基于故障高频电压稀疏量测的直流配电网双极短路故障定位

直流配电网分支密集,支持数据高速通信的测点相对较少,同时故障特性受配电网中电力电子设备控制策略的影响较大,导致传统配电网的故障定位方法难以适用于直流配电网。基于此,文中提出一种适用于直流配电网的双极短路故障定位新算法。基于暂态高频电流回路构建了不受控制策略影响的模块化多电平换流器和DC/DC换流器高频阻抗等值模型,然后,利用小波变换提取稀疏测点处的暂态高频电压形成节点高频电压方程。最后,将节点高频电压方程与基于贝叶斯算法的压缩感知理论相结合,求解节点高频电流稀疏向量,实现基于稀疏量测的准确故障定位。所提算法对测点数量要求低,同时不受换流器控制策略的影响,无需数据严格同步测量,理论上不受过渡电阻和负荷变化的影响。在PSCAD中搭建32节点直流配电网的仿真模型,测试数据验证了所提算法的定位效果。     

MMC-HVDC输电网用高压DC/DC变换器隔离需求探讨

高压DC/DC变换器是构建直流电网的关键装备之一,其技术需求分析是其电气拓扑设计和系统应用研究的前提。文中着重围绕基于模块化多电平换流器的高压直流(MMC-HVDC)输电网用高压DC/DC变换器电气隔离功能的选择和故障隔离要求等问题展开探讨。从DC/DC变换器故障特性、系统绝缘造价和可靠性角度分析了不同接地方式的直流系统中DC/DC变换器的电气隔离需求,分析结果表明:对称单极系统中DC/DC变换器宜具备电气隔离功能,而双极系统宜采用非电气隔离拓扑。此外,从DC/DC变换器外部故障和内部故障两个角度对DC/DC变换器的故障隔离需求进行了研究。最后,通过仿真验证了隔离需求分析的正确性。     

V/f控制下柔性直流换流器阻抗建模及中高频谐振特性分析

为研究交流侧电压控制,即V/f控制下柔性直流输电系统的中高频谐振问题,考虑正负序交流电压和电流内外环、电压前馈以及系统调制与控制链路延时等环节的作用,采用谐波线性化的方法建立了柔性直流换流器的交流侧正负序等效阻抗模型;分析了交流电压控制方式、电压前馈控制方式、控制系统参数、链路延时大小等因素对V/f控制下柔性直流换流器中高频阻抗特性的影响;通过对控制系统结构和参数进行优化,提出了柔性直流换流器中高频等效阻抗的改善措施,抑制换流器负阻尼。以66 kV交流汇集的海上风电柔性直流送出系统为例,分析了柔性直流换流器对系统中高频谐振特性的影响。最后,分别通过阻抗扫描和电磁暂态仿真验证了等效阻抗模型的正确性和阻抗改善措施的有效性。     

高压直流输电系统模块化多电平换流器(MMC)的宽频耦合阻抗模型北大核心CSCD

近年来,随着基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电技术的推广应用,相关的宽频振荡问题时有发生并引起广泛关注。针对曾发生高频振荡的鲁西柔性直流输电系统,基于实际MMC的控制参数,推导了鲁西柔性直流换流器的宽频阻抗理论模型。该模型反映了各控制回路的动态特性及其对阻抗特性的影响,并体现宽频上的频率耦合特性。建立了鲁西柔性直流输电系统的电磁暂态模型,并采用扰动辨识法获得了MMC的阻抗-频率曲线,与理论模型的对比分析验证了两者在数赫兹到2000Hz宽泛频率上的一致性。     

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。     

孤岛新能源场站接入柔性直流高频振荡机理及抑制策略

大规模新能源孤岛经柔性直流送出系统的高频振荡问题在近期工程中日渐突出。文中建立了考虑一次主电路设备内部动态过程、控制链路延时、序分量分离环节、内外环控制环节的不同频率耦合特性的柔性直流换流器阻抗数学模型，并对数学模型进行简化，确定孤岛新能源场站接入柔性直流换流器的高频振荡机理为控制链路延时与内环电流反馈、电压前馈环节共同形成了柔性直流系统高频负阻尼，进一步得到了影响柔性直流换流器高频阻抗特性的关键因素。针对关键影响因素设计了孤岛新能源场站接入柔性直流系统的高频振荡抑制方案。相应解决方案在PSCAD模型中得到验证，同时解决了中国张北、如东新能源经柔性直流送出工程现场的高频振荡问题。     

一种适用于智能配电网的DC/DC换流器拓扑及其控制策略

由于智能配电网的高故障率特性以及城市土地资源的限制,DC/DC换流器的体积、成本、效率、控制性能和故障穿越能力逐渐成为其在该领域内的限制因素。为此,提出了一种基于电流源换流器（current source converter,CSC）和电压源换流器（voltage source converter,VSC）的混合DC/DC换流器拓扑,提出的换流器拓扑采用高频交流链路,分析了换流器的数学模型和运行约束条件,给出了换流器的参数设计方法。提出了一种换流器CSC侧采用有功功率和无功功率双闭环控制,VSC侧交流电压幅值单闭环控制的DC/DC换流器闭环控制策略。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了1 MW/2 000 V/750 V混合DC/DC换流器仿真模型,分别对额定运行工况、功率反转工况和直流短路工况进行了仿真研究。仿真结果验证了提出的混合DC/DC换流器工作性能优越且具备直流短路故障穿越能力。     

高压直流输电系统模块化多电平换流器(MMC)的宽频耦合阻抗模型

近年来,随着基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电技术的推广应用,相关的宽频振荡问题时有发生并引起广泛关注。针对曾发生高频振荡的鲁西柔性直流输电系统,基于实际MMC的控制参数,推导了鲁西柔性直流换流器的宽频阻抗理论模型。该模型反映了各控制回路的动态特性及其对阻抗特性的影响,并体现宽频上的频率耦合特性。建立了鲁西柔性直流输电系统的电磁暂态模型,并采用扰动辨识法获得了MMC的阻抗-频率曲线,与理论模型的对比分析验证了两者在数赫兹到2 000 Hz宽泛频率上的一致性。     

电动汽车充放电站的短路故障分析与保护

电动汽车充放电站的功率在电力系统中占有的比重逐渐增大,其站内故障特性与保护控制策略对充放电站及其所在配电网的安全运行十分重要。针对典型直流充放电站,首先介绍了其拓扑结构及AC/DC换流器和DC/DC变换器的结构与控制策略。然后深入分析研究站内发生交流进线三相短路和直流极间短路故障时的动态过程,总结其故障特征并推导出故障电压电流的计算方法。同时在PSCAD/EMTDC中搭建相应仿真模型,验证了分析的正确性。最后对充放电站进行了保护配置分析。     

具备短路故障限流能力的LCL-VSC变换器的设计与优化

传统的LCL变换器在发生短路故障时,不具备短路故障限流能力,只能通过断路器切除变换器,但故障切除后失去了对变换器的控制能力且断路器切除太慢时亦可能损坏功率开关管。相比于传统VSC变换器中LCL无源元件具有滤波的功能以外,新型LCL-VSC变换器通过合理的LCL参数设计可具有限制短路故障电流的能力。首先建立LCL变换器的数学模型,并分析了交流侧和直流侧短路故障时的故障电流特性,在此基础上提出一种合理的LCL无源参数设计与优化方案。该方案使LCL无源滤波器在滤除高频谐波的同时,利用其阻抗特性可有效的限制直流侧/交流侧短路故障电流,确保变换器在直流侧/交流侧短路时流过功率开关管的故障电流不高于其允许的最大工作电流,实现故障时对变换器的持续控制。最后,搭建200 k W的仿真实验系统验证了该优化设计方案的正确性和可行性。     

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。     

昆柳龙直流工程受端高频谐振评估及抑制

电压源型换流器易在高频谐波频段呈现负阻尼从而引起谐振现象,昆柳龙直流工程作为特高压多端混合直流输电工程,需对其柔性直流受端柳州、龙门换流站的高频谐波谐振风险进行评估分析.基于阻抗分析法分析柔性直流换流站控制链路延时、前馈滤波、控制器参数对柔性直流交流阻抗变化趋势的影响,分别考虑22种、34种交流线路工况,对受端柳州站和...     

故障分量方向元件在交直流多端馈入系统中的适应性分析

故障分量方向元件在交直流多端馈入系统中存在适应性问题,目前缺乏相应的分析方法.文中分析了故障分量方向元件的原理,研究了对应的动作条件,理论推导了交直流多端馈入系统中馈线方向元件动作区间与换流器等值背侧阻抗波动区域的关系.结合换流器系统的故障响应特征,研究了不同故障场景下换流器等值序阻抗特性,推导了换流器序阻抗的波动范围.给出了故障分量方向元件在交直流混联系统中的适用条件,并分析了适用条件的影响因素.最后,PSCAD仿真验证了理论分析的正确性,为故障分量方向元件在非线性电网中的应用提供了理论基础.     

直流微电网中变换器阻抗特性及系统稳定性研究

针对直流微电网中变换器阻抗特性及稳定性问题,从系统级高度将变换器的输出阻抗作为研究对象,对适用于光伏系统中的连续导电模式（CCM）下Boost型变换器进行小信号建模,得到变换器的开环输出阻抗。分析了变换器在下垂控制方式下的闭环输出阻抗的小信号模型及其影响因素,总结出规律性结论,便于对直流微电网的稳定性进行分析。最后,根据阻抗比判据,分析了线路中不同寄生电容对系统稳定性的影响。仿真结果验证了上述分析的正确性。     

MMC型级联变换器阻抗建模和稳定性分析

工程中常通过不同类型的变换器灵活级联以实现不同的功能,然而变换器级联系统中前、后级变换器之间的相互作用可能会导致系统稳定裕度不足甚至失稳,不同类型的模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)级联也将面临稳定性问题。建立了MMC型级联变换器的稳定性分析模型,并提出了一种基于串联阻尼电阻的稳定性提升策略。首先,建立了MMC型AC/DC变换器和DC/DC变换器的阻抗模型,在稳态工作点附近推导出两种MMC型变换器的小信号模型,从而获得前级变换器的输出阻抗和后级变换器的输入阻抗。其次,分析了MMC型级联变换器的稳定性,结果表明,当前级变换器输出阻抗与后级变换器输入阻抗不匹配时,级联系统稳定性裕度可能不足导致系统失稳。进而,分析了MMC型级联变换器的平波电感、桥臂电感和子模块电容等一次参数对级联系统稳定性的影响。最后,提出了一种基于串联阻尼电阻的稳定性提升方法,并给出了串联阻尼电阻的选择建议。仿真结果表明提出的稳定性控制方法可有效提升MMC型变换器级联系统的稳定性。     

并网变流器的频率耦合阻抗模型及其稳定性分析

可再生能源并网系统中,如光伏、风电以及无功补偿等并网均采用电压源型变流器。变流器与交流电网之间的相互作用会引发新的振荡问题,阻抗模型分析成为研究此类问题的重要方法。多数阻抗模型往往忽略了变流器外环控制和频率耦合的影响,适用于变流器高频动态特性研究,但在分析变流器中低频动态(如次同步振荡)方面不够精确。为弥补这一缺陷,文中针对典型电压源型并网变流器提出了一种频率耦合阻抗模型,同时考虑了互补频率耦合效应和外环控制,采用详细电磁模型时域仿真与辨识验证了阻抗模型推导的正确性。进一步构建并网系统的整体阻抗模型,分析变流器并网系统的稳定性,时域仿真结果证实了所提模型在中低频率振荡分析中的有效性。     

功率双向流动时背靠背变流器稳定性分析

背靠背变流器作为区域电网互联的关键器件,其自身稳定性是保证电网间稳定运行的重要前提.文章主要从变流器直流端阻抗的角度研究了功率双向流动时背靠背变流器稳定性问题,分析显示背靠背变流器直流端在功率正向传输的稳定性劣于功率反向运行.针对功率双向运行对系统产生的稳定问题,提出在逆变器中引入直流电流内环控制从而对逆变器直流/交流...