基于对称双极接线的全桥型MMC-HVDC直流侧短路故障穿越控制 方法

基于模块多电平换流器的高压直流输电技术(High Voltage Direct Current Transmission Technology Based on Modular Multilevel Converte, MMC-HVDC)因开关频率低、运行损耗小及易于扩展多端网络等优点被广泛应用。直流侧短路故障因短路电流大,故障电流上升速率快且难以抑制,对MMC-HVDC的发展造成了严重困扰。提出一种MMC-HVDC直流侧短路故障穿越控制方法,该方法基于对称双极接线的全桥型MMC-HVDC,且在直流侧采用高阻接地及金属回线,在发生直流侧短路故障时利用全桥型模块多电平换流器及时反转输出直流电压极性,实现故障电流抑制。同时利用金属回线构建成新的功率回路,快速恢复故障期间的有功功率传输。所提出的故障穿越策略,可以有效消除MMC-HVDC系统在发生直流侧短路故障时换流设备受到的故障电压及电流应力,同时避免换流器闭锁,防止功率缺失。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真验证了所提出的直流侧短路故障穿越控制方法的有效性。     

MMC-HVDC孤岛供电系统直流故障穿越协调控制策略

针对基于架空线输电的MMC-HVDC孤岛供电系统直流线路故障率较高的问题,配置直流断路器隔离故障是有效的解决方案之一.综合考虑了双极换流站灵活的运行方式、直流断路器的故障清除能力和双馈风机的快速响应能力,提出一种适用于MMC-HVDC孤岛供电系统的直流故障穿越协调控制策略,实现了自平衡和非自平衡工况下的功率协调.自平衡...     

直流故障下MMC-HVDC的两段式限流保护策略

如何对直流故障电流进行有效抑制是实现柔性直流电网大规模发展的关键。为此,研究模块化多电平变换器(modular multilevel converter, MMC)的控制方法,提出一种针对半桥型MMC的两段式限流保护策略,通过减少子模块的投入数目来降低换流站直流出口电压,达到限制短路电流的目的。首先,介绍MMC的拓扑结构及基于MMC的高压直流输电(MMC based high voltage direct current, MMC-HVDC)系统控制策略;其次,分析两段式限流保护策略的原理与直流故障电流特性,介绍MMC-HVDC系统的直流故障保护策略;最后,通过双端MMC-HVDC系统仿真实验,对所提限流保护策略的有效性进行验证。仿真结果表明,两段式限流保护策略可以有效降低断路器开断电流和吸收能量,节约成本。     

放射直流微电网短路故障保护策略

考虑直流微电网故障电流突增、电压突降特性,提出基于支路两端导纳差值导数的保护方法.通过检测支路两端的电流和电压,计算支路两端导纳的差值并求导,以支路导纳差值的导数作为故障判据,该判据充分利用了故障线路电压和电流参量,提高了保护灵敏度,且导纳差值的导数在故障发生初始阶段最大,可快速与动作阈值比较,判断故障发生与否,减少了...     

基于SSPFM-MPC的MMC-HVDC直流故障穿越研究

模块化多电平变流器(MMC)具有大规模、少谐波、低开关损耗等特性,其运用在高压直流输电(HVDC)领域非常普遍。针对传统半桥子模块(HBSM)不具备直流侧故障穿越的能力,全桥子模块(FBSM)和箝位双子模块(CDSM)所用开关器件成倍增加的问题,在分析HBSM拓扑基础上,提出一种开关器件少且具有直流故障穿越能力的子模块(SM)拓扑,并给出能够快速随动的希尔排序质因子算法-模型预测控制(SSPFM-MPC)策略。在PSCAD/EMTDC平台上搭建401电平实验模型,对所提SM拓扑性能测试检验,并搭建了21电平实际物理模型进行故障穿越,实验表明所提改进型SM具有良好的直流故障穿越能力。     

子模块混合型MMC-HVDC直流故障穿越控制策略

半桥和全桥子模块混合型模块化多电平换流器在具备直流故障穿越能力的同时降低了开关器件的数量。介绍其拓扑结构以及子模块数量的确定方法。阐述半桥和全桥子模块阀段自身平机理和调制电压基本分配原则,并结合最近电平逼近调制提出一种半桥和全桥阀段间平衡的控制策略。分析直流故障期间换流器的等效电路,为了减少暂态期间直流故障电流对子模块电容电压平衡的影响,提出一种基于虚拟电阻的优化控制策略。整个故障穿越期间无需闭锁换流器,且还能持续保证交流系统对无功功率的需求。基于PSCAD/EMTDC,搭建两端子模块混合型模块化多电平换流器HVDC仿真模型,针对双极直流短路工况进行仿真分析,验证了所提出的控制策略的有效性。     

风电经双极混合型MMC-HVDC并网的直流故障穿越协调控制策略

架空线MMC-HVDC是大规模风电友好型并网和可靠送出的有效手段.针对架空线故障率高的问题,采用对称双极接线方式和具备故障阻断能力的混合型MMC是其主要解决方案之一.基于此方案提出了风电经双极混合型MMC-HVDC并网的直流故障穿越协调控制策略.通过混合型MMC零直流电压控制实现了故障电流的有效阻断,并维持了故障极MM...     

风电经架空线双极MMC-HVDC并网的直流故障穿越协调控制策略

采用架空线柔性直流输电技术进行远距离输电是大规模风电场友好型并网的有效手段。针对架空线路易发生故障的问题,采用对称双极主接线并配置直流断路器是其主要解决方案之一。该文基于双极接线方案运行方式灵活及直流断路器的故障清除能力,提出风电经架空线基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(modularmultilevelconverterbased high voltage direct current,MMC-HVDC)并网的直流故障穿越协调控制策略。根据非故障极的功率转带能力,将故障清除后的不平衡功率分配划分为自消纳情景和非自消纳情景。针对自消纳情景,通过合理切换双极MMC的控制模式,可在提高非故障极功率转带能力的同时自主消纳不平衡功率,进而有效降低转移功率的影响范围;针对非自消纳情景,设计考虑风机转速约束的风电场超速减载协调控制策略,优化分配各风电机组承担的减载功率,充分利用其转子动能和捕获风功率的变化实现精确减载;同时通过控制模式切换使非故障极MMC自主运行于满载状态,减小单极退出运行对受端交流系统的影响。最后,基于Matlab/Simulink仿真模型验证所提直流故障穿越协调控制策略的有效性。     

架空线双极MMC-HVDC系统直流短路故障分析和保护

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的提出,推动了高压直流输电(high voltage direct current transmission,HVDC)技术的发展。随着柔性直流输电技术逐渐扩展到架空线输电场合,直流故障清除和故障保护问题变得尤为重要。该文针对架空线双极MMC-HVDC系统,研究其直流短路故障特性,分别建立经小电阻和经大电阻短路时的等效电路模型,推导故障电流的解析计算公式。利用PSCAD/EMTDC软件,搭建双极系统的仿真模型,仿真结果验证了解析计算公式的正确性。最后,提出一种应对直流短路故障的桥臂旁路保护方法,仿真结果表明,该保护方法不仅能够减小故障后流过子模块和直流侧的电流,还能缩短故障恢复时间,对子模块器件和交流系统起到了良好的故障保护作用。     

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。     

MMC-HVDC孤岛供电系统交流故障穿越协调控制策略

为解决交直流双路接入的孤岛供电系统在交流线路因故障退出运行时出现的功率不平衡问题，在分析孤岛供电系统联网与孤岛运行控制策略的基础上，提出了一种基于虚拟同步控制的模块化多电平换流器型高压直流输电（modular multilevel converter based high voltage direct current，MMC-HVDC）孤岛供电系统交流故障穿越协调控制策略，实现自消纳场景和非自消纳场景下的功率协调。针对自消纳场景，提出了模块化多电平换流器（modular multilevel converter ，MMC）功率转带控制方法，仅通过增加其输出功率消纳系统功率缺额，有效降低不平衡功率的影响范围；针对非自消纳场景，设计了MMC与风电场共同参与不平衡功率调节的协调控制策略，控制MMC工作于最大功率输出状态，并利用风机的功率调节能力通过减速增载弥补剩余功率缺额，维持孤岛系统的功率平衡。最后，对所提协调控制策略的有效性进行仿真验证，结果表明，该策略能够实现孤岛供电系统由联网向孤岛运行的平滑转换，可有效提高其安全稳定运行能力。     

三端MMC-HVDC换流站直流母线双极短路故障特性分析

对于柔性直流输电系统的双极短路故障问题,以三端基于模块化多电平换流器的高压柔性直流输电(modular multilevel converter based high voltage direct current transmission,MMC-HVDC)为研究对象,阐述了MMC的工作原理及其直流母线主要故障类型,分析了换流器内部直流母线双极短路故障特性及短路电流计算方法,并搭建基于PSCAD的三端MMC-HVDC系统,对其直流母线故障进行仿真分析。仿真结果表明,当发生直流母线双极短路故障时,直流电压骤降,直流侧电流、交流侧电流和桥臂电流激增,严重影响三端MMCHVDC系统的安全稳定运行。     

含故障限流器投入的MMC-HVDC系统直流短路故障电流解析计算

基于模块化多电平换流器的高压直流(high voltage direct current based on modular multilevel converters,MMC-HVDC)系统发生直流短路故障时,故障电流上升速度快,这对系统保护提出了极大的挑战.对于采用半桥子模块拓扑的MMC-HVDC系统,通常会在直流线...     

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。     

含桥臂阻尼的MMC-HVDC直流双极短路故障机理分析

直流双极短路故障是柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统最严重的故障之一。具有桥臂阻尼的半桥型模块化多电平换流器在故障后能加快故障电流的衰减速度,实现系统快速重启动。基于含桥臂阻尼的HBMMC(half bridge sub-module modular multilevel converter)-HVDC系统建立了一套完整的直流双极短路故障机理分析的解析模型,分别对换流器闭锁前,换流器闭锁后和交流断路器断开后3个阶段的故障机理进行了详细分析,并给出了每个阶段对应的桥臂电流解析表达式。通过此解析模型,可快速准确地计算直流双极短路故障发生后的故障电流及故障衰减时间,为其工程应用提供理论依据。最后,基于Matlab/Simulink仿真软件搭建了含桥臂阻尼的HBMMC-HVDC系统仿真模型,通过仿真验证了该解析模型的可行性与准确性。     

配网直流变压器双极短路故障穿越方法

采用传统输入串联输出并联(ISOP)拓扑的配网直流变压器在系统发生双极短路故障时,如果不采取故障限流措施,模块电容会快速放电,故障清除后必须经过缓启充电等复杂时序完成恢复重启,无法实现故障穿越。文中提出一种基于改进型ISOP拓扑,利用故障电流阻断及限流控制实现系统故障穿越的方法。首先,理论分析了基于改进型ISOP拓扑结构的配网直流变压器系统中压侧故障穿越过程的3个阶段及其数学模型。然后,分析了基于故障限流原理的低压侧故障穿越方法及故障穿越时间的设计原则。最后,通过搭建实时数字仿真(RTDS)硬件在环半实物仿真平台进行了验证,仿真结果证明了该双极短路故障穿越方法的可行性和有效性。     

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。     

全直流海上风电场高压直流变压器及其换流失败故障穿越策略

全直流海上风电场是发展大规模远距离海上风电的重要技术手段之一,其核心装备是连接中压直流汇集端口和高压直流送出端口的高压直流变压器,但目前面临高电压应力、大电流应力和高升压比等技术挑战。提出了一种基于子模块桥臂、晶闸管阀和二极管阀的混合型模块化高压直流变压器拓扑,子模块桥臂可分别并联至中压直流端口均分大电流及串联至高压直流端口均分高电压,晶闸管阀和二极管阀辅助拓扑实现并联和串联的换流。相比于其他高压直流变压器拓扑,所提拓扑具有效率高、轻量化和安装容量小等优点。此外,分析了晶闸管阀未可靠关断引起的拓扑换流失败的故障特性和故障电流清除过程,提出了故障穿越策略以提高拓扑的工作可靠性,并研究了故障穿越过程的影响因素及参数选取。最后,通过仿真和实验验证了所提拓扑结构和故障穿越策略的可行性。     

混合型MMC非闭锁型直流短路故障穿越策略分析和比较

针对半桥/全桥子模块和半桥/单极性全桥子模块这2类混合型模块化多电平换流器(MMC)的非闭锁型直流短路故障穿越问题,首先提出了满足故障穿越要求的2类混合型MMC的最优子模块配比方案.其次基于恒定可控MMC总能量控制,提出了混合型MMC非闭锁型直流短路故障穿越控制策略,使混合型MMC在故障穿越期间具备无功补偿及子模块电容电压均衡的能力.最后从故障穿越效果及代价等方面,对这2类混合型MMC非闭锁型直流短路故障穿越策略开展了对比分析,为混合型MMC及非闭锁型直流短路故障穿越策略在柔性直流输电工程中的应用提供借鉴与参考.