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含交流影响的MMC-HVDC直流故障电流递推计算方法

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中国电机工程学报 2019年第S01期39卷 313-320页

作者：王威儒贺之渊李国庆辛业春谷怀广现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学) 吉林省吉林市132012 全球能源互联网研究院北京市昌平区102209

基于模块化多电平换流器的双极柔性直流输电系统发生直流侧单极接地故障后,其等值电路为RLC放电电路,该等值电路无法将交流量及控制环节纳入计算,结果误差较大。该文从换流器能量角度出发,采用递推公式的方法对短路电流进行计算,首先推... 详细信息

基于模块化多电平换流器的双极柔性直流输电系统发生直流侧单极接地故障后,其等值电路为RLC放电电路,该等值电路无法将交流量及控制环节纳入计算,结果误差较大。该文从换流器能量角度出发,采用递推公式的方法对短路电流进行计算,首先推导直流侧故障前后的放电递推公式,依据本时刻的瞬时直流电压及控制器输出的参考波求出上下桥臂子模块拟合的交流电压瞬时值,进而求出交流电流瞬时值。根据直流侧和交流侧向换流器注入或泄放的能量计算出换流器的剩余能量,利用剩余能量反求直流电压及直流电流实际瞬时值,并将所得数据作为下一计算周期的初值。使用Matlab将上述递推算法编程,并与PSCAD详细仿真模型进行对比,得出,所提出的递推方法较为精确,弥补了纯直流放电算法的不足,误差极小,可以等效代替故障前后的直流系统。

关键词：柔性直流输电模块化多电平换流器单极接地递推公式剩余能量

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多端口电感耦合型高压直流限流断路器

电网技术 2020年第10期44卷 3866-3874页

作者：李国庆王威儒贺之渊辛业春谷怀广东北电力大学电气工程学院吉林省吉林市132012 全球能源互联网研究院有限公司北京市昌平区102209

直流电网接地故障将引起换流器闭锁,进而扩大故障影响面积,配置直流限流器及直流断路器是解决上述问题的通用方案。运用了2组耦合电感,针对高压直流电网设计了多端口直流限流断路器。该设备包括初级限流器、故障隔离限流器、引流支路3... 详细信息

直流电网接地故障将引起换流器闭锁,进而扩大故障影响面积,配置直流限流器及直流断路器是解决上述问题的通用方案。运用了2组耦合电感,针对高压直流电网设计了多端口直流限流断路器。该设备包括初级限流器、故障隔离限流器、引流支路3个部分,其中前两者串联在同一直流母线的各条线路中,引流支路是各条直流线路所共用的部分。不同部分的开关器件通过相互配合、互相借用的方式来提高限流断路器的经济性。在PSCAD仿真软件上搭建了张北四端直流电网模型,并与其他几种已有方案进行了比较,结果表明文中所提出的限流断路器能够在6ms内完成电力电子器件相关动作,各开关组所受冲击电压较低,若将其应用于n端口直流母线,则仅需要(26n+502)个开关组,经济性较高。

关键词：多端口直流电网耦合电感限流断路器经济性

多端口电感耦合型直流限流断路器快速重合闸策略

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现代电力 2022年第1期39卷 104-112页

作者：王威儒宋祯子现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学) 吉林省吉林市132012 西安交通大学电气工程学院陕西省西安市710049

高压直流(high voltage DC,HVDC)电网是连接可再生能源与交流主网的主要载体,直流故障后的恢复速度对整个交直流电网的稳定性有重要影响。基于多端口电感耦合型高压直流限流断路器,提出一种与直流电网换流器控制策略相配合的快速重合闸... 详细信息

高压直流(high voltage DC,HVDC)电网是连接可再生能源与交流主网的主要载体,直流故障后的恢复速度对整个交直流电网的稳定性有重要影响。基于多端口电感耦合型高压直流限流断路器,提出一种与直流电网换流器控制策略相配合的快速重合闸策略。介绍了多端口限流断路器的拓扑结构,分析了换流器控制策略对故障隔离后直流电压的影响,并对限流断路器的重合闸时序进行了选择,形成了与风电场等弱交流系统连接的换流器-断路器协调配合重合闸的控制策略及逻辑流程。在4端双极直流电网仿真模型中,验证了所提重合闸策略具有冲击电流较低,故障恢复时间较短的优势。

关键词：直流故障限流断路器重合闸控制策略弱交流系统

基于附加级联陷波滤波器的MMC-HVDC多频段谐振抑制策略

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电力自动化设备 2023年第4期43卷 10-15页

作者：李国庆王延旭辛业春王威儒王拓方辉现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学) 吉林吉林132012 国网重庆市电力公司电力科学研究院重庆401120

针对基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电系统(MMC-HVDC)存在的中高频谐振问题,建立了MMC交流侧阻抗模型,分析了MMC呈现负阻尼特性的关键因素,即延时、电压前馈环节是主导MMC中高频段呈现负阻尼特性的主要原因,功率外环对中频段... 详细信息

针对基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电系统(MMC-HVDC)存在的中高频谐振问题,建立了MMC交流侧阻抗模型,分析了MMC呈现负阻尼特性的关键因素,即延时、电压前馈环节是主导MMC中高频段呈现负阻尼特性的主要原因,功率外环对中频段阻尼特性有较大的影响。对此,提出了附加级联陷波滤波器配置方法以最大限度地衰减电压前馈和功率外环对MMC的阻尼特性影响,在此基础上,针对正负序控制器引发的阻抗波动性问题提出了附加阻尼反馈环节和内环附加级联陷波滤波器2种抑制策略消除特定多频段的谐振风险。最后根据奈奎斯特判据分析了采用抑制策略的MMC与电网交互的谐振稳定性,并在电磁仿真软件中验证了理论分析和抑制方法的正确性与有效性。

关键词：基于模块化多电平换流器的柔性直流输电中高频谐振阻抗分析陷波滤波器

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计及过渡电阻影响的直流电网不同拓扑结构故障电流简化计算方法

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电网技术 2023年第2期47卷 804-814页

作者：辛业春罗鑫王拓王延旭王威儒江守其现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学) 吉林省吉林市132012

故障电流计算是直流电网设备选型、参数设计和保护整定的基础,目前以详细电磁暂态仿真为主的故障电流分析方法难以适用于大规模直流电网,为此,研究能够适用于不同拓扑结构的直流电网故障电流通用计算方法。首先分析双端直流系统故障后... 详细信息

故障电流计算是直流电网设备选型、参数设计和保护整定的基础,目前以详细电磁暂态仿真为主的故障电流分析方法难以适用于大规模直流电网,为此,研究能够适用于不同拓扑结构的直流电网故障电流通用计算方法。首先分析双端直流系统故障后各回路故障电流的耦合机理,提出依据回路电感参数指标的故障回路解耦方法;基于能量守恒的原则,提出网络元件串并联等效和多端环状网络解环的方法,将多端网络解环为开环网络,然后统一等效为双端的故障网络,利用所提出的故障回路解耦方法获得故障电流时域解析式。在RT-lab仿真平台中搭建了多种拓扑结构的仿真系统对所提出的方法进行验证,结果表明,所提出的方法对不同拓扑的直流电网均具有很好的适用性,与详细电磁暂态仿真相比,计算的电流误差基本小于5%。

关键词：多端直流电网故障电流计算过渡电阻等效并联网络解环

计及零直流电压控制的混合型MMC-HVDC输电系统短路电流计算方法

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电网技术 2023年第7期47卷 2820-2828页

作者：辛业春刘熠江守其王威儒王拓罗鑫朱博现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学) 吉林省吉林市132012 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局广东省广州市510663

混合型模块化多电平换流器通过零压控制限制直流侧故障电流,为准确分析计算故障后直流侧电流,考虑不同阶段控制系统作用建立其等值模型,并设计故障电流求解计算方法。在零压控制前,构建混合型MMC的串联RLC等值模型,利用受控电流源表征... 详细信息

混合型模块化多电平换流器通过零压控制限制直流侧故障电流,为准确分析计算故障后直流侧电流,考虑不同阶段控制系统作用建立其等值模型,并设计故障电流求解计算方法。在零压控制前,构建混合型MMC的串联RLC等值模型,利用受控电流源表征交流馈入能量对故障电流的影响;在零压控制后,分析上下桥臂电压动态调整对故障电流的影响,构建相应混合型MMC等值模型提高计算精度。采用状态空间方程计算2个阶段的直流短路电流,通过电容电压置零来计及零压控制后子模块投切引起直流侧电压复零的特性。基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建了双极混合型MMC直流输电系统,在不同工况下通过与详细电磁暂态仿真结果对比,验证了所提短路电流计算方法的准确性。

关键词：混合型模块化多电平换流器双极短路故障零直流电压控制等值模型短路电流计算

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模块化多电平换流器子模块分组排序调制策略

高电压技术 2018年第7期44卷 2107-2114页

作者：李国庆王威儒辛业春王朝斌江守其东北电力大学电气工程学院

针对高压大容量模块化多电平换流器调制及子模块投切问题,提出了降低子模块电容电压排序运算量的分组排序调制方法。以电容电压排序运算量最优为目标,确定换流器桥臂子模块的最优分组数量;建立分组后的子模块电容电压矩阵,并对其进行组... 详细信息

针对高压大容量模块化多电平换流器调制及子模块投切问题,提出了降低子模块电容电压排序运算量的分组排序调制方法。以电容电压排序运算量最优为目标,确定换流器桥臂子模块的最优分组数量;建立分组后的子模块电容电压矩阵,并对其进行组内纵向排序、组间横向排序,形成以子模块电容电压为序的子模块矩阵;每个控制周期,根据桥臂电流参数,按照子模块电压升高或降低方向,进行子模块投入、切除控制。同时引入子模块电容电压偏差控制,以防止电容电压偏差过大并降低功率器件开关频率。通过101电平柔性直流输电系统数字实时仿真,以及37电平的柔性直流输电系统物理动态仿真,得出提出的均压控制策略可以明显降低排序的运算量以及子模块的开关频率,并能保证子模块电容电压波动量维持在额定值的-5%-5%以内。

关键词：模块化多电平换流器分组排序最优分组数量子模块矩阵电压均衡开关频率

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考虑反向关断特性的晶闸管数字建模方法

高电压技术 2024年第7期50卷 2774-2783页

作者：辛业春郝欢王拓赫羽朋江守其王威儒现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验(东北电力大学) 吉林132012

常用电磁暂态仿真软件提供的晶闸管模型忽略了晶闸管的反向关断特性,导致晶闸管换流器的换相失败仿真不精准。为提高对晶闸管阀的仿真准确性,建立了考虑过零点电流变化率、正向电流峰值和结温作用下晶闸管关断特征参数反向恢复电流峰值... 详细信息

常用电磁暂态仿真软件提供的晶闸管模型忽略了晶闸管的反向关断特性,导致晶闸管换流器的换相失败仿真不精准。为提高对晶闸管阀的仿真准确性,建立了考虑过零点电流变化率、正向电流峰值和结温作用下晶闸管关断特征参数反向恢复电流峰值、反向恢复电荷和关断时间的影响关系;提出了相关影响因素在器件建模中的表征方法,建立包括晶闸管反向阻断恢复过程和正向阻断恢复过程在内的晶闸管自定义数字仿真模型,并构建了考虑器件关断特性的换流器精细化电磁暂态模型。晶闸管模型仿真结果同实际测试值对比,反向恢复电流峰值的仿真误差不超过5%,关断时间的仿真误差小于4%,提出的数字仿真模型能较精确反映晶闸管的关断过程;换流器仿真模型能更准确地反映高压直流系统换相失败特征。

关键词：关断特性换相失败关断时间反向恢复反向阻断正向阻断

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海上风电MMC-HVDC联网系统控制策略

太阳能学报 2019年第6期40卷 1731-1738页

作者：辛业春王威儒李国庆王朝斌江守其东北电力大学电气工程学院

该文提出提升海上风电场联网运行性能的高压柔性直流输电系统功率控制策略。采用附加频率控制保持风电机组机械功率和电磁功率的平衡,定交流电压控制维持风电场交流侧电压幅值和相位恒定;提出注入三次谐波调制信号的换流站功率运行区间... 详细信息

该文提出提升海上风电场联网运行性能的高压柔性直流输电系统功率控制策略。采用附加频率控制保持风电机组机械功率和电磁功率的平衡,定交流电压控制维持风电场交流侧电压幅值和相位恒定;提出注入三次谐波调制信号的换流站功率运行区间优化方法,有效防止风速突变引起风电机组输出功率超过额定值而导致的换流站闭锁事件,并采用PR控制器对三次谐波调制信号所引起的高次谐波进行抑制。通过数字物理混合仿真系统,构建8台双馈风电机组的风电场通过柔直联网的系统模型,仿真结果表明设计的控制方法具有良好的动态、稳态特性。

关键词：海上风电场柔性直流输电频率控制功率运行区间优化