流输电系统模块化多电平换流器(MMC)交直流出口接地故障,研究了换流器闭锁后的电压电流暂态特性,并推导了故障分量的数学解析式。研究结果表明,交流出口发生单相接地故障时,换流器闭锁后非故障相上、下桥臂分别出现了过电压和过电流现象,并且交流侧电流出现直流偏置导致故障相短路电流不存在过零点。直流出口发生单极接地故障,换流器闭锁后桥臂短路电流主要由交流系统注入的稳态电流和上下桥臂电抗间衰减的环流构成。针对交流出口发生单相接地故障这一特殊的故障特性,提出了一种选相跳闸保护策略,解决了故障电流不存在过零点时交流断路器无法正常断开的难题。最后搭建了张北四端环网结构柔性直流电网仿真模型,仿真结果验证了换流器出口故障特性分析的准确性以及所提选相跳闸保护策略的有效性和可行性。     

适用于直流配网的故障自清除型电力电子变压器

基于MMC-ISOP电力电子变压器结构的直流配电系统发生中压直流母线双极短路故障后,若采用常规半桥型MMC子模块,交流母线会与故障点构成三相短路而产生较大故障电流损坏功率器件,后级ISOP变换器输入侧若采用直接串联方式同样无法避免输入电容对地放电问题。提出具有故障电流自清除能力MMC子模块拓扑,未提高器件数量、电容耐压等级,且保证了阻断能力。提出DAB变换器输入侧混合串联型ISOP拓扑,可有效切断故障后电容放电通路,降低电容电压应力及电感电流脉动,缩短故障后系统恢复时间。利用Simulink软件搭建了直流配网稳态及故障状态仿真模型,仿真结果验证拓扑结构有效性及理论分析准确性。     

MMC-MTDC系统直流单极对地短路故障保护策略

直流侧故障保护是基于模块化多电平换流器(MMC)的多端柔性直流输电(MTDC)系统的关键问题。现有文献主要对直流双极短路故障展开研究,而直流单极接地故障同样可能对系统安全运行产生严重影响。首先针对不同的换流器接地方式,分析半桥型MMC-MTDC单极对地短路故障特性,指出交流侧低阻抗接地方式下存在的问题,为实际工程接地阻抗选择提供一定参考。利用全桥型MMC的短路电流清除能力,提出一种单极对地短路故障快速恢复保护策略,能够在交流侧低阻抗接地方式下避免交流断路器跳闸。PSCAD/EMTDC仿真结果证明了故障特性分析的正确性和所提出的故障保护策略的有效性。     

基于电流差动的直流配电网保护方案

针对直流配电网在发生短路故障时,短路电流上升迅速,直流断路器无法快速动作从而切除故障的问题,首先基于三相两电平电压源换流器构建直流配网的电源模块。分析了单端电源向无源网络供电时发生极间短路故障和单极接地短路故障的故障特征,提出了一种低电压保护和电流差动保护联合的保护方案,并且通过投切后备电源提高了供电的可靠性。最后在PSCAD/EMTDC平台中进行了仿真验证,结果表明在直流配网发生短路故障时,该保护能够快速可靠动作,并具有良好的选择性和灵敏性。     

基于桥臂电压控制的MMC直流短路主动限流方法

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电系统直流短路后电流上升迅速且伴随大量的能量释放,为限制其故障电流,提出一种基于桥臂电压控制的MMC主动限流方法.根据故障电流影响因素分析,针对不同交流出口特性需求,设计了故障期间桥臂电压控制方法,通过减小桥臂电压直流...