含DAB型直流变换器的中低压直流配电系统极间短路故障穿越方法

极间短路故障是直流配电系统中最为严重的故障类型,当含双有源桥(DAB)型直流变换器的直流配电系统中压侧发生极间短路故障时,DAB闭锁,低压侧电压大幅下跌,故障清除后恢复速度较慢。为解决上述问题,提出了一种新型故障穿越方法。通过对传统DAB结构进行改进,增设故障电流阻断模块和补偿电容支路,能在故障发生后迅速识别、切断故障并投入补偿电容。故障持续期间,DAB无需闭锁,依靠模块电容以及补偿电容向低压侧负荷进行供电,有效改善了低压侧电压跌落。故障清除后电容能够快速充电至正常运行状态。PSCAD/EMTDC平台中的仿真结果验证了所提方法能够有效减小中压侧极间短路故障对于负荷的影响,并且具有良好的故障恢复特性。     

基于主动注入的柔性直流配电网故障定位

柔性直流配电网中换流站难以耐受双极短路冲击电流，在1~2 ms内闭锁，提供给故障定位的有效信息少，定位精度差。因此，提出了一种基于DC/DC主动注入的柔性直流配电网的故障定位方法。在换流站均闭锁的情况下，金属性故障解锁配网首端DC/DC换流站，非金属型故障先后解锁首末两端DC/DC换流站，然后提取电压电流数据进行故障定位。该故障定位方法考虑了换流站因快速闭锁无法提供有效暂态信息的问题。利用DC/DC换流站高压侧支撑电容对注入信号的电气特征响应，即可实现故障区段区别。此外，该方法不需要额外的注入设备且适用于单一MMC换流站的网络，原理简单可靠且定位精度高。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建柔性直流配电网，验证了所提故障定位方法的可行性。     

直流微电网中电压源型变流器故障穿越控保协同策略

目前，直流微电网的保护方案主要是基于传统保护思想，由于直流故障时冲击电流大、上升速度快，可供使用的数据信息极少，导致对保护装置的快速检测和开断能力要求较高，大幅增加了系统的建设运行成本。以典型直流微电网为研究对象，深入分析了AC/DC、DC/DC等电压源型变流器的故障特性，提出了一种具备直流故障穿越能力的电压源型变流器控保协同策略，通过设计通用的直流故障穿越模块，能够在故障发生时快速隔离故障，并主动输出稳定可控的短路电流，以降低保护检测难度；同时，该附加模块还能自动诊断外部故障清除情况，以快速恢复系统运行。最后通过仿真验证了所提控保协同策略的有效性。     

基于断路器动作时序的双极性直流微电网保护方案

含电压平衡器的双极性直流微电网能够实现多电压等级的负荷供电,应用前景广泛,但仍缺乏相应的直流馈线故障隔离与定位方案。为此,引入故障场景下的选极可靠系数,建立了直流馈线单极和极间短路故障灵敏检测判据,并通过电源出口断路器的快速跳闸和并网变流器出口断路器的延时跳闸相互配合,实现了故障元件准确隔离和故障区段精准定位。最后,改进了直流微电网多储能DC-DC变流器的电压控制策略,由此形成了应对直流馈线故障的完整保护方案。PSCAD仿真结果表明,所提方案能够实现不同直流馈线故障的可靠辨识与区段定位,结合相应控制策略可显著提高单极故障下非故障极的运行稳定性和供电连续性,且经济性较优。     

环形直流微网短路故障分析及保护方法

以环形风电直流微网为研究对象,深入分析直流母线发生双极短路故障时电压源变流器(VSC)的故障特性,并据此提出以电流差动保护为主保护、欠电压保护为后备保护的环形直流微网故障定位与保护方案。该方案通过检测直流线路的输入、输出电流及其差动电流来定位和隔离故障线路,并配备欠电压后备保护以确保故障下直流微网系统的安全运行。基于MATLAB/Simulink对环形直流微网进行仿真研究以验证所提保护策略的可行性。仿真结果表明,在线路发生双极短路故障时,保护系统能够根据线路差动电流值做出快速响应,从而实现了直流微网系统短路故障的定位和隔离。     

基于主动探测的直流微电网故障区段辨识与快速恢复策略

直流微电网是未来智能配用电系统的重要组成部分.直流系统故障时,冲击电流上升速度快,可供保护获取的数据信息极少,严重影响直流保护的故障诊断.将电力电子变流器的故障控制与保护相结合,提出了一种基于主动探测的直流微电网故障区段辨识与快速恢复策略,通过增加AC-DC变流器的故障控制模块,使其具有主动注入短路电流的能力,进一步协同直流保护装置,实现对故障位置的准确识别和快速隔离.同时,各变流器还能基于本地电压和探测电流信息自动诊断故障消除情况,以快速恢复系统运行.基于实时数字仿真平台的仿真结果表明,所提策略能够在故障发生后100 ms内完成故障定位与隔离,大幅降低了对系统供电的影响,具有一定的工程应用价值.     

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。     

柔性直流配电网故障分析

柔性直流配电网故障特性分析是保护方案设计的基础。当前,直流系统故障期间,换流器IGBT不闭锁时的故障特性尚未深入探讨。首先,确定直流配电网的接地方式和控制策略。其次,分析IGBT不闭锁时直流极间短路和单极接地短路的故障特性及过渡电阻等因素的影响,并讨论故障对其他区域的影响。结果表明,对于极间短路,除故障达到稳态后IGBT闭锁较之不闭锁会出现极间电压和故障电流增大的现象外,IGBT闭锁与否对故障特性影响不大;对于单极接地短路,IGBT不闭锁会使直流侧出现不平衡电压,导致换流器交流侧电流出现直流分量。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,证明了理论分析的正确性。     

基于快速重合闸的多端直流配电网极间故障隔离恢复策略

为快速识别并隔离直流极间故障、实现多端直流配电网的极间故障快速恢复,提出了一种基于直流断路器快速重合闸的故障隔离恢复策略。研究了由半桥式模块化多电平换流器组成的环形多端直流配电网极间故障暂态特性,并结合目前典型的保护配置、故障选线及控制方法,形成一种基于直流断路器重合闸的控制保护一体化协调配合策略。各保护区内的快速保护检测到故障后立即闭锁换流器、跳开直流断路器以快速隔离故障;控制保护一体化装置获取故障定位信息后,重合非故障区域内已经跳开的直流断路器、解锁已经闭锁的换流器,在新拓扑结构下实现直流极间故障的快速恢复。最后在PSCAD/EMTDC软件下搭建了六端柔性直流配电网仿真模型并测试了极间故障隔离及恢复特性,验证了所提方案的可行性。     

集成故障阻断能力的DC/DC自耦变换器

高压大容量DC/DC变换器是多电压等级直流互联的关键设备，能够实现电压变换和直流侧故障隔离等功能。使DC/DC变换器具备直流故障阻断能力，减少对直流断路器的依赖，能够在很大程度上降低建设成本。为此，提出一种基于半桥型模块化多电平换流器串联的DC/DC自耦变换器拓扑。在功率正送和功率反送两种工况下，分析DC/DC变换器两侧分别发生直流双极短路故障后的故障响应，并提出对应的故障隔离策略。针对不同工况下的双极短路故障，在PSCAD/EMTDC平台上进行仿真。仿真结果表明所提出变换器具备双向阻断直流故障的能力，与其他类型的DC/DC自耦变换器的对比分析结果验证了所提出变换器的经济性。     

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。     

基于电流暂态量的分布式直流配电网保护方案

低压直流配电网具有故障电流持续时间短、系统运行方式多变、故障电流振荡等特征,对继电保护正确判断和定位故障提出了挑战.文中详细分析了低压直流配电网的故障特征,并据此提出了包含电流方向比对法、方向预测法、极值比较法的直流网络化保护方案.采用所提方案的保护单元在直流配电网故障发生后,可以对故障区域进行快速定位,完成故障的切除...     

基于高频谐振识别的光伏直流汇集支路故障定位

光伏柔性直流汇集支路发生直流故障时,呈现快速变化的暂态过程,传统基于固定特征频率阻抗量测的故障定位方法难以适用。因此,亟待研究快速可靠的故障定位方法,实现光伏直流汇集并网系统故障快速恢复。提出一种基于高频谐振识别的双极短路故障定位方法。利用直流故障极间电压的阶跃特征和直流变压器(DC transformer, DCT)出口并联电容与限流电抗器构成的串联谐振,得出高频谐振电流与故障距离的关系。通过连续小波变换(Continuous Wavelet Transform, CWT)提取故障谐振电流,计算出故障距离,最终完成故障定位。与传统故障定位方法相比,该方法无需额外高频注入源,不受换流器状态和控制系统影响。PSCAD仿真结果表明所提方法只需要故障前后2.5 ms的故障数据就可以进行可靠的故障测距,所需数据窗较短,满足光伏直流汇集系统精确定位故障与快速恢复运行的要求,并且具有较高的耐受过渡电阻、噪声和分布电容能力。该方法为现有直流系统保护设计提供新的可选方法。     

基于高频暂态稀疏测量的复杂直流配电网故障定位

为了解决直流配电网中高速通信测量点不足、故障特征复杂等导致的故障定位精度差的问题,提出了一种适用于复杂直流配电网的新型直流极间短路故障定位算法。首先,根据高频瞬态电流环路,构建含有电平转换器和DC/DC转换器的高频阻抗等效模型为故障过程提供稳定的阻抗值。其次,利用BCS理论推导与稀疏测量点相对应的节点高频暂态电压方程。最后,结合节点高频瞬态电压方程和贝叶斯压缩感知理论,求解节点高频瞬态电流稀疏矢量实现故障定位。实验结果表明:所提算法对测量点的数量要求较低,不需要严格同步地测量数据,且不受转换器的控制策略和过渡电阻影响,具有较高的故障定位准确性。     

基于故障电流积分比的直流配电网极间短路选线方案

柔性直流配电系统发生极间短路故障后,系统短路电流大,对系统安全稳定运行产生威胁,同时考虑到电力电子器件的耐受能力,换流器将会闭锁,导致故障信息量减少,对保护方案的速动性和可靠性提出了很高的要求。针对此问题,文章首先分析了直流线路极间短路故障电流特性,然后揭示了故障时区内外故障电流曲线的积分差异,最后提出基于线路故障电流积分比的极间短路选线方案。在实时数字仿真器（real time digital simulator, RTDS）上搭建基于模块化多电平换流器的直流配电网仿真模型,验证了所述方案的有效性与适用性,具有较好的耐受过渡电阻和抗噪能力。     

一种基于电流微分初始值的直流配电网故障定位方法

直流配电网故障定位是排查故障、确保线路安全的关键手段。基于此提出了一种基于电流微分初始值的直流配电网故障定位方法。首先推导了基于电压源型变换器的直流配电网线路发生双极短路故障和单极接地故障时故障电流的微分方程,并利用双极短路故障和单极接地故障中正负极线路的电压和电流突变量差异来判定故障的类型。其次通过电压源型变换器直流侧电容的放电过程提取故障电流信息,且根据限流电抗器上的电压降得到故障电流的微分等量表达式,并联立所推导的故障电流微分初始值方程获得故障定位的数学模型,从而实现故障距离的准确定位。最后利用PSCAD/EMTDC仿真平台搭建仿真模型,验证了所提故障定位方法的有效性。     

电流积分余弦相似性在直流配电线路故障定位中的应用

为了能够快速找出直流配电网中发生单极接地或极间短路故障的线路,提出一种基于线路电流积分余弦相似性的故障区段定位方案。首先对换流器出口处的直流母线电流进行快速傅里叶变换,计算变换结果的能量熵作为故障检测判据,判据满足时立即启动故障区段定位算法,随后计算故障前后各直流配电线路两端线路电流的积分数列,然后计算故障前后的积分数列的余弦相似性,并依据线路两端余弦相似性的比较结果来构造故障区段定位判据,以此定位故障所在线路。同时,通过线路正负极的线路电流积分余弦相似性结果进行故障极判定,确定故障类型。仿真结果表明,所提方案可快速准确定位单极接地和极间短路故障所在的直流配电线路,为后续故障处理奠定良好基础。     

基于负直流电压控制的MMC快速无闭锁故障穿越策略

传统半桥子模块无法阻断直流短路电流,基于新型子模块的闭锁式故障穿越策略则存在换流器不可控、系统重启过程复杂等缺点,降低了模块化多电平换流器的可靠性。为此提出了一种基于负直流电压控制的无闭锁故障穿越策略,在直流侧短路后通过调制波下移将直流电压控制为负值,从而实现直流故障电流的快速清除。此外,针对无闭锁故障穿越过程中输出正负电平子模块之间电容电压不均衡的问题,提出了双排序控制算法以实现电容电压的快速均衡,同时设计了从故障发生至换流器重启整个过程中系统的无闭锁故障穿越流程。基于Matlab/Simulink的仿真结果表明,基于负直流电压控制的无闭锁穿越策略可快速阻断直流故障电流,在此过程中子模块电容电压保持均衡,可实现换流器的快速重启。     

多端柔性直流电网的故障定位方法

多端柔性直流电网的故障定位技术是保障直流电网安全可靠运行的关键技术,以基于两电平电压源型变流器(two-level voltage source converter,two-level VSC)所组成的多端柔性直流电网为研究对象,采用先定区段再定位的思想研究其故障定位技术。由于受到故障回路和直流侧大电容的影响,故障区间和非故障区间变流器出口处直流电容的电压变化率(du/dt)不同,根据上述特征可以采用对比VSC出口侧直流电容放电电压变化率的方法来确定故障区段;故障区段确定后,利用短路故障所形成的放电回路推导出故障位置的计算公式,并将VSC直流电容的暂态电压录波数据进行分段计算来完成故障测距。在MATLAB/Simulink中搭建基于两电平VSC的多端柔性直流电网,并对所提出的方法进行仿真验证;同时将所提出的方法与已有的方法进行对比分析,验证所提出方法的可行性和有效性。     

低压直流配网故障在线快速检测和定位方法研究

低压直流配网在负荷侧对保障负荷需求具有重要意义,但是直流配网线路一旦发生故障则对系统构成严重威胁,直流配网故障定位和检测显得尤为重要。本文提出了一种在线快速检测和定位的方法。首先对直流配网分类进行说明,从逆变器种类、电压等级、接地方式和网络拓扑说明了其特点。接着提出了本文的保护机制,抽取不同类型故障特点之后,提出了零阶方根、二阶方根和四阶方根联合故障检测方法,并分析了故障阈值以及故障定位原理,给出判断故障极的方法。最后本文在IEEE13节点系统进行仿真,分析了不同故障阻抗、故障距离以及故障极下本文方法的适用性。