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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

提升特高压直流系统送端频率稳定性的协调控制策略

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电网技术 2023年第12期47卷 5089-5097页

作者：辛业春张嘉新江守其王威儒王拓王延旭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

随着特高压直流输电系统送端电网新能源渗透率的日益提高,系统惯量水平大幅降低,频率稳定问题日趋突出。该文综合考虑特高压直流系统与传统同步电源的频率响应特性,提出了一种主动支撑送端系统频率的多时间尺度协调控制策略,在提升系统... 详细信息

随着特高压直流输电系统送端电网新能源渗透率的日益提高,系统惯量水平大幅降低,频率稳定问题日趋突出。该文综合考虑特高压直流系统与传统同步电源的频率响应特性,提出了一种主动支撑送端系统频率的多时间尺度协调控制策略,在提升系统频率稳定性的同时实现调频资源的合理利用。结合送端系统最大调频备用容量和扰动后的不平衡功率,分析了不同场景下的系统调频需求,提出了特高压直流系统的多时间尺度调频控制策略,使其同时具备惯量支撑与一次调频的能力;结合同步机一次调频最大备用容量,设计了特高压直流系统调频控制策略的死区值,实现了不同场景下特高压直流系统惯量支撑与一次调频作用的自适应切换,在保证送端交流系统频率稳定的同时实现同步机调频能力的充分利用;在此基础上,分析了不同场景下频率支撑协调控制策略的动态响应特性,进一步凸显了其相比于现有控制策略的优越性。最后,基于RTLAB实时数字仿真平台搭建了新能源基地经特高压直流送出系统的仿真模型,验证了所提频率主动支撑协调控制策略的有效性。

关键词：特高压直流系统惯量支撑一次调频协调控制频率稳定性

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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考虑反向关断特性的晶闸管数字建模方法

高电压技术 2023年

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)

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... 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

多馈入直流受端电网换相失败风险区域快速识别方法

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中国电机工程学报 2022年第1期42卷 140-152页

作者：李国庆王拓辛业春江守其王威儒刘先超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

针对多馈入直流受端电网换相失败风险区域准确识别难题,计及直流控制系统影响,提出基于广义节点电压交互作用因子的风险区域快速识别方法。将交流母线和故障点视为广义节点,构建考虑直流控制影响的广义节点电压交互作用因子指标,并给出... 详细信息

针对多馈入直流受端电网换相失败风险区域准确识别难题,计及直流控制系统影响,提出基于广义节点电压交互作用因子的风险区域快速识别方法。将交流母线和故障点视为广义节点,构建考虑直流控制影响的广义节点电压交互作用因子指标,并给出其计算方法;建立换流母线电压跌落期间的换流站暂态电路模型,计算临界换相失败风险电压,进而获取指标临界值,依据指标值与临界值的大小进行换相失败风险的判断;结合指标值的故障位置分布特性,提出换相失败风险区域的快速识别方法;在CIGRE HVDC测试系统和含三馈入直流的39节点测试系统中,验证所提计算方法和识别方法的有效性,与传统方法相比,临界换相失败风险电压的计算误差由7.7%降低到2.4%,提高了换相失败风险区域识别的准确性。

关键词：多馈入直流系统换相失败控制影响广义节点电压交互作用因子风险区域识别

混合式高压直流断路器开断过程整机应力特性研究

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高压电器 2023年第6期59卷 40-47页

作者：辛业春孙浩然王威儒王拓杨勇东北电力大学电气工程学院吉林吉林132012

混合式高压直流断路器开断短路电流过程复杂,导致开断过程中设备所承受的应力同样较为复杂。为明确其在开断过程中所承受的分断应力,有效指导混合式直流断路器的设计和试验,有必要对断路器整机应力特性进行研究。依据断路器动作时序将... 详细信息

混合式高压直流断路器开断短路电流过程复杂,导致开断过程中设备所承受的应力同样较为复杂。为明确其在开断过程中所承受的分断应力,有效指导混合式直流断路器的设计和试验,有必要对断路器整机应力特性进行研究。依据断路器动作时序将其开断过程细分为3个阶段,提出计及交流侧影响的整机分断应力计算方法。通过PSCAD仿真系统构建了混合式高压直流断路器及柔直电网模型,对电流应力、电压应力和耗散能量等进行了仿真分析,结果表明,所提计算方法可较为准确的获得各支路分断应力。研究结果可为混合式直流断路器及直流电网参数设计提供参考。

关键词：柔性直流输电混合式直流断路器开断操作应力特性

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基于电容换流的多端口直流限流断路器

东北电力大学学报 2023年第6期43卷 32-41页

作者：陈凯王威儒童准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 国能永福发电有限公司广西桂林541001

直流断路器是实现柔性直流电网直流侧故障隔离的重要设备,但现有拓扑中限流与换流单元的配合较少,导致设备集成度低、造价高、推广应用受限。为此,提出一种以电容作为限流及换流器件的多端口断路器拓扑,通过限流电容与换流电容的配合使... 详细信息

直流断路器是实现柔性直流电网直流侧故障隔离的重要设备,但现有拓扑中限流与换流单元的配合较少,导致设备集成度低、造价高、推广应用受限。为此,提出一种以电容作为限流及换流器件的多端口断路器拓扑,通过限流电容与换流电容的配合使断路器完成限流并加速换流过程;基于其在典型直流侧故障后的动态过程,提取了断路器所承受的电压电流应力、避雷器耗能特性,为断路器参数设计提供依据。基于PSCAD/EMTDC对设计的断路器进行电磁暂态仿真,通过断路器开断、重合闸等事件分析,表明了所设计拓扑结构的可行性,以及其内部配合的合理性。

关键词：直流断路器直流输电网多端口限流

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一种降低MMC换流器子模块电容体积的方法

电力电容器与无功补偿 2022年第4期43卷 116-123页

作者：阎国强王威儒朱博上海市公用事业学校上海200030 东北电力大学电气工程学院吉林吉林132012 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局广州510000

本文针对柔性直流输电工程子模块电容体积占比过高的问题,采用半桥子模块和全桥子模块相结合的方法,来抑制子模块电容电压波动量,使得子模块可以选取较低容值的电容,进而达到降低子模块体积的效果。通过推导桥臂能量公式,构建能量波动方... 详细信息

本文针对柔性直流输电工程子模块电容体积占比过高的问题,采用半桥子模块和全桥子模块相结合的方法,来抑制子模块电容电压波动量,使得子模块可以选取较低容值的电容,进而达到降低子模块体积的效果。通过推导桥臂能量公式,构建能量波动方程,得出能够使桥臂能量波动最小的调制比取值。为进一步降低电容电压波动,提出了相间电容电压互补的方法进行均压控制,以降低全桥子模块电容电压的波动。最后搭建了1 500 MW的±250 kV柔性直流数字仿真系统,采用纯半桥型换流站和半桥全桥混合型换流站进行对比仿真的方式,得出了本文提出的电容电压波动抑制方法可以使子模块电容值大幅度下降。

关键词：柔性直流输电子模块电容电压桥臂能量均压控制